Computer Graphics Laboratory

Fast Computation of Generalized Voronoi Diagrams Using Graphics Hardware
Kenneth E. Hoff, Tim Culver, John Keyser, Ming Lin, Dinesh Manocha

Student: Daniel Emmenegger
Betreuer: Oliver Staadt

Abstract
In dieser Arbeit wird ein Verfahren zur schnellen Berechnung von verallgemeinerten Voronoi Diagrammen in 2D und 3D vorgestellt. Dies geschieht mittels gängiger Hardware, die interpolationsbasierte "polygon rasterization" unterstützt. Der Input besteht aus beliebigen Primitiven (Punkten, Linien, Kurven, ...) wofür der Algorithmus ein diskretes Voronoi Diagramm berechnet, indem er für jedes Eingabeelement ein dreidimensionales "distanz mesh" rendert. Dieses Mesh ist eine fehlerabgeschaetzte Approximation für eine nichtlineare Distanzfunktion. Der Raum wird in reguläre Zellen aufgeteilt und für jede Zelle wird das naechstgelegene Primitiv sowie seine Entfernung mittels "scan-conversion" und "Z-Buffer depth comparison" ermittelt. Das Ganze wurde in OpenGl realisiert und mit vielen anschaulichen Beispielen untermalt.

Realistic, Hardware-accelerated Shading and Lighting
W. Heidrich, H. P. Seidel

Student: Urs Enzler
Betreuer: Martin Näf

Abstract
Heutzutage verschiebt sich der Fokus des Hardware-accelerated Rendering von der reinen Performance hin zu höherer Qualität und Funktionalität. Dieses Paper umfasst Techniken für realistisches Schattieren und Beleuchten mit Hilfe der Hardware. Es werden Multipass-Methoden für lokale Beleuchtung mit physikalisch basierten Reflexionsmodellen und Techniken für interaktive Visualisierung von nicht-diffusen globalen Beleuchtungslösungen vorgestellt. Schlussendlich werden diese Resultate noch mit Normal Maps kombiniert, um die visuelle Komplexität zu erhöhen.

Fast Calculation of Soft Shadow Textures Using Convolution
Cyril Soler, Francois X. Sillion

Student: Adam Moravanszky
Betreuer: Edouard Lamboray

Abstract
The realistic depiction of shadows is one of the most challenging, and thus widely researched problems in computer graphics. Even more challenging is the task of displaying the shadows cast by volume lights at interactive frame rates. In this presentation, we show that the approach documented in the paper by Soler and Sillion can indeed be used to generate high quality shadows in real time. A prototype implementation is demonstrated.

Blue-C.  - Introduction to Collaborative, Immersive Virtual Reality
Martin Näf

Abstract
Im Rahmen des Blue-C. Projektes entsteht an der ETH ein Collaborative Immersive Virtual Reality Environment. Der Vortrag stellt kurz das Projekt vor und behandelt anschliessend zwei ausgewählte Themen aus dem Gebiet:
- Datentypen und Konsistenzprobleme in kollaborativen Real-Time-Systemen.
- Scene-Graph: Einführung und Evaluation bestehender Scene-Graphs.

Blue-C.  - Hybrid Rendering for Collaborative, Immersive Virtual Environments
Stephan Würmlin

Abstract
The Blue-C. ist eine kollaborative, immersive virtuelle Umgebung, welche zurzeit als Polyprojekt an der ETH entwickelt wird. Ziel dieses Projektes ist der Aufbau einer Virtual Reality Umgebung, mit welcher sich Benutzer im virtuellen Raum treffen, kommunizieren und zusammenarbeiten können. Das System erfasst Benutzer über Videokameras und projiziert gleichzeitig eine virtuelle Umgebung. Aus den Videobildern wird ein dreidimensionales Bild des Benutzer erzeugt und in die andere virtuelle Umgebung eingefügt.
Traditionelle Rendering Verfahren, sogenannte geometrie-basierte Verfahren, beruhen auf einem gegebenen geometrischen Modell mit verschiedenen Attributen und Lichtquellen. Aus diesen Informationen kann das Bild einer Szene erzeugt werden. Im Blue-C. Projekt besitzt man keine geometrischen Information über den Benutzer, der in die virtuelle Umgebung eingefügt werden soll. Darum muss die Geometrie zuerst mit Computer Vision-Techniken extrahiert werden. Danach kann mit der ebenfalls aus dem Videobild erhältlichen Textur ein Bild des Benutzer in die virtuelle Szene eingefügt werden. Solche Verfahren nennt man hybride Rendering-Verfahren.
Dieser Vortrag führt zuerst den Begriff des hybriden Rendering ein um danach die beiden Kernaspekte, Modellbildung aus Bildern und Erzeugung von Bildern aus neuen Betrachtungspunkten, zu besprechen.

A Morphable Model for the Synthesis of 3D Faces
Volker Blanz, Thomas Vetter

Student: Marco Nef
Betreuer: S. H. Martin Roth

Abstract
At SIGGRAPH '99 Volker Blanz and Thomas Vetter introduced a very new way to produce a morphable model from a single photograph. Their idea is to manually and roughly align the projection of an average 3D head to the shape of the face on the picture. An automatic algorithm then constructs a total correspondance between the picture and the projection. What you get by that is a very realistic 3D face model of the face on the picture. With this morphable model you can do almost everything, e.g. change illumination and shape, rotate the head, add additional 3D objects, change facial expressions,... The results are just amazing.

