Usability of digital cameras for verifying physically based rendering systems

Abstract

Physically Based Rendering, ein Teilgebiet der Computergraphik, beschäftigt sich mit jenen Methoden der Bildsynthese, deren Ziel es ist, Bilder zu berechnen, die nicht nur real aussehen, sondern auch eine radiometrisch korrekte Wiedergabe der Natur darstellen. Bilder dieser Art entsprechen einer exakten Vorhersage über das Aussehen einer Szene unter definierten Lichtverhältnissen. Folgende drei Stufen des Renderingverfahrens müssen verifiziert werden, um die Korrektheit des Ergebnisses garantieren zu können: die Oberflächenmodelle, die Simulation der Lichtausbreitung in der Szene und die Darstellung am Bildschirm. Der Fokus dieser Dissertation liegt auf der zweiten der drei Stufen. Es erscheint naheliegend, zur Verifikation eines Renderingsystems ein Photo einer Szene heranzuziehen. Ein Photo einer handelsüblichen Digitalkamera kann allerdings nicht direkt zu diesem Zweck verwendet werden, da die Sensoren einer solchen Kamera Farben im allgemeinen anders wahrnehmen als ein Mensch. Ziel dieser Dissertation ist es, möglichst viele aussagekräftige Methoden, die es erlauben, eine handelsübliche Digitalkamera zur Verifikation eines physikalisch basierten Renderingsystems zu benutzen, zu finden und zu vergleichen. Im Rahmen dieser Dissertation wurde auch eine weitere Methode entwickelt, die auf einem neuartigen Ansatz basiert.<br />

Within computer graphics, the field of physically based rendering is concerned with those methods of image synthesis which yield results that do not only look real, but are also radiometrically correct renditions of nature, i.e. which are accurate predictions of what a real scene would look like under given lighting conditions. In order to guarantee the correctness of the results, three stages of such a rendering system have to be verified with particular care: the light reflection models, the light transport simulation, and the perceptually based calculations used at display time.<br />In this thesis, the focus lies on the second step in this chain. Using a photograph for verifying the results of a rendering system seems obvious but an image produced by a common digital camera cannot be used for this purpose directly. The sensor of a digital camera usually sees colors differently than a human observer. Our goal was to find and compare as many meaningful ways of using a digital camera for verifying a physically based rendering system as possible, in order to provide a practicable method for any development environment. A new method, that is based on a novel approach, was developed throughout this thesis.