Master's Thesis

Exterior Mapping 2

Final Thesis 2.23 MB

Author of thesis: Ing. Veronika Molnárová

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Reviewer: Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Abstract:

Image-based rendering refers to a group of algorithms that synthesize novel views of a scene from a set of reference images. Since these methods do not operate directly on geometry, their computational cost depends primarily on image resolution instead of scene complexity, making them attractive for rendering large-scale exterior scenes.

This thesis builds upon a previous work that introduced the Exterior Mapping algorithm, an image-based rendering method based on light field theory. The algorithm is analyzed, and several limitations affecting reconstruction quality are identified. We proposed two extensions to mitigate these artifacts. Additionally, a fundamentally different approach named Analytical Exterior Mapping is introduced, in which rays are projected directly into the reference views to estimate ray-scene intersections. The formulation of the algorithm also enables the use of a hierarchical depth pyramid, resulting in higher rendering performance.

All algorithms were implemented using Vulkan and evaluated on a set of test scenes with respect to rendering performance and image reconstruction quality. The results confirm the viability of image-based rendering for large-scale scenes and demonstrate that Analytical Exterior Mapping provides a strong foundation for efficient photorealistic rendering.

Keywords:

image-based rendering, light fields, point cloud rendering, Exterior Mapping, large-scale scenes, hierarchical depth pyramid, Vulkan, photorealistic rendering

Date of defence

25.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Studentka nejprve prezentovala výsledky, kterých dosáhla v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Studentka následně odpověděla na otázku oponenta a na další otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studentky na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm A.

Topics for thesis defence

  1. V kódu souboru shaders/shader.frag se nachází funkce LinearizeDepth. Komentáře v této funkci jsou totožné s kódem z webu glampert.com/2014/01-26/visualizing-the-depth-buffer. Zbytek kódu se nezdá být zkopírovaný, nicméně tato podobnost by měla být vysvětlena. Zdroj v kódu totiž uveden není.
  2. Dala by se použitá technika použít v praxi?
  3. Je váš algoritmus rychlejší oproti standardnímu vykreslování?

Language of thesis

English

Faculty

Department

Study programme

Information Technology and Artificial Intelligence (MITAI)

Specialization

Computer Graphics and Interaction (NGRI)

Composition of Committee

prof. Ing. Adam Herout, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. Pavel Zemčík, dr. h. c. (místopředseda)
doc. RNDr. Milan Češka, Ph.D. (člen)
Ing. David Bařina, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Vítězslav Beran, Ph.D. (člen)
Ing. Tomáš Milet, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Tomáš Milet, Ph.D.

Studentka konzultovala pravidelně a věcně. Byla pečlivá. Připomínky a nalezené problémy řešila včas. Její práce je hodnotná a zadání nebylo jednoduché. Hodnotím známkou A - výborně.

Evaluation criteria Verbal classification
Informace k zadání

Práce navazuje na předcházející diplomovou práci Exterior Mapping. Cílem práce bylo předcházející práci vylepšit. Konkrétně využít optimalizace. Zadání je obtížné. S výsledky práce jsem spokojen.

Aktivita při dokončování

Studentka dokončila svou práci včas a finální obsah práce byl konzultován.

Publikační činnost, ocenění

Výsledky práce mohou být časem publikovány ve vědeckém článku. A je možné na ně dál navázat.

Práce s literaturou

Studentka využila doporučené zdroje a našla si další.

Aktivita během řešení, konzultace, komunikace

Studentka byla aktivní po celý rok a pravidelně konzultovala. Předvedla velmi dobrou práci i komunikaci při konzultacích.

Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Tomáš Chlubna, Ph.D.

Realizační část práce je velmi zdařilá a implementuje pokročilé algoritmy, textová zpráva je srozumitelná a kvalitní, zatížena jen drobnými nedostatky.


Práce je výzkumného charakteru a prozkoumává zajímavé koncepty vykreslování 3D scény. Výsledky jsou dobře zhodnoceny a potvrzují efektivitu implementovaných metod. Autorka projevila aktivitu navíc a nabídla osobní demonstraci dosažených výsledků.

Evaluation criteria Verbal classification Points
Rozsah splnění požadavků zadání

Evaluation level: zadání splněno

Všechny body zadání byly splněny.

Rozsah technické zprávy

Evaluation level: je v obvyklém rozmezí

Zpráva je informačně hodnotná a dobře popisuje celou práci.

Kapitoly velmi srozumitelně popisují relativně složité postupy a nezabíhají zbytečně do nepotřebných detailů.

Prezentační úroveň technické zprávy

Práce dodržuje standardní strukturu, kapitoly velmi dobře navazují a jsou dobře pochopitelné.