Rendering of Spherical Lightfields
I. Ihm et al.

Student: Philipp Gehr
Betreuer: Reto Lütolf

Abstract
Eine Plenoptic Function ist eine parametrisierte Funktion, die den Lichtfluss im Raum beschreibt. Diese Plenoptic Function stellte sich als Schlüsselidee für einige der unlängst vorgestellten image-based Rendering-Systeme heraus. Dieses Paper präsentiert eine neue Darstellung der Plenoptic Function, Spherical Light Field genannt, welche auf Sphären basiert. Während Methoden, die sphärische Koordinaten verwenden, in der Regel mehr Rechenzeit in Anspruch nehmen als solche, die auf planaren oder zylindrischen Koordinaten basieren, wollen die Autoren dieses Papers zeigen, dass Sphären ebenfalls effizient für die Darstellung und das Resampling des Lichtflusses genutzt werden können. Wie auch bei den anderen image-based Rendering-Systemen, wird in dieser Arbeit dem Real-time-Aspekt grosse Aufmerksamkeit geschenkt. Im Gegensatz zu anderen image-based Rendering-Algorithmen gehört der hier eingesetzte zu den "object-space"-Algorithmen, der einfach in traditionelle, polygonale Rendering-Systeme eingebettet werden kann. Dadurch kann der Algorithmus durch 3D-Grafikkarten hardware-mässig beschleunigt werden. Zusätzlich führen die Autoren ein Kodierungs-Schema ein, das auf Wavelets basiert. Sie zeigen, wie man effizient auf die komprimierten Daten zugreift, indem man eine Significance Map und eine inkrementelle Dekodierungs-Technik einsetzt.

Graphical Modelling and Animation of Brittle Fracture
J.F. O'Brien, J.K. Hodgins

Student: Christoph Niederberger
Betreuer: Markus Gross

Abstract
Mittels lokalen Spannungstensoren werden die bei Kollisionen entstehenden Bruchstellen in einem Gitter bestimmt. Die detektierten Bruchstellen werden "aufgebrochen" (Teilen von Thetraedern) und angepasst (Remeshing). Dadurch entstehen täuschend echt aussehende Animationen von zerbrechenden und zerberstenden Objekten.

Subdivision Surfaces: A New Paradigm For Thin-Shell Finite-Element Analysis
Fehmi Cirak, Michael Ortiz, Peter Schröder

Student: Michael Gatto
Betreuer: Daniel Bielser

Abstract
The Authors develop a new approach for thin-shell finite-element analysis. They use subdivision surfaces not only for the approximation of the undeformed and the deformed surface, but knowing that a subdivision patch converges towards an in advance known limit surface, for the Finite-Element Analysis as well, where evaluations of coordinates and tangential vectors on the inside of every element are needed. This allows the use of an unique mesh for both analysis.
The use of subdivision surfaces for the finite-element analysis (here Loop's Scheme is used, yet generalizations are possible) avoids handeling derivatives to create a C¹ continuous surface of the deformed shell. The resulting surface is H², thus respects the physical laws that apply on deformed shells. This approach also causes the displacement field to be dependent not only from the element nodes, but from the one-neighbourhood as well, which is a distinctive feature of this approach.

Dynamically Reparametrized Light Fields
Aaron Isaksen, Leonard McMillan, Steven J. Gortler

Student: Simon Schirm
Betreuer: Stephan Würmlin

Abstract
Das Paper "Dynamically Reparameterized Lightfields" verfeinert die "Image Based Rendering"-Methoden wie Lightfield und Lumigraph. Eine neue Parametrisierung der Plenoptischen Funktion wird vorgestellt, die es ermöglicht, dass die Fokuseinstellungen wärend der Betrachtung des Lightfields verändert werden können, so wie das bei echten Kameras möglich ist. So werden erstmals auch Lightfields mit grosser Tiefe möglich, ohne dass die Geometrie der Szene bekannt sein muss. Eine Methode, die es erlaubt, mehrere Focal Surfaces in einer Scene zu verwenden, rundet das ganze Paper ab.

Normal Meshes
I. Guskov et. al.

Student: Phyrum Tea
Betreuer: Andreas Hubeli

Abstract
Normal meshes are new fundamental surface descriptions inspired by differential geometry. A normal mesh is a multiresolution mesh where each level can be written as a normal offset from a coarser version. Hence the mesh can be stored with a single float per vertex. The authors present an algorithm to approximate any surface arbitrarily closely with a normal semi-regular mesh.

Progressive Geometry Compression
A. Khodakovsky, P. Schröder, W. Sweldens

Speaker: Stefano Leoni
Betreuer: Andreas Hubeli

Abstract
A new progressive compression scheme for arbitrary topology, highly detailed and densely sampled meshes is propesed. It is observed that meshes consist of three components: geometry,parameter, and connectivity, whereby geometry information only is relevant for the error reduction in geometry compression. The virtual elimination of geometry information is achieved by transforming the input mesh into a semi-regular one. With semi-regular wavelet transforms, zerotree coding, and subdivision based reconstruction, improvements in error by a factor four (12dB) compared to other progressive coding schemes is obtained.