Image-based Reconstruction

(01.07.2006)

Das Erzeugen von 3D-Modellen für die Computergrafik ist oftmals ein aufwendiger Vorgang. Insbesondere, wenn eine reale Szene wie existierende Räume, Gebäude, Straßenzüge oder ganze Städte nachmodelliert werden müssen. Um die Größenverhältnisse der Modelle korrekt nachzuahmen, ist es in der Regel notwendig Konstruktionszeichnungen zu organisiert, oder die Umgebung selbst zu vermessen.
Nach dem Erstellen des 3D-Modells müssen noch Texturen erzeugt und aufgetragen werden. Dazu bieten sich unter anderem Synthetische Texturen an, oder reale Fotografien. Auch die Erfassung und das zuordnen dieser Texturen ist unter Umständen zeit und personalaufwendig.
Computersysteme wie Facade vereinfachen die Rekonstruktion einfacher Szene erheblich durch den Einsatz von Bildbasierten Algorithmen. Dazu werden in Bilder Kanten identifiziert und mit einem vorgegebenen Modell in Korrelation gebracht. Aus den so durch den Benutzer zugeführten Informationen kann sowohl die Szene rekonstruiert, als auch die Textur aufgebracht werden. Probleme ergeben sich dabei oft durch die Notwendigkeit der Kamera Kalibrierung, oder die Tatsache dass die Ausgangsfotos unter verschiedenen Lichtbedingungen erzeugt wurden.
Das vorgegebene Modell muss bei diesen Verfahren oftmals schon grob der realen Szene entsprechen. Rotierte Elemente dürfen z.B. nur geringfügig falsch orientiert in dem Modell vorliegen. Ein weitere Nachteil ist die Abhängigkeit von Kanten, selbst wenn Eckpunkte (die einen höheren Informationsgehalt aufweisen) in den Aufnahmen sichtbar wären.
Ziel unserer Forschung soll es sein, die Interaktion des Benutzers auf ein Minimum zu reduzieren. Zum einen sollen die Merkmale (wie Kanten und Punkte) in den Quellbildern automatisch erkannt werden, zum anderen soll das Erstellen des groben Ausgangsmodells automatisiert oder zumindest vereinfacht werden. Um die Erstellung der initialen Szene zu erleichtern sollen neue, intuitive Modellierungsverfahren erarbeitet werden.
Durch Anwendung von Tonemapping auf die Fotografien, oder die Rekonstruktion deren Beleuchtungssituationen könnte die Qualität der erzeugten Texturen erheblich verbessert werden. Der Einsatz prozeduraler Ansätze bei der Rekonstruktion kann den Detailgrad des Ergebnisses ebenfalls weiter erhöhen und Fehler in den Texturen ausgleichen.
Ferner wollen wir die Beschränkung existierender Anwendungen auf feste Kameramodelle oder deren Abhängigkeit von Kanten auflösen. Dabei soll ein allgemeineren Ansatz verfolgt werden, der es erlaubt beliebige Geometrien (z.B. Kugeln, Bögen) in einer Szene zu platzieren, oder Aufnahmen aus omidirektionalen Kameras zu verwerten. Eine Rekonstruktion mit derlei hohem Freiheitsgrad erfordert robuste nicht-lineare Optimierungsverfahren, die nicht negativ durch Rotationen oder ähnliches beeinflusst werden.