Zejména kapitola popisující měření je velmi dobře uchopena a jasně hodnotí dosažené výsledky s použitím různých scén a nastavení. V textu je také v rámci teorie dobře zařazena kapitola popisující předchozí diplomovou práci na stejné téma, jasně vymezuje, v čem jsou její limitace a jak ji současná práce rozšiřuje.

100
Formální úprava technické zprávy

Text je pěkně vysázen a je zatížen jen menším množstvím chyb, které nejsou kritické.

Překlepy a chyby se v textu téměř nevyskytují až na výjimečné výskyty špatných tvarů sloves a tečky navíc před citační závorkou. V jednom případě je použit výraz Exterior mapping s malým m zatímco všude jinde je tento pojem velkým.  Často použitá první mluvnická osoba množného čísla kazí technický styl textu.

Pořadí klíčových slov není totožné v obou překladech. V obsahu je patrná nekonzistence v používání velkých písmen v nadpisech sekcí. Odkazy na obrázky a jiné objekty netradičně zahrnují i slovo označující typ objektu před číslem.

V textu je použito mnoho pěkných vektorových obrázků, které autorka sama vytvořila a které dobře popisují danou problematiku. Také některé převzaté obrázky jsou hezky překresleny jako vektory. Místy jsou však zbytečně kombinovány s rastrovými elementy (např. obr. 2.7) nebo jsou rastrové celé, což je zejména nevhodné v případě všech grafů v kapitole 6. Tento formát se negativně projevuje zejména v hlavním odevzdaném souboru zprávy, který je silně zkomprimovaný a v obrázcích jsou patrné kompresní artefakty. V přiložených souborech je zpráva v plné kvalitě. Stylově mohly být obrázky sjednoceny (např. rozdíl mezi polovinami obr. 2.2).

Rovnice místy nejsou ohraničeny interpunkcí jako součást uvozovací věty (např. str. 10). Styl odsazení odstavců se náhodně mění, je použito odsazení prvního řádku zleva, nicméně místy navíc vertikální mezera mezi odstavci (např. str. 8). V seznamu na str. 47 není použitá interpunkce pro ukončení odrážek.

88
Práce s literaturou

V textu je citováno na vhodných místech 40 relevantních, většinou odborných a dobře zvolených zdrojů. Menší množství neúplných či nevhodných zdrojů a chybějících citací hodnocení snižuje.

U zdrojů [1, 2, 15, 24, 32, 35] chybí DOI. Zdroje [10, 11] jsou odkazy na použité 3D modely a bylo by lépe je umístit jako poznámky pod čarou. 

V obrázku 2.5 se nachází ukázka animace, která je dostupná např. na webu stock.adobe.com. Zdroj však není uveden. V textu je zmíněn algoritmus Liang-Barsky, který mohl být citován.

86
Realizační výstup

Aplikaci lze snadno spustit, funguje dobře, a demonstruje pokročilé metody počítačové grafiky.

V aplikaci je implementováno interaktivní grafické rozhraní pro nastavení scény a kamer s předpřipravenými ukázkovými scénami a konfiguracemi. Při vykreslování lze přepínat mezi několika módy a metodami pro syntézu výsledného pohledu. Také lze upravovat parametry těchto metod. Dále je možné vizualizovat pomocná data jako např. objekty kamer. Přímo v aplikaci je integrováno měření, kdy lze nový pohled porovnat s referencí. Zdrojové kódy jsou dobře členěny a jsou použity moderní principy objektového programování v C++.

100
Využitelnost výsledků

Práce rozšiřuje existující metody a má vědecký potenciál.

Implementované metody by mohly být dále rozpracovány a mohly by vést i k vědecké publikaci. Výsledný projekt je volně dostupný na platformě GitHub. Práce demonstruje zajímavé koncepty, které mohou být přínosné v oblasti image-based renderingu.

Náročnost zadání

Evaluation level: obtížnější zadání

Zadání zahrnuje studium existující techniky, její reimplementaci, vylepšení a návrh vlastní nové metody, to vše realizováno v poměrně složitém Vulkan API na GPU.

Samotná práce s Vulkan API zvyšuje obtížnost. Dále řešení zahrnuje netriviální metody image-based renderingu a vyžaduje dobrou znalost principů 3D grafiky a GPU programování.

Topics for thesis defence:
  1. V kódu souboru shaders/shader.frag se nachází funkce LinearizeDepth. Komentáře v této funkci jsou totožné s kódem z webu glampert.com/2014/01-26/visualizing-the-depth-buffer. Zbytek kódu se nezdá být zkopírovaný, nicméně tato podobnost by měla být vysvětlena. Zdroj v kódu totiž uveden není.
Points proposed by reviewer: 93

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová