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Ph d presentation_alex
1. Perceptually Valid Images of Conimbriga Using High Dynamic Range Alexandrino José Marques Gonçalves alex@ipleiria.pt November 4th, 2010 Supervisors: João Paulo Moura (University of Trás-os-Montes and Alto Douro) Alan Chalmers (University of Warwick, UK) A thesis submitted to theUniversity of Trás-os-Montes and Alto Douro in accordance with the requirements for the degree of Doctor of Philosophy
9. Do we have the equivalent archaeological, religious or architectural interpretation?
10. Are there clear benefits of using high fidelity visualization in a cultural heritage context? “The (Roman light) image... changes the colours of the frescoes and mosaic.” Nick Papanikolaou_
15. Conduct a perceptual visual user study with those high fidelity images.“...making the room more attractive, the environment more soothing and relaxing...” Muhammad Latif_
19. High Dynamic Range.High fidelity 3D model High fidelity visualization “The (electric light) image looked dull.” Sharon Edgar_
20. HDR… why? 07 CIE Chromaticity Diagram “...the low colour-temperature illumination is more in keeping with the original scenario.” Michael Goldsmith_
21. Results / Illumination experiments 08 “The room looked to be old, therefore candlelight appeared to give the room a warm glow…” Gavin Edwards_
22. Results / Illumination experiments 09 Oil samples: A special attention must be given to the origin and manufacture procedure of the fuel. “...gave me an impression of warmth and softness.” Zaboronski Oleg_
23. Results / Illumination experiments 10 Additives: We should also consider possible additives in ancient fuels as well. “… (the electric light image) showing little shading effects and not highlighting colours and shapes.” Thomas Rogers_
27. Results / Renderings 14 “The (electric light) image… introduced more of a cold environment.” Carlo Harvey_
28. Results / Perceptual experiments 15 “The lighting in the image provides a more exciting/intriguing/mysterious ambience.” Hilmi Jaidin_
29. Results / Perceptual experiments 16 “… yellow light produces more vivid colours.” Matt Wakelin _
30. Results / Perceptual experiments 17 Eye tracking results: HDR images “The candle light is well captured…” IoannisAgrafiotis_
31. Results / Perceptual experiments 18 What is the colour of the circumferences viewed in the mosaic floor? “The light accentuates the colours and seems to change them.” Leigh Blount _
32. Results / Perceptual experiments 19 Which image did you like most? “... I liked it more because of the warm colours.” ElmedinSelmanovic_
33. Results / Perceptual experiments 20 Eye tracking results: HDR vs LDR (tone mapped image) HDR LDR “… (the electric light image) seems pale.” Himanshu Patel_
38. Visual acuity of HDR stand out in extreme lighting conditions.“… is more natural in terms of lighting in olden days from which the frescoes appears to be.” VibhorAggarwal_
39. Publications 22 Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A. “Visualização de Espaços Arqueológicos usando HighDynamic Range”. InProceedingsof V Congresso CAAPortugal de Aplicações Informáticas à Arqueologia, Leiria. 2007. Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A. “Metodologia para Geração de Imagens HighDynamic Range em Iluminação Romana”.InProceedingsofInternational Association for the Scientific Knowledge - InterTIC’07, Porto. 2007. “... creates better contrast and highlights important areas of the scene.” Francesco Banterle_
40. Publications 23 Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A. “High Fidelity Illumination in Archaeology - A Roman Legacy in Portugal”. In 6th World Archaeological Congress, WAC, Dublin. 2008. Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A. “Accurate Modelling of Roman Lamps in Conimbriga Using High Dynamic Range”. InProceedingsofVAST 2008: International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, Braga. Eurographics. 2008. Award: Best Paper Award “(The electric light image) was less pleasing and colourful…” Carlo Harvey_
41. Publications 24 Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A. “High Dynamic Range - A Gateway for Predictive Ancient Lighting”. ACM Journal on Computing and Cultural Heritage (JOCCH) 2(1): 1-20. ACM. 2009. Gonçalves A., Magalhães L., Moura J., Chalmers A.“Perceptual Images of Conimbriga Using High Dynamic Range”. Journal of Archaeological Science. Elsevier . 2011 (?). “... highlighting the colours and designs.” Gareth Edwards _
42. State of the Art Reports 25 Happa J., Mudge M., Debattista K., Artusi A., Gonçalves A., Chalmers A. “STAR Report on Illuminating the Past”. In Proceedings of VAST 2009: International Symposium on Virtual Reality, Archaeology and Cultural Heritage, Malta. Eurographics. 2009. Happa J., Mudge M., Debattista K., Artusi A., Gonçalves A., Chalmers A. “Illuminating the past: state of the art”. Virtual Reality Journal, 14(3): 155-182. Springer. 2010. “The (electric light) image looked very hash...which did not bring out the details in the mosaics...” Gavin Edwards_
43. Article in Scientific Magazine 26 NewScientist. “Ancient artefacts show up in a more flattering light”. New Scientist Magazine (August 2009). 2720: 20. 2009. “The (Roman light) image... was quite pleasing to the eyes.” Hardik Raja_
