Gegenstand der vorliegenden Dissertation ist die Entwicklung von Algorithmen und Methoden mit dem Ziel, Archäologen bei der täglichen wissenschaftlichen Arbeit zu unterstützen. Im Teil I werden Ideen präsentiert, mit denen sich die extrem zeitintensive und stellenweise stupide Funddokumentation beschleunigen lässt. Es wird argumentiert, dass das dreidimensionale Erfassen der Fundobjekte mittels Laser- oder Streifenlichtscannern trotz hoher Anschaffungskosten wirtschaftlich und vor allem qualitativ attraktiv ist. Mithilfe von nicht fotorealistischen Visualisierungstechniken können dann wieder aussagekräftige, aber dennoch objektive Bilder generiert werden. Außerdem ist speziell für Gefäße eine vollautomatische und umfassende Merkmalserhebung möglich. Im II. Teil gehen wir auf das Problem der automatisierten Gefäßklassifikation ein. Nach einer theoretischen Betrachtung des Typbegriffs in der Archäologie präsentieren wir eine Methodologie, in der Verfahren sowohl aus dem Bereich des unüberwachten als auch des überwachten Lernens zum Einsatz kommen. Besonders die letzteren haben sich dabei als überaus praktikabel erwiesen, um einerseits unbekanntes Material einer bestehenden Typologie zuzuordnen, andererseits aber auch die Struktur der Typologie selbst kritisch zu hinterfragen. Sämtliche Untersuchungen haben wir beispielhaft an den bronzezeitlichen Gräberfeldern von Kötitz, Altlommatzsch (beide Lkr. Meißen), Niederkaina (Lkr. Bautzen) und Tornow (Lkr. Oberspreewald-Lausitz) durchgeführt und waren schließlich sogar in der Lage, archäologisch relevante Zusammenhänge zwischen diesen Fundkomplexen herzustellen. / The topic of the dissertation at hand is the development of algorithms and methods aiming at supporting the daily scientific work of archaeologists. Part I covers ideas for accelerating the extremely time-consuming and often tedious documentation of finds. It is argued that digitizing the objects with 3D laser or structured light scanners is economically reasonable and above all of high quality, even though those systems are still quite expensive. Using advanced non-photorealistic visualization techniques, meaningful but at the same time objective pictures can be generated from the virtual models. Moreover, specifically for vessels a fully-automatic and comprehensive feature extraction is possible. In Part II, we deal with the problem of automated vessel classification. After a theoretical consideration of the type concept in archaeology we present a methodology, which employs approaches from the fields of both unsupervised and supervised machine learning. Particularly the latter have proven to be very valuable in order to assign unknown entities to an already existing typology, but also to challenge the typology structure itself. All the analyses have been exemplified by the Bronze Age cemeteries of Kötitz, Altlommatzsch (both district of Meißen), Niederkaina (district of Bautzen), and Tornow (district Oberspreewald-Lausitz). Finally, we were even able to discover archaeologically relevant relationships between these sites.

Drawing sketches is certainly one of the most important but at the same time elaborate parts of archaeological work. Currently, 3D scanning technology is affording a number of new applications, and only one of them is using virtual copies instead of the originals as the basis for documentation. Our major contribution are methods for automatically generating stylized images from 3D models. These are not only intuitive and easy to read but also more objective and accurate than traditional drawings. Besides some other useful tools we show several examples from our daily work proving that the system accelerates the whole documentation process considerably.

