Optimization Techniques in Computer Graphics and Appearance Fabrication

Abstract

Tobias Rittig Optimalizaní techniky v poítaové grafice a výrob vzhledu Optimalizace, proces zlepování prbných výsledk, byl aplikován v mnoha oblastech infor- matiky i mimo ni. Vizuální výpoty byly po celou dobu v popedí vývoje nových technik a jejich aplikace k syntéze nebo analýze vizuální reality. Pi nedávném rozvoji hlubokého uení se vnovala pozornost rozsáhlým diferencovatelným výpotm a aplikaci optimalizace pomocí gradientního sestupu. Tato práce zachycuje ásti tohoto vývoje ve tyech sdílených publikacích prvního autora (tikrát v asopise, jednou na konferenci) a tech spoluautorských láncích v asopise. Ukazuje, jak se optimalizaní algoritmy pouívají ve dvou odliných oblastech poítaové grafiky. Zaprvé se zamujeme na vznikající oblast výroby vzhledu pomocí plnobarevného 3D tisku. Ukazujeme výhody iterativní optimalizaní smyky na ostrosti a pesnosti barev prsvitných výtisk. Tato smyka, sestávající se z dopedné predikce a zptného zpesování, me být sloena z rzných stavebních blok vyvinutých v prbhu práce. Dopedná pedpov me být ízena pesným algoritmem sledováním cest Monte Carlo nebo pibliným neurál- ním vykreslováním. Zptné upesnní se me spoléhat na heuristický algoritmus nebo na algoritmus optimalizace pomocí gradientního sestupu v kombinaci s diferencovatelným vykreslováním. Dále analyzujeme aplikaci...

Tobias Rittig Optimization Techniques in Computer Graphics and Appearance Fabrication Optimization, the process of improving an intermediate solution, has been applied in numerous fields of computer science and beyond. Visual computing has throughout been at the forefront of developing new techniques and applying them to synthesize or analyze visual reality. At the latest, the recent boom of deep learning has given attention to large- scale differentiable computation and the application of gradient-descent optimization. This thesis spans parts of this development in four shared first-author publications (three journal, one conference) and three co-authored journal papers. It shows how optimization algorithms are used in two distinct fields of computer graphics. First, the focus is on the emerging field of Appearance Fabrication using full-color 3D printing. We show the benefits of an iterative optimization loop on the sharpness and color accuracy of translucent printouts. Such a loop, consisting of a forward pre- diction and backward refinement, can be composed of various building blocks developed throughout the thesis. The forward prediction can be driven by accurate Monte Carlo path tracing or an approximate neural rendering solution. The backward refinement can rely on a heuristic or a gradient-descent...