Tietotekniikan Tutkimussäätiö on myöntänyt Tietojenkäsittelytieteen Seuran esityksestä vuoden 2017 väitöskirjapalkinnon TkT Miika Aittalalle hänen Aalto-yliopiston Tietotekniikan laitokselle tekemästään väitöskirjasta Computational methods for capture and reproduction of photorealistic surface appearance (suom. Laskennallisia menetelmiä pintamateriaalien ulkonäön kaappaamiseen ja toisintamiseen).

Tietotekniikan Tutkimussäätiö on myöntänyt Tietojenkäsittelytieteen Seuran esityksestä vuoden 2017 väitöskirjapalkinnon TkT Miika Aittalalle hänen Aalto-yliopiston Tietotekniikan laitokselle tekemästään väitöskirjasta Computational methods for capture and reproduction of photorealistic surface appearance (suom. Laskennallisia menetelmiä pintamateriaalien ulkonäön kaappaamiseen ja toisintamiseen).

Työ esittelee ratkaisuja realistisen tietokonegrafiikan tuottamiseen. Tuloksena on kolme menetelmää pintamateriaalien ulkonäön automaattiseen kaappaamiseen. Ulkonäkö muodostuu värien, kiiltävyyden ja pinnanmuotojen vaihtelusta, ja se on keskeisen osa grafiikan uskottavuutta. Näiden ominaisuuksien kaappaaminen edellyttää heijastuneen valon määrän mittaamista lukuisissa valaistus- ja katseluolosuhteissa. Työssään Aittala esittelee menetelmiä pintamateriaalimallien kaappaamiseksi käyttäen yksinkertaisia laitteistoja ja suhteellisen vähälukuisia mittauksia. Esiteltävät menetelmät hyödyntävät modernin data-analyysin työkaluja erotellakseen ja selittääkseen havaitut heijastusilmiöt vähäisessä mittausdatassa.

Ensimmäinen menetelmä hyödyntää litteää monitoria ohjelmoitavana valonlähteenä ja järjestelmäkameraa pinnasta heijastuneen valon määrän mittaamiseen. Jälkimmäiset kaksi menetelmää hyödyntävät todellisen maailman pinnoille tyypillisiä koko pinnan yli toistuvia kuvioita. Yhdistämällä mittaushavaintoja toistuneiden elementtien kesken menetelmät saavuttavat korkealaatuisia kaappaustuloksia vain kahdesta ja yhdestä valokuvasta. Valokuvien ottamiseen käytetään matkapuhelimen kameraa. Kaapatut heijastusmallit toistavat pintojen ulkonäön uskollisesti uusissa katselu- ja valaistusolosuhteissa. Tulokset vertautuvat edullisesti aiempiin vastaavia kevyitä laitteistoja hyödyntäviin menetelmiin. Ne ovat suoraan käytettävissä useissa tietokonegrafiikan sovelluksissa, kuten peleissä, elokuvissa sekä virtuaalisessa ja lisätyssä todellisuudessa.

Työn kolme alkuperäisjulkaisua on esitetty alan johtavassa SIGGRAPH-konferenssissa ja julkaistu ACM Transactions on Graphics -lehdessä. Artikkelit ovat saaneet merkittävästi viittauksia ja NVidia on lisensoinut kaksi työn kolmesta algoritmista. Työn esitarkastajat (Rusinkiewicz, Princeton ja Zickler, Harvard) sekä vastaväittäjä (Marschner, Cornell) näkevät työn tuloksilla olevan suuri merkitys niin akateemiselle tutkimukselle kuin teollisuudelle, ja he suosittelevat työn palkitsemista. He pitävät aihetta merkittävänä ja työtä maailmanlaajuisesti huomionarvoisena.

Palkinto luovutettiin Tietojenkäsittelytieteen päivillä Espoossa 1.9.2017.

Työ verkossa: http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-60-7047-6

Palkintoraati: prof. Ion Petre, Åbo Akademi (tietojenkäsittelytiede), apul.prof. Mikko Koivisto, Helsingin yliopisto (tietojenkäsittelytiede), vanhempi tutkija Ville Hautamäki Itä-Suomen yliopisto (tietojenkäsittelytiede).

Lisätietoja: Miika Aittala (miika.aittala(at)iki.fi), Tietojenkäsittelytieteen Seuran pj. Hannu-Matti Järvinen (puheenjohtaja(at)tkts.fi).

TIVIAn toiminnanjohtaja Mika Helenius ja vuoden 2017 väitöskirjapalkinnon saaja TkT Miika Aittala

Kuva: Petteri Kaski