Resumen de Learning visual appearance: perception, modeling and editing
La apariencia visual determina como entendemos un objecto o imagen, y, por tanto, es un aspecto fundamental en la creación de contenido digital. Es un término general, englobando otros como la apariencia de los materiales, definida como la impresión que tenemos de un material, y la cual supone una interacción física entre luz y materia, y como nuestro sistema visual es capaz de percibirla. Sin embargo, modelar computacionalmente el comportamiento de nuestro sistema visual es una tarea difícil, entre otros motivos porque no existe una teoría definitiva y unificada sobre la percepción visual humana. Además, aunque hemos desarrollado algoritmos capaces de modelar fehacientemente la interacción entre luz y materia, existe una desconexión entre los parámetros físicos que usan estos algoritmos, y los parámetros perceptuales que el sistema visual humano entiende. Esto hace que manipular estas representaciones físicas, y sus interacciones, sea una tarea tediosa y costosa, incluso para usuarios expertos. Esta tesis busca mejorar nuestra comprensión de la percepción de la apariencia de materiales y usar dicho conocimiento para mejorar los algoritmos existentes para la generación de contenido visual. Específicamente, la tesis tiene contribuciones en tres áreas: proponiendo nuevos modelos computacionales para medir la similitud de apariencia; investigando la interacción entre iluminación y geometría; y desarrollando aplicaciones intuitivas para la manipulación de apariencia, en concreto, para el re-iluminado de humanos y para editar la apariencia de materiales.
Una primera parte de la tesis explora métodos para medir la similaridad de apariencia. Ser capaces de medir cómo de similares son dos materiales, o imágenes, es un problema clásico en campos de la computación visual como visión por computador o informática gráfica. Abordamos primero el problema de similaridad en la apariencia de materiales. Proponemos un método basado en deep learning que combina imágenes con juicios subjetivos sobre la similitud de materiales, recogidos mediante estudios de usuario. Por otro lado, se explora el problema de la similaridad entre iconos. En este segundo caso, se hace uso de redes neuronales siamesas, y el estilo y la identidad que dan los artistas juega un papel clave en dicha medida de similaridad.
La segunda parte avanza en la comprensión de cómo los factores de confusión (confounding factors) afectan a nuestra percepción de la apariencia de los materiales. Dos factores de confusión claves son la geometría de los objetos y la iluminación de la escena. Comenzamos investigando el efecto de dichos factores a la hora de reconocer los materiales a través de diversos experimentos y estudios estadísticos. También investigamos el efecto del movimiento del objeto en la percepción de la apariencia de materiales.
En la tercera parte exploramos aplicaciones intuitivas para la manipulación de la apariencia visual. Primero, abordamos el problema de la re-iluminación de humanos. Proponemos una nueva formulación del problema, y basándonos en ella, se diseña y entrena un modelo basado en redes neuronales profundas para re-iluminar una escena. Por último, abordamos el problema de la edición intuitiva de materiales. Para ello, recopilamos juicios humanos sobre la percepción de diferentes atributos y presentamos un modelo, basado en redes neuronales profundas, capaz de editar materiales de forma realista simplemente variando el valor de los atributos recogidos.