In the early days of computer graphics, research was mainly driven by the goal to create realistic synthetic imagery. By contrast, non-photorealistic computer graphics, established as its own branch of computer graphics in the early 1990s, is mainly motivated by concepts and principles found in traditional art forms, such as painting, illustration, and graphic design, and it investigates concepts and techniques that abstract from reality using expressive, stylized, or illustrative rendering techniques. This thesis focuses on the artistic stylization of two-dimensional content and presents several novel automatic techniques for the creation of simplified stylistic illustrations from color images, video, and 3D renderings. Primary innovation of these novel techniques is that they utilize the smooth structure tensor as a simple and efficient way to obtain information about the local structure of an image. More specifically, this thesis contributes to knowledge in this field in the following ways. First, a comprehensive review of the structure tensor is provided. In particular, different methods for integrating the minor eigenvector field of the smoothed structure tensor are developed, and the superiority of the smoothed structure tensor over the popular edge tangent flow is demonstrated. Second, separable implementations of the popular bilateral and difference of Gaussians filters that adapt to the local structure are presented. These filters avoid artifacts while being computationally highly efficient. Taken together, both provide an effective way to create a cartoon-style effect. Third, a generalization of the Kuwahara filter is presented that avoids artifacts by adapting the shape, scale, and orientation of the filter to the local structure. This causes directional image features to be better preserved and emphasized, resulting in overall sharper edges and a more feature-abiding painterly effect. In addition to the single-scale variant, a multi-scale variant is presented, which is capable of performing a highly aggressive abstraction. Fourth, a technique that builds upon the idea of combining flow-guided smoothing with shock filtering is presented, allowing for an aggressive exaggeration and an emphasis of directional image features. All presented techniques are suitable for temporally coherent per-frame filtering of video or dynamic 3D renderings, without requiring expensive extra processing, such as optical flow. Moreover, they can be efficiently implemented to process content in real-time on a GPU. / In den Anfängen der Computergrafik war die Forschung hauptsächlich von dem Anspruch getragen, realistisch aussehende synthetische Bilder zu erstellen. Im Gegensatz dazu ist die nicht-photorealistische Computergraphik, ein Untergebiet der Computergrafik, welches in den frühen 1990er Jahren gegründet wurde, vor allem motiviert durch Konzepte und Prinzipien der traditionellen Kunst wie Malerei, Illustration und Grafikdesign. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der künstlerischen Verarbeitung von zweidimensionalen Bildinhalten und präsentiert mehrere neue automatische Verfahren für die Erstellung von vereinfachten künstlerischen Darstellungen von Farbbildern, Videos und 3D- Renderings. Wichtigste Neuerung dieser Techniken ist die Verwendung des Strukturtensors als eine einfache und effiziente Möglichkeit, Informationen über die lokale Struktur eines Bildes zu erhalten. Konkret werden die folgenden Beiträge gemacht. Erstens wird eine umfassende übersicht über den Strukturtensor gegeben. Insbesondere werden verschiedene Methoden für die Integration des kleineren Eigenvektorfeldes des geglätteten Strukturtensors entwickelt, und die Überlegenheit des geglätteten Strukturtensors gegenüber dem populären Edge-Tangent-Flow demonstriert. Zweitens werden separable Implementierungen des bilateralen Filters und des Difference of Gaussians Filters vorgestellt. Durch die Anpassung der Filter an die lokale Struktur des Bildes werden Bildfehler vermieden, wobei der Vorgang rechnerisch effizient bleibt. Zusammengenommen bieten beide Techniken eine effektive Möglichkeit, um einen Cartoon-ähnlichen Effekt zu erzielen. Drittens wird eine Verallgemeinerung des Kuwahara-Filters vorgestellt. Durch die Anpassung von Form, Umfang und Orientierung der Filter an die lokale Struktur werden Bildfehler verhindert. Außerdem werden direktionale Bildmerkmale besser berücksichtigt und betont, was zu schärferen Kanten und einem malerischen Effekt führt. Neben der single-scale Variante wird auch eine multi-scale Variante vorgestellt, welche im Stande ist, eine höhere Abstraktion zu erzielen. Viertens wird eine Technik vorgestellt, die auf der Kombination von flussgesteuerter Glättung und Schock-Filterung beruht, was zu einer intensiven Verstärkung und Betonung der direktionalen Bildmerkmale führt. Alle vorgestellten Techniken erlauben die zeitlich kohärente Verarbeitung von Einzelbildern eines Videos oder einer dynamischen 3D-Szene, ohne dass andere aufwendige Verfahren wie zum Beispiel die Berechnung des optischen Flusses, benötigt werden. Darüberhinaus können die Techniken effizient implementiert werden und ermöglichen die Verarbeitung in Echtzeit auf einem Grafikprozessor (GPU).

