Erweiterung eines geometriebasierten Szenengraphen um punktbasierte Objekte

Semesterarbeit in Computergraphik
Marco Nef; Prof. Dr. M. Gross, ETH Zürich; Stephan Würmlin
SS 2001

Zusammenfassung

Das blue-c Projekt ist ein interdisziplinäres Forschungsprojekt an der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH in Zürich, welches zum Ziel hat, eine kollaborative virtuelle Umgebung zu entwickeln. Es soll möglich werden, dass mehrere Personen in die virtuelle Welt eintauchen, dass sie sich dort treffen, miteinander kommunizieren und zusammenarbeiten können. Das System nimmt Bilder mittels Videokameras auf und projiziert gleichzeitig eine virtuelle Umgebung in denselben Raum. Aus den Videobildern wird eine 3D-Repräsentation der Benutzer generiert und in die virtuelle Umgebung eingefügt.

Diese Arbeit erweitert eine vorhandene Implementierung eines 3D Image-Warping Algorithmus um die Möglichkeit der Schattierung. Da jedoch die Ausgabedaten des Warpers bildbasiert sind, ist eine Integration dieser Daten in die geometriebasierte und damit beleuchtbare virtuelle Welt erforderlich. Erst durch diese Homogenisierung der beiden unterschiedlichen Welten werden die für das blue-c Projekt benötigten, visuell richtig empfundenen Resultate beim Rendering der gewarpten Punktobjekte möglich. Für die Benutzer eines blue-c Protals ist ein hoher Realitätsgrad der Visualisierung Voraussetzung, um in die virtuelle Realität eintauchen zu können.

In einem ersten Schritt wird ein Prototyp in OpenGL implementiert, welcher anschliessend nach OpenGL Performer portiert wird.

Der zugrundeliegende 3D Image-Warping Algorithmus ist eine Erweiterung eines am MIT entwickelten Algorithmus und berücksichtigt mehrere Referenzbilder. Ausserdem ist er in der Lage, die Berechnung parallel auf mehreren Prozessoren und inkrementell auszuführen.

Abstract

The blue-c is a joint research project between several institutes at ETH Zürich, Switzerland. The research aims to build a new collaborative virtual environment where users can immerse into virtual worlds, meet, work and communicate with each other. The system records users by video cameras and projects a virtual environment simultaneously. From video images a threedimensional representation of the users is generated and inserted into the virtual environment.

The work presented in this thesis extends an existing 3D Image-Warping algorithm by the ability of shading the transformed object according to the scene environment. Because the output data of the warper is image-based, an integration of this data into the geometry-based and as such illuminable world is needed. Only with this homogenization of the two completely different worlds it is possible to realize a visually correct result when rendering the warped point objects. Such a high degree of realism of the visualization is very important for the users of a blue-c portal to really be able to immerse into the virtual environment.

In a first step a prototype in OpenGL is implemented, which in a second step is implemented in OpenGL Performer, using the blue-c API.

The basis of this work is a 3D Image-Warping algorithm that itself is an extension of an algorithm developed at MIT. It supports multiple reference images and knows processing on several processors and incrementally evaluating the warping equation.

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