46. Do we have the equivalent archaeological, religious or architectural interpretation?
47. Are there clear benefits of using high fidelity visualization in a cultural heritage context? Absolutely No No Surely not Yes “… it is more clear that the room is Roman…” Isaac Lewis_
48. Perceptually Valid Images of Conimbriga Using High Dynamic Range “The (Roman) light seemed to give it a whole new atmosphere.” Leonhard Widrich Alexandrino José Marques Gonçalves alex@ipleiria.pt
Editor's Notes
Agradecerao Chalmers
Estaapresentaçãoestáestruturada de acordo com osseguintestópicos: as motivaçõesdetestrabalho; o quenospropusemosrealizar; a apresentação de alguns dos resultadosmaisrelevantes; as contribuiçõesdestatese; e porfim as conclusõesfinais.
Este trabalho é motivadopelo facto de hojeemdiaosespaços de herança cultural teremumarelevância e um interessecadavezmaioremtoda a humanidade (e isso é percpetívelpelaquantidade de projectosqueexistemnessedomínio, promovidosporgrandesintituições com a UniãoEuropeiaou a UNESCO, porexemplo). A interpretaçãodesseespaçostorna-se, dessemodo, essencialparaumamelhorcompreensão do nossolegado cultural. E seráqueparaconseguirmosinterpretarcorrectamenteessesespaços, deveríamosvisualizá-los talqual a épocaemquestão? Ouseráindiferente?
O espaçoarqueológicoquefoiusadocomocaso de estudonestenossotrabalho, localiza-se em Conimbriga; quefoiuma das maisimportantescidades do antigoImpério Romano naLusitânia a par de Olisipo (hojeLisboa) e Bracara Augusta (hoje Braga). Como nospropomosrecriar o interior de umahabitação, algumas das especificidadesmaisrelevantesrelacionadas com estecenáriosão:
Dessemodo, propomo-nosrecriarrecriar (virtualmente), e o maisfidedignamentepossível, qualseria a perspectiva visual que um habitantedaépocatinhadesses frescos e mosaicos. Ouseja, tentarobternestesnossosolhos do séc XXI a mesmasensaçãoque um ser humano dos primórdiosdanossa era. E, depois, usar a recriaçãodessecenárioparaefectuar um estudo, com utilizadoresreais, paratentarencontrarresposta a todasaquelasquestõesreferidas no slide inicial das motivaçõesdestetrabalho.
E paraatingirmosessafidelidade visual, devemosteremconsideraçãodoisaspectosfundamentais: o procedimentodacriação do modelo virtual tridimensional; e a efectivavisualização do referidomodelo. No modelotridimensionaldevemosconsiderar: a geometria; osmateriais (nomedamente a forma comointerajem com a luz) e obviamente a simulação das fontes de luzusadasnaépoca. E para se conseguirumaelevadafidelidade visual, devemosseguramenteconsiderar o que, provavelmente, passará a ser o standard davisualização: O High Dynamic Range.
HDR, porquê?Nestediagramapodemosobservarumasimulaçãodacapacidade visual do Sistema Visual Humano. No seu interior é possívelpercecionar um triângulo. A quasetotalidade dos sistemas de visualizaçãoactuaisapenasconseguemapresentara gamacromáticaexistente no interior dessetriângulo. Ouseja,existeumaporçãosubstancial do que o nosso SVH percepciona, masquenão tem representaçãopossívelnessessistemas de visualização. E para o processo ser válido, todo o pipeline de desenvolvimento HDR deveseguido: desde a criação à visualização.
Como referi à pouco, além de ummodelogeométricorigoroso, era necessáriosimular o processo de iluminaçãoRomana. Para tal era necessárioobter a distribuiçãoespectral, nagama do espectroelectromagnéticovisivel, de umafonte de luz com as características das usadasnaépocaemestudo. Dessemodo, foramfeitasna UBI medições com um espectroradiometro de umalucernaRomana. Nestaimagempodemosobservaruma das experiências a decorrer...