浮雕是雕刻藝術中重要的表現方法，藉由在平板上雕刻出高低落差，傳達出豐富的形狀視覺線索，是介於3D雕塑和2D畫作中間的一種物體外形的表現方式。本論文將針對淺浮雕這類型相對高度較低的浮雕技法，將要表達的3D場景壓縮到接近平面但盡可能保留細節。我們使用適應性直方圖均衡化技術去壓縮高度的動態範圍並盡可能強化細節，且經由降低取樣點數量的技巧加速適應性直方圖均衡化的計算，以利於使用者進行互動性自訂風格化。另外依照場景特徵的流向，增加特殊的刻紋去豐富淺浮雕的風格表現。 / Relief is a sculptural technique to express the shape feature on a flat surface. It is an art medium between 3D sculpture and 2D painting. In this thesis, we focus on bas-relief, which is a relatively low relief to compress the depth of 3D scene to a shallow overall depth and preserve details of the shape. We use the adaptive histogram equalization (AHE) to compress the depth range and enhance details, and accelerate the AHE computation by sample reduction, which is in favor of the user interaction of custom stylization. Furthermore, adding special carving patterns according to feature flows of the scene enriches the stylization of the relief generation.

The aim of this thesis is non-realistic video rendering. It starts with a summary of existing techniques and then this thesis concentrates on selected methods that are able to work in real-time. To process video more effectivelly, we use accelleration on graphical processing unit with usage of OpenGL and GLSL.

Made available in DSpace on 2014-12-17T15:48:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 LaurindoSBN.pdf: 1520391 bytes, checksum: 86f5072a56e661766a5174bce88b82d5 (MD5) Previous issue date: 2007-09-21 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico / Non-Photorealisitc Rendering (NPR) is a class of techniques that aims to reproduce artistic techniques, trying to express feelings and moods on the rendered scenes, giving an aspect of that they had been made "by hand". Another way of defining NPR is that it is the processing of scenes, images or videos into artwork, generating scenes, images or videos that can have the visual appeal of pieces of art, expressing the visual and emotional characteristics of artistic styles. This dissertation presents a new method of NPR for stylization of images and videos, based on a typical artistic expression of the Northeast region of Brazil, that uses colored sand to compose landscape images on the inner surface of glass bottles. This method is comprised by one technique for generating 2D procedural textures of sand, and two techniques that mimic effects created by the artists using their tools. It also presents a method for generating 21 2D animations in sandbox from the stylized video. The temporal coherence within these stylized videos can be enforced on individual objects with the aid of a video segmentation algorithm. The present techniques in this work were used on stylization of synthetic and real videos, something close to impossible to be produced by artist in real life / Renderiza??o N?o Fotoreal?stica (NPR) ? uma classe de t?cnicas que almejam reproduzir t?cnicas art?sticas, tentado expressar sentimentos e emo??es nas cenas renderizadas, dando um aspecto de que foram feitas "manualmente". Outra forma de definir a NPR ? como o processamento de cenas, imagens ou v?deos para gera??o de trabalhos de arte, gerando cenas, imagens ou v?deos que podem ter o atrativo visual de pe?as art?sticas, expressando caracter?sticas visuais e emocionais do estilo art?stico. Esta disserta??o apresenta um novo m?todo de NPR para estiliza??o de imagens e v?deos baseado em uma express?o art?stica t?pica da regi?o Nordeste do Brasil, que usa areia colorida para compor imagens de paisagens na superf?cie interna de garrafas de vidro. Este m?todo possui uma t?cnica para gera??o de texturas procedurais de areia 2D, e duas t?cnicas que imitam os efeitos criados pelos artes?es usando sua ferramenta. Al?m disso, essa disserta??o apresenta tamb?m um m?todo para gera??o de anima??es 21 2D em caixas de areia a partir do v?deo estilizado. A coer?ncia temporal nos v?deos estilizados pode ser for?ada nos objetos individuais do v?deo com aux?lio de um algoritmo de segmenta??o de v?deo. As t?cnicas apresentadas neste trabalho s?o usadas na estiliza??o de v?deos reais e sint?ticos, algo quase imposs?vel de ser produzido pelo artes?o na vida real