Computer Graphics Laboratory ETH Zurich

ETH

Seminar Talks 1999 (SS 99)

Seminar - Sommersemester 1999

The Office of the Future:
A Unified Approach to Image-Based Modeling and Spatially Immersive Displays

Ramesh Raskar, Greg Welch, Matt Cutts, Adam Lake, Lev Stesin, Henry Fuchs

Student: Markus Lupert
Betreuer: Thomas Sprenger

Abstract
In diesem Paper werden Ideen und Techniken vorgestellt, um ein Office of the Future implementieren zu koennen. Ein elementares Verfahren ist die dynamische Extraktion von Tiefen- und Reflectanceinformationen der sichtbaren Oberflaechen im Buero, sodass diese Flaechen als spatially immersive Displays benutzt werden koennen. Weiter werden Methoden praesentiert, um image-based Modelle mit nicht wahrnehmbaren Licht zu erfassen, und um Bilder auf willkuerliche Oberflaechen zu projizieren.

Point Sample Rendering
J. P. Grossman, William J. Dally

Student: A. Desboeufs
Betreuer: Matthias Zwicker

Abstract
Point Sample Rendering is an algorithm which features the speed of image based graphics with quality, flexibility and memory requirements approaching those traditional polygon graphics. Objects are represented as a dense set of point samples which can be rendered extremely quickly. These point samples contain precise depth and reflectance information, allowing objects to be rendered in dynamically lit environments with no geometric artifacts. Because the point samples are view-independent, point sample representations contain very little redundancy, allowing memory to be used efficiently.

The VoxelBlaster Real-Time Ray-Casting System
Hanspeter Pfister et al.

Student: Stephan Würmlin
Betreuer: Matthias Zwicker

Abstract
Real-time volume rendering is an enabling technology for medical applications including diagnosis, surgical training, and surgical simulation. This paper describes the Mitsubishi VolumePro Board, the world's first high-quality real-time volume rendering system for PC class computers. VolumePro implements object-space ray-casting with parallel slice-by-slice processing similar to shear-warp rendering. The discussion of the architecture focuses on the rendering pipeline, the memory organization, and sectioning. The paper describes several features of VolumePro, such as supersampling, supervolumes, and crop and cut planes. The system renders about 533 million interpolated, Phong illuminated, composited samples per second. This is sufficient to render a 256x256x256 volume at 30 frames per second.

Robust Mesh Watermarking
Emil Praun, Hugues Hoppe, Adam Finkelstein

Student: Donat Hauser
Betreuer: Oliver Staadt

Abstract
In dieser Arbeit wird ein Watermark-Verfahren für Dreieckmesh-Modelle vorgestellt. Das Verfahren dient dem Schutz von Urheberrechten und ist robust gegenüber diversen Angriffen. Bewährte Watermarking-Verfahren verwenden einen "spread-spectrum"-Ansatz indem sie das Dokument in den Frequenzbereich transformieren und dort die Koeffizienten der energiereichsten Basisfunktionen perturbieren. Eine mögliche Verallgemeinerung des "spread-spectrum"-Verfahrens auf Flächen wird in dieser Arbeit vorgestellt. In einem ersten Schritt wird das Dreieckmesh in ein progressives Mesh konvertiert. Die Konstruktion geeigneter Basisfunktionen erlaubt das Lokalisieren visuell ausgeprägtesten Bereiche des Modells. Es folgt das Einfügen der Watermark durch leichte Perturbierung der Knoten. Für die Detektion der Watermark eines verdächtigen Meshs wird das Modell optional registriert und/oder mittels einem Resampling Prozess vorverarbeitet. Die Watermark lässt sich anschliessend mit der Methode der kleinsten Quadrate aus dem Modell extrahieren. Zum Schluss wird durch Vergleich der eingefügten und extrahierten Watermark die Wahrscheinlichkeit berechnet, ob das verdächtige Modell unabhängig vom Originalmodell entstanden ist.
Das vorgestellte Verfahren hat sich als robust gegenüber einer Vielzahl von Angriffen erwiesen Dazu gehören das Umordnen von Knoten, Hinzufügen von Noise, Ähnlichkeitstransformationen, Cropping, Glättungsfilter, Vereinfachung und Einfügen einer zweiten Watermark.

Progressive Forest Split Compression
Gabriel Taubin, André Guéziec, William Horn, Francis Lazarus

Student: Philipp Kramer
Betreuer: Andreas Hubeli

Abstract
Progressive Forest Split Compression ist ein Algorithmus zum Komprimieren von geometrischen Objekten. Die Komprimierung ist so gewählt, dass beim Entkomprimieren das Objekt stufenweise detailierter (progressive) dargestellt werden kann. Das Verfahren baut auf der Methode der Topological Surgery auf.

An Anthropometric Face Model using Variational Techniques
Douglas DeCarlo, Dimitris Metaxas, Matthew Stone

Student: Remo Ziegler
Betreuer: S. H. Martin Roth

Abstract
Die Motivation dieses Papers ist die automatische Generierung von Gesichtern an Hand von gewissen Messwerten und constraints, welche die Modellierung von virtuellen Gesellschaften ermöglichen soll. Die Initialmesswerte werden einer anthropometrischen Statistik für Gesichtsmasse entnommen. Mit Hilfe bestimmter Proportionen werden alle weiter benötigten Messwerte zufällig berechnet. Um aus diesem geometrischen Modell eine eindeutige Oberfläche zu erhalten, benutzt man die Eigenschaften der Krümmung und der Dehnung der Haut an bestimmten Stellen im Gesicht. Zur Modellierung der Oberfläche wird eine B-Spline-Funktion verwendet, was eine glatte Oberflächendarstellung ermöglicht. Durch Variationenrechnung verknüpft man alle diese Bedingungen mit einer mathematischen Form, die es zu minimieren gilt.

