A estimação da iluminação é essencial para aplicações de realidade mista que se propõem a integrar elementos virtuais a cenas reais de maneira harmoniosa e sem a perda do realismo. Um dos métodos mais utilizados para fazer essa estimação é conhecido como iluminação baseada em imagens (Image Based Lighting - IBL), método que utiliza light probes para capturar a intensidade da iluminação incidente em uma cena. Porém, IBL estima a iluminação incidente apenas para um determinado instante e posição. Nesta dissertação, será avaliado um modelo de iluminação que utiliza séries temporais de imagens de light probes, obtidas de maneira esparsa em relação ao tempo, para renderizar cenas em instantes arbitrários. Novas cenas contendo objetos virtuais poderão ser renderizadas utilizando imagens de light probes artificiais, geradas a partir das amostras da iluminação originais. Diferentes funções de interpolação e aproximação são avaliadas para modelar o comportamento luminoso. As imagens finais produzidas pela metodologia também são verificadas por voluntários, de modo a determinar o impacto na qualidade de renderização em aplicações de realidade mista. Além da metodologia, foi desenvolvida uma ferramenta de software em forma de plugin para facilitar o uso de IBL temporalmente variável, permitindo assim a renderização realística de objetos virtuais para instantes arbitrários / Lighting estimation is essential for mixed reality applications that strive to integrate virtual elements into real scenes in a seamlessly fashion without sacrificing realism. A widely used method for lighting estimation is known as Image Based Lighting (IBL), which utilizes light probes to determine incident light intensity within a scene. However, IBL estimates light incidence only for a given time and position. In this dissertation, we assess a lighting model based on a time series of light probe images, obtained sparsely, to render scenes at arbitrary times. New scenes containing virtual objects can then be rendered by using artificial light probe images, which are generated from the original light samples. Different types of interpolation and approximation functions were evaluated for modeling lighting behavior. The resulting images were assessed for the impact in rendering quality for mixed reality applications by volunteers. In addition to the methodology, we also developed a software plugin to simplify the use of temporally variable IBL, allowing realistic rendering of virtual objects for arbitrary times

A estimação da iluminação é essencial para aplicações de realidade mista que se propõem a integrar elementos virtuais a cenas reais de maneira harmoniosa e sem a perda do realismo. Um dos métodos mais utilizados para fazer essa estimação é conhecido como iluminação baseada em imagens (Image Based Lighting - IBL), método que utiliza light probes para capturar a intensidade da iluminação incidente em uma cena. Porém, IBL estima a iluminação incidente apenas para um determinado instante e posição. Nesta dissertação, será avaliado um modelo de iluminação que utiliza séries temporais de imagens de light probes, obtidas de maneira esparsa em relação ao tempo, para renderizar cenas em instantes arbitrários. Novas cenas contendo objetos virtuais poderão ser renderizadas utilizando imagens de light probes artificiais, geradas a partir das amostras da iluminação originais. Diferentes funções de interpolação e aproximação são avaliadas para modelar o comportamento luminoso. As imagens finais produzidas pela metodologia também são verificadas por voluntários, de modo a determinar o impacto na qualidade de renderização em aplicações de realidade mista. Além da metodologia, foi desenvolvida uma ferramenta de software em forma de plugin para facilitar o uso de IBL temporalmente variável, permitindo assim a renderização realística de objetos virtuais para instantes arbitrários / Lighting estimation is essential for mixed reality applications that strive to integrate virtual elements into real scenes in a seamlessly fashion without sacrificing realism. A widely used method for lighting estimation is known as Image Based Lighting (IBL), which utilizes light probes to determine incident light intensity within a scene. However, IBL estimates light incidence only for a given time and position. In this dissertation, we assess a lighting model based on a time series of light probe images, obtained sparsely, to render scenes at arbitrary times. New scenes containing virtual objects can then be rendered by using artificial light probe images, which are generated from the original light samples. Different types of interpolation and approximation functions were evaluated for modeling lighting behavior. The resulting images were assessed for the impact in rendering quality for mixed reality applications by volunteers. In addition to the methodology, we also developed a software plugin to simplify the use of temporally variable IBL, allowing realistic rendering of virtual objects for arbitrary times

This work describes the development of an optical probe for measuring movement of tissue particles deep inside which are loaded by an ultrasound remote palpation device. The principle of the method is that ultrasound force which can be applied inside the tissue makes the tissue particles vibrate and this vibration phase-modulates the light intercepting the insoniified region which results in a modulated speckle intensity on detection outside the object. This speckle intensity modulation detected through the measured intensity autocorrelation is a measure of the vibration amplitude. Since the vibration amplitude is related to the local elastic properties of the medium, the measured modulation depth in intensity autocorrelation can be used to map the elastic property in the insonified region. In this work, first the ultrasound induced force is calculated for both plane and focused ultrasound beams, and converted to amplitude of vibration and refractive index modulation, solving the forward elastography equation. Light propagation inside an insonified object is modelled using Monte Carlo simulation and the amplitude and intensity correlations are computed. The modulation depth on the autocorrelation is estimated and shown that it is inversely correlated to the local elastic modulus and optical absorption coefficient. It is further shown that whereas the variation in modulation depth is linear with respect to absorption coefficient, the same variation with elastic property is nonlinear. These results are verified experimentally in a tissue mimicking phantom. The phantom was constructed out of poly vinyl alcohol(PVA) whose optical, mechanical and acoustic properties are independently controlled. It is also shown that for loading with focused ultrasound beam the displacement is almost along the ultrasound transducer axis and therefore the contribution from refractive index modulation alone can be ascertained by probing the insonified perpendicular to the transducer axis. This helps one to find the contribution to the modulation depth from the ultrasound-induced vibration, which can be used to compute a quantitative estimate of the elastic modulus from the modulation depth.