Het is zover, het startschot voor mijn thesis is officieel gegeven. Woensdag direct na de proclamatie meteen meeting gehad met de thesisbegeleider, en een klein pakketje literatuur meegekregen om te doorworstelen.
Misschien even kort voor de geïnteresseerde lezers die mij niet begeleiden in deze thesis, kort even mijn onderwerp voorstellen. In 2007 werd het doctoraat van Maarten Vanvolsem voorgesteld, een kunstwetenschapper aan de KULeuven. In dit doctoraat beschrijft (ondertussen dus dr.) Vanvolsem hoe we kunnen afstappen van het traditionele puntcameramodel dat een stilstaand beeld, een snapshot als het ware, oplevert. Hij gebruikte in zijn doctoraat een zogeten 'slit camera', die in plaats van een volledig beeld slechts een lijn oplevert per tijdseenheid. Door die camera gedurende meerdere tijdseenheiden te laten filmen en de film voort te draaien, kunnen dan meerdere tijdstippen tegelijk in beeld gebracht worden. Dit principe wordt ook gebruikt in fotofinish camera's. Dr. Vanvolsem ging echter nog een stap verder, en bewoog ook nog met zijn camera tijdens het filmen. Dit leverde dus niet alleen temporele, maar ook ruimtelijke diversiteit op in zijn beelden (anders gezegd, meerdere plaatsen én tijdstippen in één beeld). Dit levert mooie beelden op, zoals u kan zien op http://associatie.kuleuven.be/ivok/docindekunsten.htm#vanvolsem
Het doel van mijn thesis is nu om dit concept te gaan toepassen op een virtuele scène via Computer Graphics. Ik zal dus een slitcameramodel moeten implementeren, die bovendien nog kan bewegen ook.
Maar terug nu naar mijn eerste meeting, waar ik dus een literatuurpakketje meekreeg. Het bestond uit drie papers, en een bundeltje met oude artikels over fotografie in de late 19de en vroege 20ste eeuw, waarin onder andere het puntcameramodel en het slitcameramodel beschreven worden. Dat leek mij wel een fijn beginpunt om aan mijn literatuurstudie te beginnen.
Het eerste van de drie artikels, getiteld 'A One Dollar Photographic Outfit' (Scientific American, 4 juli 1891) gaat over een primitieve, lensloze puntcamera, een beetje zoals de schoendooscamera die we als avontuurlijke jonge jongetjes (en meisjes waarschijnlijk ook) wel eens gemaakt hebben. Klein gaatje in de voorkant van de schoendoos, en al het licht dat er doorkomt wordt gebundeld en vormt (ondersteboven) een beeld op de achterkant. Het enige verschil met mijn schoendoos was dat dit model ook nog een fotografische plaat aan de achterkant heeft om het beeld blijvend te maken.
Interessant is dat dit basisprincipe hetgene is dat momenteel ook het basis-uitgangspunt is van Ray Tracing-algoritmes in Computer Graphics. Geavanceerde raytracers maken wel gebruik van een soort fictieve lens om depth-of-field te genereren, maar het basisprincipe is nog altijd het puntcameramodel: we schieten stralen vanuit één punt door elke pixel, en gaan na welk object de straal raakt. Dan geven we die pixel de kleur van het object dat de straal heeft geraakt (na toepassing van shaders uiteraard).
Het tweede artikel, 'Lensless Photography' (Scientific American, 16 juli 1904) geeft een vergelijking tussen de puntcamera en de lenscamera. Een probleem van vroege puntcamera's was een mooi rond gaatje krijgen (dat meestal gefabriceerd werd door met een naald door een stukje zilverpapier te prikken). Dit leverde erg onscherpe beelden op. Dat probleem was ondertussen opgelost door een 'radioscoop' (een stuk koperplaat met een perfect rond geboord gaatje) te gebruiken. Dit levert nog steeds een minder scherp beeld op dan een lenscamera, maar een veel zachter kleurverloop (in die tijd natuurlijk nog grijswaarden). Een ander zeer belangrijk verschil is dat met een puntcamera alle delen van de foto in focus zijn, terwijl een lens uiteraard enkel objecten op een bepaalde afstand perfect in focus heeft. Het artikel beschrijft ook een aantal nuttige aanwendingen voor de puntcamera: het kan goed gebruikt worden voor portretten, maar ook zaken die scherp moeten zijn zoals kopieën. Hiervoor werkt volgens Scientific American de lenscamera minder goed, omdat een lens vaak scherper focust dan het oog, wat een onnatuurlijk effect in de kopie veroorzaakt. Een ander nadeel van de puntcamera is echter wel dat de exposure-tijd langer is dan met een lenscamera, omdat het licht trager binnenkomt in de camera.
Het derde artikel tenslotte, getiteld 'The Slit Camera' (Scientific American, 15 februari 1916) beschrijft het slitcameramodel, ontwikkeld door Wolfgang Otto. Het primaire nut voor dit cameramodel was toen het ontwikkelen van vervormde beelden (iets dat nu meteen kan door een transformatiematrix toe te passen op een digitaal beeld). Het basissysteem van de camera is min of meer hetzelfde als dat van de puntcamera, alleen is het vlak met de puntopening vervangen door twee vlakken met een spleet erin. Hierin is veel variatie mogelijk: de spleten kunnen recht of gekromd zijn, de breedte kan variëren, en de afstand van de partities tot het beeld kan ook vrij gevarieerd worden. Ook de partities zelf mogen gekromd zijn, of een hoek vormen met het beeld. Er kunnen ook meerdere spleten in één partitie worden gemaakt. Dit levert duidelijk een hoop parameters op voor het cameramodel dat ik zal implementeren.
In de basiscamera die verder wordt besproken, wordt gewerkt met twee parallelle partities met in de ene een verticale spleet, en in de andere een horizontale. Dit levert een gescaleerd beeld op, waarin de schaling van de horizontale en verticale as zich verhouden als de afstanden van de twee spleten tot het beeldvlak. Het artikel merkt tenslotte nog op dat deze camera niet alleen een wetenschappelijke follie is, maar dat hij ook kan gebruikt worden om transformaties toe te passen op verscheidene beelden, een nut dat uiteraard in onze moderne tijden overgelaten wordt aan Photoshop, of zelfs het kleinste kind dat met MS Paint of Tuxpaint overweg kan.
Zo, dat was dan de eerste (kleine) literatuurstudie voor mijn thesis, en de officiële kick-off. Wat staat er mij nu nog te doen? Wel, duidelijk eerst de andere papers lezen en dezelfde uitvoerige behandeling geven als ik nu net gedaan heb met de artikels uit Scientific American. Die papers staan natuurlijk ook tsjokvol met (al dan niet) nuttige en interessante referenties, die ik ook ten volle moet uitpluizen. Na die literatuurstudie kan ik ook nog eens een studie maken van de verscheidene bestaande graphics frameworks die voorhanden zijn, om na te gaan in welk framework ik mijn nieuw systeem best kan inbouwen. En tegen dat dat afgerond is... jah, kan ik gaan implementeren, wat waarschijnlijk het grootste deel van het werk aan deze thesis wel zal zijn.
Natuurlijk kan u de vooruitgang hier volgen.
Tot de volgende,
Ben
