Interactive Spacetime Reconstruction in Computer Graphics

Ruhl, Kai Nikolaus

Raumzeit-Rekonstruktion in Form von dichten räumlichen und/oder zeitlichen Korrespondenzen zwischen Kamerabildern, sei es optischer Fluss, Stereo oder Szenenfluss, ist eine wesentliche Voraussetzung für eine Vielzahl von Aufgaben in der Computergraphik, zum Beispiel zum Editieren von Szenen oder Bildinterpolation. Da sowohl die Anzahl der Kameras als auch die Bildfrequenz begrenzt sind, ist das Rekonstruktionsproblem unterbestimmt, weswegen automatisierte Schätzungen häufig fehlerhafte Korrespondenzen für nichttriviale Fälle wie Verdeckungen, mehrdeutige oder große Bewegungen, oder einheitliche Texturen enthalten; jede Bildsynthese basierend auf den partiell falschen Schätzungen muß daher Qualitätseinbußen in Kauf nehmen. Man kann nun zum einen versuchen, die Schätzungsalgorithmen zu verbessern. Komplementär dazu kann man möglichst effiziente Interaktionsmöglichkeiten entwickeln, die die Qualität der Rekonstruktion drastisch verbessern. Dies ist das Ziel dieser Dissertation. Für visuell überzeugende Resultate müssen Bildsynthesefehler bislang manuell in einem aufwändigen Nachbearbeitungsschritt mit Hilfe von Bildbearbeitungswerkzeugen korrigiert werden. Meine neuen Benutzerinteraktionen, welche menschliches Szenenverständnis in halbautomatische Algorithmen integrieren, verringern den Nachbearbeitungsaufwand beträchtlich und ermöglichen so eine schnellere und effizientere Produktion qualitativ hochwertiger synthetisierter Bilder.

High-quality dense spatial and/or temporal reconstructions and correspondence maps from camera images, be it optical flow, stereo or scene flow, are an essential prerequisite for a multitude of computer vision and graphics tasks, e.g. scene editing or view interpolation in visual media production. Due to the ill-posed nature of the estimation problem in typical setups (i.e. limited amount of cameras, limited frame rate), automated estimation approaches are prone to erroneous correspondences and subsequent quality degradation in many non-trivial cases such as occlusions, ambiguous movements, long displacements, or low texture. While improving estimation algorithms is one obvious possible direction, this thesis complementarily concerns itself with creating intuitive, high-level user interactions that lead to improved correspondence maps and scene reconstructions. Where visually convincing results are essential, rendering artifacts resulting from estimation errors are usually repaired by hand with image editing tools, which is time consuming and therefore costly. My new user interactions, which integrate human scene recognition capabilities to guide a semi-automatic correspondence or scene reconstruction algorithm, save considerable effort and enable faster and more efficient production of visually convincing rendered images.

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Ruhl, Kai Nikolaus: Interactive Spacetime Reconstruction in Computer Graphics. 2015.

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