Analysis of Ancient Mosaic Images for Dedicated ... - Institut Fresnel

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4.5.2 Mesh-based vs. Point-based Encoding and Rendering . . . . . . . . . . . . . . . . 125 4.5.3 Usability of Virtual Heritage Worlds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 4.5.4 Not Just 3D Data: Adding Other Knowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.5.5 Presenting 3D Data on the Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 4.6 3D Digitization: How to Improve Current Procedures and Make It More Practical and Successful . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.6.1 Technology - Limitations Perceived by Practitioners . . . . . . . . . . . . . . . . 128 4.6.2 Misuse of Technology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.6.3 Better Management of 3D Data . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 4.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 5 Digitizing the Parthenon: Estimating Surface Reflectance under Measured Natural Illumination 137 Paul Debevec, Chris Tchou, Andrew Gardner, Tim Hawkins, Charis Poullis, Jessi Stumpfel, Andrew Jones, Nathaniel Yun, Per Einarsson, Therese Lundgren, Marcos Fajardo and Philippe Martinez 5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 5.2 Background and Related Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 5.3 Data Acquisiton and Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5.3.1 Camera Calibration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 5.3.2 BRDF Measurement and Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 5.3.3 Natural Illumination Capture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 5.3.4 3D Scanning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 5.3.5 Photograph Acquisition and Alignment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 5.4 Reflectometry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.4.1 General Algorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 5.4.2 Multiresolution Reflectance Solving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 5.5 Results . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 5.6 Discussion and Future Work . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 5.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 6 ARC3D: a Public Web Service that Turns Photos into 3D Models 163 David Tingdahl, Maarten Vergauwen, and Luc Van Gool 6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 6.2 System Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 6.2.1 System Components . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 6.2.2 Upload Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.2.3 Modelviewer Tool . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 6.3 Automatic Reconstruction Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 6.3.1 Pipeline Overview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.3.2 Opportunistic Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.3.3 Hierarchical Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 6.3.4 Parallel Pipeline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 6.4 Practical Guidelines for Shooting Images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 6.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 xiii
xiv 6.4.2 Image Shooting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 6.4.3 Scene Selection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 6.5 Case Study: Reconstruction of the Mogao Caves of Dunhuang . . . . . . . . . . . . . . . 175 6.5.1 3D Reconstruction of Mogao Cave 322 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 6.5.2 Image Capturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176 6.5.3 Result . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.6 Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.6.1 A Complete Building: Arc de Triomphe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 6.6.2 Environment Scene . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.6.3 Further Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 6.7 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 7 Pattern Discovery from Eroded Rock Art 191 Yang Cai 7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191 7.2 Surface Imaging Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 7.2.1 Laser Scan . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193 7.2.2 Pattern Projection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195 7.2.3 Stick Shadow . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196 7.2.4 Multiview Imaging . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 7.2.5 Polynomial Texture Maps (PTM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199 7.3 Pattern Discovery Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 7.3.1 Simulated Lighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 7.3.2 Data Transformation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 7.3.3 Transformation Examples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202 7.3.4 Off-Line Handwriting Recognition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205 7.3.5 Interactive Versus Automatic Discovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 7.4 From Reconstruction to Knowledge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.5 Interaction Design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208 7.6 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210 8 Computational Analysis of Archaeological Ceramic Vessels and their Fragments 215 Andrew R. Willis 8.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216 8.1.1 Significance of Generic Artifact Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 8.1.2 Significance of Ceramic Vessel Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217 8.1.3 Traditional Puzzle Solving and Artifact Reconstruction . . . . . . . . . . . . . . . 218 8.2 Artifact Reconstruction Systems: Basic Components and Concepts . . . . . . . . . . . . 219 8.2.1 Digitizing Artifacts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 8.2.2 Approaches for Computational Sherd Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 8.2.3 Computerized Typology for Automated Sherd Classification . . . . . . . . . . . . 222 8.2.4 Computerized Vessel Reconstruction by Fragment Matching . . . . . . . . . . . . 224 8.3 Computational Models for Vessels and their Fragments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 8.3.1 Modeling Ceramic Vessels as Surfaces of Revolution . . . . . . . . . . . . . . . . 225
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