Affordable optical measurement methods for predictive rendering

Abstract

Predictive rendering, a part of computer graphics, is based on the light transport equation and focuses on accurately predicting the appearance of objects and materials under various conditions. A variety of problems can be formulated as appearance prediction: from generating photorealistic images to enhancing color 3D printing. The accuracy relies on the materials' optical properties, which must either be estimated from first principles, or measured with expensive and sophisticated optical devices. Could we obtain these properties in an efficient and affordable way optimized for predictive rendering? To answer the question, this thesis bridges the boundary between computer graphics and optics. We develop simpler and more affordable methods for measuring optical properties with a focus on color accuracy, thus making predictive rendering more accessible. We aim at two types of materials that are both ubiquitous but usually neglected because of their complex characteristics: translucent materials and fluorescent materials. For each, we present a separate measurement approach that only uses low-cost optical components, yet has a high spectral resolution for color-accurate applications. Our first method is motivated by measuring translucent inks, which is required for accurate full-color 3D-printing algorithms....

Prediktivní vykreslování, což je součást počítačové grafiky, je založeno na rovnici přenosu světla a zaměřuje se na přesné předpovídání vzhledu objektů a materiálů za různých podmínek. Jako predikci vzhledu lze formulovat různé problémy: od generování fotorealistických obrázků až po vylepšení barevného 3D tisku. Přesnost predikce závisí na optických vlastnostech materiálů, které musí být buď odhadnuty ze základních předpokladů nebo měřeny drahými a sofistikovanými optickými zařízeními. Mohli bychom tyto vlastnosti změřit efektivním a cenově dostupným způsobem, který je optimalizovaný pro prediktivní vykreslování? Abychom na tuto otázku odpověděli, překlenujeme v této práci hranici mezi počítačovou grafikou a optikou. Vyvinuli jsme jednodušší a cenově dostupnější metody měření optických vlastností, které jsou zaměřeny na barevnou přesnost, díky čemuž je prediktivní vykreslování dostupnější. Zaměřujeme se na dva typy materiálů, které jsou všudypřítomné, ale obvykle opomíjené kvůli jejich komplexním vlastnostem: průsvitné materiály a fluorescenční materiály. Pro každý z nich představujeme samostatný přístup k měření, který využívá pouze levné optické komponenty, a přesto má vysoké spektrální rozlišení pro aplikace vyžadující barevnou přesnost. Naše první metoda je motivována měřením průsvitných inkoustů, což...