Is het mogelijk om digitaal na te bootsen hoe licht van zijde schijnt, de caleidoscoop van kleuren op vlindervleugels, of de structuur van stoffen, kunststoffen, en stenen? Een team van onderzoekers van EPFL's Naturally Graphics Lab, onder leiding van Wenzel Jakob, ontwikkelt daarvoor computermodellen. Hun proces begint met het minutieus digitaliseren van al het materiaal dat ze in handen kunnen krijgen, met behulp van een geavanceerde machine genaamd een gonio-fotometer.

Stel je voor dat je op een zonnige dag een foto van een auto maakt:de foto zal alleen zijn uiterlijk vastleggen voor dat specifieke gezichtspunt en die verlichting, maar het kan ons niet vertellen hoe dezelfde auto er later op de avond vanuit een ander gezichtspunt uit zou zien. In tegenstelling tot een camera, een gonio-fotometer meet het licht dat door een materiaal onder verschillende hoeken wordt gereflecteerd, het vastleggen van de essentie van wat het gelakte oppervlak van de auto zijn bijzondere uitstraling geeft:glanzend, parelmoer, metalen, bleek, enz. De resulterende gegevens zijn veel rijker dan een enkele foto en kunnen worden gebruikt om fotorealistische computerbeelden te genereren van objecten die van dezelfde materialen zijn gemaakt in willekeurige virtuele scènes.

Het team van EPFL, onder leiding van prof. Wenzel Jakob, bestudeert de manier waarop licht interageert met verschillende materialen, zodat dit proces kan worden gereproduceerd in een softwaresimulatie. "Ons doel is om een ​​zeer uitgebreide bibliotheek met materialen samen te stellen - niet alleen om ze opnieuw te maken, maar ook om wiskundig te begrijpen waardoor ze eruitzien zoals ze doen, ", zegt Jakob. De onderzoekers zijn van plan monsters te digitaliseren, variërend van een vel papier en een stuk plastic van een pen tot een vlindervleugel en zelfs een stuk stof van een Darth Vader-kostuum. "Dit soort materiaalgegevens is van onschatbare waarde in gebieden zoals architectuur, computer visie, of de entertainmentindustrie. Sinds kort werken we samen met Weta Digital en Industrial Light &Magic, die films maken als Avatar en Star Wars, " hij voegt toe.

Afbeeldingen maken die er echt uitzien

De gonio-fotometer is een indrukwekkende machine van zo'n vijf meter lang. Het wordt bediend in een kamer, waarvan de wanden zijn bedekt met zwarte doek om het licht te absorberen dat wordt gereflecteerd door het te analyseren monster. Het monster wordt in het midden van het apparaat geplaatst, waar het wordt waargenomen vanaf de punt van een robotarm die met een snelheid tot 3 meter per seconde ronddraait, zodat voor veel configuraties snel metingen kunnen worden verricht. "Een conventionele camera neemt alleen rode, groene en blauwe kleurinformatie die zichtbaar is voor het menselijk oog. In plaats daarvan gebruiken we een spectrometer die honderden golflengten registreert over het hele visuele spectrum, zelfs uitbreiden tot UV en infrarood. Die schat aan gegevens geeft ons veel meer informatie over een materiaal waarmee we het uiterlijk uiterst nauwkeurig kunnen nabootsen, ’ zegt Jakob.

Het team heeft een nieuw algoritme ontwikkeld dat de volledige controle over de gonio-fotometer overneemt om slechts een kleine subset van een onvoorstelbaar grote vierdimensionale ruimte vast te leggen, waardoor materialen veel sneller kunnen worden gedigitaliseerd dan voorheen mogelijk was. Jakobs groep ontwikkelt ook de Mitsuba Renderer, een veelgebruikt open source softwareplatform dat licht rekenkundig simuleert om fotorealistische beelden van virtuele werelden te creëren. Met de verkregen gegevens, deze simulaties kunnen nu een ongekend niveau van nauwkeurigheid bereiken.