Large Steps in Cloth Simulation
David Baraff, Andrew Witkin

Student: Martin Hauser
Betreuer: Daniel Bielser

Abstract
Seit mehr als einem Jahrzehnt bildet die physikalisch-basierte Kleideranimation eines Herausforderung für die Computer-Graphik. Im Allgemeinen verwendeten bisherige Systeme zur Stoffsimulation zur Lösung der zu Grunde liegenden Differentialgleichung (siehe Physikalisches Model) explizite Methoden wie Euler oder Runge-Kutta. Der Flaschenhals dieser Methoden sind die kleinen Zeitschritte, die zur Vermeidung von numerischen Instabilitäten verwendet werden müssen. Das Paper von David Baraff und Andrew Witkin beschreibt nun ein Stoffsimulationssystem, das numerische Stabilität auch bei grossen Schrittweiten bietet. Der Titel "Large Steps in Cloth Simulation" darf deshalb sowohl wörtlich als auch im übertragenen Sinn verstanden werden: Die grossen Schrittweiten bei der Lösung der Differential-gleichung sind ein grosser Schritt in der Stoffsimulation.

NeuroAnimator:
Fast Neural Network Emulation and Control of Physics-Based Models

Radek Grzeszczuk, Demetri Terzopoulos, Geoffrey Hinton

Student: Martin Spengler
Betreuer: Rolf Koch

Abstract
Beim NeuroAnimator handelt es sich um eine Methode, Animationen physikbasierter Modelle zu emulieren. Dank gewisser Eigenschaften der dazu eingesetzten künstlichen neuronalen Netzwerke, ist diese Emulation um ein Vielfaches schneller als die klassische numerische Simulation der Modelle mit Integrationsvefahren wie dem Runge-Kutta-Algorithmus. Weiter eignet sich der NeuroAnimator dazu, realistische Kontrollfunktionen für die Animationsberechnung zu erzeugen. Neben dem Einsatz im Bereich der artificial lifeforms gewinnen solche physikbasierten Animationsverfahren auch zunehmend in der Unterhaltungsbranche an Bedeutung.

Real-Time Techniques For 3D Flow Visualization
Anton Fuhrmann, Eduard Gröller

Student: Stefan Berger
Betreuer: Ronny Peikert

Abstract
Strömungen spielen in vielen Ingenieur-Entwicklungsgebieten eine wichtige Rolle. Im Fahrzeugbau zum Beispiel entscheidet die Aerodynamik einer Karosserie weitgehend über den Treibstoffverbrauch und die Geräuschentwicklung eines zukünftigen Fahrzeuges. Der Computer stellt eine sehr komfortable Plattform dar, solche Strömungen zu simulieren und verschiedene Parameter der Strömung rasch und einfach zu verändern. Doch bereits bei der Darstellung 2-dimensionaler Strömungen muss stark abstrahiert werden, wenn nur schon Richtung und Geschwindigkeit des Strömungsfeldes dargestellt werden sollen. Erweitert man das Feld um eine weitere Dimension, scheint dies aufgrund der grossen Informationsdichte eine schier unlösbare Aufgabe zu werden. Die Ausarbeitung von A.Fuhrmann und E.Gröller beschreibt eine faszinierende Möglichkeit der Visualisierung wie auch der Interaktion bezüglich stehenden, 3-dimensionalen Strömungen in Echtzeit.

Recovering Photometric Properties Of Architectural Scenes From Photographs
Yizhou Yu, Jitendra Malik

Student: Anton Schultschik
Betreuer: Reto Lütolf

Abstract
Die vorgestellte Methode erweitert den bildbasierten Ansatz zur Rekonstruktion von Gebäuden aus mehreren Photos durch ein Beleuchtungsmodell. Ausgehend von einem hybriden geometrischen und bildbasierten Renderingsystem werden die durch die Photos gesammelten Bilddaten zur Modellierung von Lichtquellen und Reflexionsfunktionen für das Gebäude verwendet. So kann eine Entkopplung der Oberflächeneigenschaften von den Lichtquellen für den bisher rein bildbasierten Teil erreicht werden. Dadurch können neue, synthetische Bilder unter verschiedenen Beleuchtungsbedingungen generiert werden.

H3: Laying Out Large Directed Graphs in 3D Hyperbolic Space
Tamara Munzner

Student: Pascal Glardon
Betreuer: Thomas Sprenger

Abstract
H3 ist eine Methode für die Darstellung grosser gerichteter Graphen - wie zum Beispiel eine Web Struktur - im drei dimensionalen Raum. Diese Methode ist eine Erweiterung schon existierender Methoden für solche Darstellungen. H3 hat mehrere Vorteile verglichen mit den bisherigen Ideen:
(1) Dank der Benutzung der natürlichen Hierarchie der gegebenen Daten können grössere Strukturen dargestellt werden.
(2) Durch die Benützung des hyperbolischen statt des euklidischen Raumes, verfügt man über einen unendlichen Raum für die Daten.
(3) Es entsteht eine Verbesserung der traditionellen Darstellung im 3D hyperbolischen Raum.
Anstatt die Kinder auf dem Umkreis der Basis eines Kegels einzusetzen, legt man eine Hemisphäre auf die Öffnung des Kegels und setzt dann alle Kinder auf die Oberfläche der Kalotte.