Nessalucerna, o combustívelusadofoi o mesmoque era usadopelosRomanos:azeite. Para talarranjámos 3 amostras de azeite: 2 cujoprocesso de extração era maisantigo e umaoutraquetinhasidoproduzidajá num lagarmodernoque segue osnovospadrões de extração do azeite. Curiosamenteuma das amostras, produzidapormétodostradicionais, provém de oliveiraslocalizadasprecisamentenasruinas de Conimbriga. Como podemosconstatar... Emcertasregiões do espectroelectromagnéticoexiste um incremento de quase 50% naintensidadedaluz
Tal comonosfoiindicadopelo Director do MuseuMonográfico de Conimbriga (o Dr. VirgílioCorreia), e talcomovinhareferenciadonaliteraturaassociada, era comumosRomanosadicionaremsalaocombustível. Nãosóporquegeravaumachamamaisestável e com menosfumo, masessencialmenteporque, e esse facto também era descritonaliteratura, aumentava a intensidadedaluz. Tambémaquifoitidoematenção o grau de pureza do sal, salpurodirectamente de salinas e semaditivos. E, de facto, as nossasexperiênciasconfirmaramesse facto... 60%
Finda a elaboração de todo o setup do modelo 3D, efectuamostodosos renderings com motor de rendering “Radiance” de Greg Ward. Poiseste é um phisically based render (motor físico de rendering), e com capacidade de gerarimagensrenderizadas com as característicasdescritas no iniciodestaapresentação. Como é referidonatese, foi a “SaladaCaçada” a salasujeita a simulação, porter o mosaicointacto e a únicaqueaindatinhaalguns frescos visíveisnasparedes. Nestetipo de recriaçõeshistóricas, um dos apectosmaisinteressantes é o poderterestebinómiocomparativo de imagensreais e virtuais. Aquitemos um exemplo de um canto dasala (canto frontal esquerdo).
Aquidaparede lateral. Tentámossempreque o panorama daimagem virtual, fosse igualao panorama dafotografia real.
Aquipodemosobservaroutros renderings quenosdãopespectivasda “SaladaCaçada” impossíveis de obtersem ser porintermédio de Realidade Virtual.
Com vista à consecussão dos objectivosquenostínhamosproposto, era necessáriogerarimagens com umaenvolvência visual próxima à quetemosnosdias de hoje; a fim de poderefectuar testes comparativos. Dessemodo, foramigualmenteefectuadosrenderings com um outrotipo deiluminação, do séc XXI. E é essailuminaçãoque é visivel no render daimagemdadireita (inclusive houveumapessoaqueumavez me perguntou se estaimagem era artificial ou se se era um fotografia).
Tendoos renderings feitos, partimospara a preparação e elaboração dos testes de percepção com utilizadoresreaisApós um testepreliminarna UTAD, as experiênciasforamrealizadas no International Digital Laboratory, naUniversidade de Warwick. Porqueláexistia um dos, infelizmente, aindararosecrãs HDR; q Que comoreferimos era o suportetecnológico de todoesteprojecto. Nestafotografiapodemosobservar o setup preparado, o ecrã, o eye-tracker, o portátilquerecolhiaos dados. E nestaoutrafotografia, um participante a realizar o teste.
Estes testes consistiamem 2 conjuntos de imagens, cada um deles com imagens de ambos ostipos de iluminação. Este é o primeiroconjunto (um canto dasalaondeos frescos sãoemfatizados) e este o segundo (umaperspectivamaisabrangentedasala).
Os resultadosdestasexperiênciassãoextensos(estandodescritosemquase 20 páginasdatese). Voufocarapenasalgunsnestaapresentação. Aquipodemosverosresultados do eye-tracker para o 1º conjunto de imagens...
... e é curiosoqueelespreferiram a imagem com maiordiversidadecromática.
... o padrão é semelhante, com execpção das estremidades... e euestouconvencidoqueestesresultadosseriamconsideravelmentemaisdispares se emvez do ecrã HDR, fosse usado um ecrã normal. Pois, esteecrã (HDR) fazprocessamento/melhoramento de imagemem tempo real.
Os nossosprimeiros renders foramapresentadosnestecongressoem Dublin. Masesteúltimofoi o artigomaisimportante: foigalardoadocomo “Best paper award”; umadasnossasimagensfoiusadanacapa dos proceedings.
Artigo de jornal: o nossomosaicofoiusadonacapa. E esteartigoqueestápraticamentefinalizadoainda a submeter...
Emconjunto com outros 5 investigadoresinternacionais, foipublicado um State of the art report em “Illuminating the Past”. E umaversãorevista e extendidafoiposteriormentepublicadanarevista “Virtual Reality”.
Este é o mesmo slide quefoiapresentado no inicio, no qualjátemoscondições de responder a todasestasquestões...
E concluo com a mesmafrasequefinalizo a minhatese, quefoiextraida de um dos inquéritos; e quenaminhaopinião resume de forma excepcional o trabalhoquenospropusemosrealizar e quepretendedar umapequenacontribuiçãoparaumamelhorinterpretação do nossolegado cultural.
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