Memoria DGP

Convocatoria de ayudas de Proyectos de Investigación MEMORIA CIENTÍFICO-TÉCNICA DEL PROYECTO

1        RESUMEN DE LA PROPUESTA (Debe rellenarse también en inglés)

INVESTIGADOR PRINCIPAL: Gordon Shumway

TITULO DEL PROYECTO: ALF: Interfaces Avanzadas para Campos de Luz Aumentados

[pic 1]

PROJECT TITLE: ALF: Advanced Interfaces for Augmented Light Fields

[pic 2]

1. [pic 3]INTRODUCCIÓN

(máximo cinco páginas)

La finalidad del proyecto es introducir una nueva forma de representar, almacenar e interactuar con escenas tridimensionales. Dicha representación está basada en el concepto de campo de luz, que es una generalización de los modelos basados en imágenes mucho más sencillos de capturar, almacenar y procesar en aplicaciones gráficas. Nuestro objetivo es desarrollar un sistema que permita realizar estas tareas y utilizarlo en áreas de aplicación tales como la toma de decisiones, la publicidad o la visualización científica, entre otras.

En esta introducción describimos los antecedentes sobre los que se asienta este proyecto de investigación. En particular, destacamos las áreas de investigación más relevantes sobre las que se han obtenido resultados, propios o ajenos, y que se piensa que pueden tener relación con la finalidad de este proyecto. Las áreas inicialmente consideradas son las siguientes:

• Modelos basados en el campo de luz.
• Visualización autoestereoscópica.
• Realidad aumentada aplicada al enriquecimiento del campo de luz.
• Diseño de interfaces de usuario avanzados para la interacción con el campo de luz.

En los siguientes apartados se describe el estado actual de los conocimientos científico- técnicos y los logros anteriores del grupo en cada una de estas áreas.

Modelos basados en el campo de luz.

Los modelos basados en imágenes son una alternativa reciente a la representación clásica de escenas tridimensionales mediante modelos geométricos. Los modelos basados en imágenes tienen la ventaja de que pueden representar mucho más detalle geométrico mediante un modelo que se adapta más fácilmente a la visualización 3D [McMillan95, Debevec96, Abad03].

Los modelos de campo de luz son una generalización de los modelos basados en imágenes. Fueron adoptados en 1996 por Levoy y Hanrahan [Levoy96] en Stanford. El campo de luz representa toda la información visible en 3D a través de cualquier punto de vista y cualquier dirección de visualización. Las imágenes son proyecciones del campo de luz sobre una superficie 2D. Asumiendo que los objetos se van a visualizar desde cierta distancia, se puede construir una representación 4D, utilizada extensivamente por los modelos actuales.

Paralelamente a Levoy y Hanrahan, un grupo de Microsoft Research presentó en 1996 un modelo alternativo [Gortler96]. En ambos casos se proponen representaciones de objetos, tanto reales como sintéticos. El grupo de Stanford estudia diferentes representaciones del campo de luz y propone técnicas de almacenamiento y compresión para campos de luz formados por muestras de radiancia capturadas mediante una cámara móvil o generadas por ordenador. El grupo de Microsoft Research propone una sola representación más compacta y que incluye un modelo geométrico sencillo para mejorar la calidad de la visualización del campo de luz. La representación combinada de imágenes y geometría se denomina “lumigraph” y se parte de un conjunto de imágenes adquiridas mediante una cámara de vídeo.

El trabajo sobre el lumigraph fue extendido por [Sloan97] y [Gu97]. Sloan et al estudian las distintas cuestiones que aparecen al intentar representar y almacenar un campo de luz para visualización interactiva. Presentan resultados sobre los compromisos a los que hay que llegar entre velocidad y calidad a la hora de implementar el lumigraph. Gu et al estudian la relación existente entre

el lumigraph y la geometría epipolar, así como la geometría de poliedros 3D. Tanto la representación del lumigraph como la propuesta por el grupo de gráficos de la Universidad de Stanford se basan en la parametrización del campo de luz mediante dos planos.

En nuestros grupos se dispone de experiencia en representaciones alternativas del campo de luz [Camahort98, -01a, -01b]. Por ejemplo, se han propuesto parametrizaciones que hacen un muestreo uniforme del campo de luz. Dichas parametrizaciones tienen la ventaja de que producen mejores resultados visuales. Este extremo ha sido demostrado tanto de forma analítica como de forma experimental. El trabajo realizado incluye un análisis exhaustivo de varias representaciones y llega a la conclusión de que las representaciones basadas en la parametrización de dirección y punto son las que tienen las mejores propiedades para visualización interactiva y autoestereoscópica.

Los trabajos realizados hasta la fecha en el modelado del campo de luz incluyen la adquisición de modelos estructurados y sin estructurar, la adquisición de geometría, la construcción de modelos adaptativos, la compresión de los datos y la visualización eficiente. También se han propuesto modelos alternativos a los originales.

Visualización autoestereoscópica.

Los modelos del campo de luz utilizados en informática gráfica fueron inspirados por la holografía. El motivo fundamental es que este tipo de representación se utiliza en los dispositivos autoestereoscópicos y, concretamente, en la producción de imágenes holográficas. Los dispositivos autoestereoscópicos son dispositivos de visualización que contienen múltiples vistas de una misma escena. Son extensiones de los dispositivos estereoscópicos o estéreo, que sólo visualizan dos vistas de la misma escena. Las imágenes autoestereoscópicas contienen una representación del campo de luz, de ahí el interés que tienen como aplicación de los mismos.

Existen varios tipos de dispositivos autoestereoscópicos. Por un lado están los dispositivos basados en fotografía integral, también llamados lenticulares. Los lenticulares contienen típicamente un par de imágenes y se han utilizado en publicidad, cromos y más recientemente como calculadoras de euros de bolsillo. Se construyen pegando sobre una imagen 2D una hoja transparente que contiene un vector de lentes cilíndricas o una matriz de lentes esféricas. Si se utilizan lentes cilíndricas, el lenticular sólo permite la ilusión de 3D en la dirección horizontal. Si se utilizan lentes esféricas, entonces el lenticular permite la ilusión 3D en ambas direcciones, horizontal y vertical. Se dice del primer caso que soporta paralaje horizontal y del segundo que soporta paralaje vertical. Una representación del campo de luz basada en lenticulares fue creada por el grupo de gráficos del MIT dentro de su proyecto de campos de luz reparametrizables.

...