Negli ultimi due decenni, le tecnologie per i dati visivi e geometrici hanno compiuto progressi significativi, raggiungendo un elevato livello di maturità. Tecniche un tempo confinate ai laboratori di ricerca sono oggi pratiche standard nell’industria. Basti pensare a Google Earth, Google Street View, Microsoft Kinect e alle animazioni 3D nell’industria cinematografica. Queste innovazioni rientrano nell’ambito del calcolo geometrico e visivo, che unisce l’informatica alla modellazione matematica per elaborare e analizzare informazioni visive e geometriche.
Responsabili di area:
Geometria computazionale e visione artificiale - IDSIA
Area scientifica
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Geometria computazionale
La geometria computazionale è un ramo dell’informatica dedicato alla progettazione e all’analisi di algoritmi e strutture dati efficienti per problemi computazionali che coinvolgono oggetti geometrici discreti in spazi bidimensionali, tridimensionali e anche di dimensione superiore. Gli oggetti geometrici più comuni sono semplici, come punti, linee, poligoni, piani e poliedri, e si collocano in spazi a bassa dimensionalità.
La geometria computazionale trova applicazione in numerosi ambiti della scienza e dell’ingegneria, affrontando problemi geometrici e algoritmici fondamentali che emergono in tali contesti. Tra questi rientrano la computer grafica, la visione artificiale e l’elaborazione delle immagini, la robotica, la progettazione e la produzione assistite dal computer, la fluidodinamica computazionale e i sistemi informativi geografici.
Triangolazioni, suddivisioni spaziali, problemi dei vicini più prossimi, diagrammi di Voronoi e le loro ampie applicazioni rappresentano alcuni dei principali temi di ricerca del gruppo di geometria computazionale presso IDSIA.
La geometria computazionale trova applicazione in numerosi ambiti della scienza e dell’ingegneria, affrontando problemi geometrici e algoritmici fondamentali che emergono in tali contesti. Tra questi rientrano la computer grafica, la visione artificiale e l’elaborazione delle immagini, la robotica, la progettazione e la produzione assistite dal computer, la fluidodinamica computazionale e i sistemi informativi geografici.
Triangolazioni, suddivisioni spaziali, problemi dei vicini più prossimi, diagrammi di Voronoi e le loro ampie applicazioni rappresentano alcuni dei principali temi di ricerca del gruppo di geometria computazionale presso IDSIA.
Foster, Erich L., Kai Hormann, and Romeo T. Popa. Clipping simple polygons with degenerate intersections. Computers & Graphics: X, 2, 2019
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Computer graphics
Nel corso di diversi decenni, la computer grafica si è evoluta dal semplice disegno di linee a algoritmi, sistemi e hardware in grado di generare immagini e animazioni di alta qualità, spesso indistinguibili da quelle del mondo reale. Questo ambito contribuisce allo sviluppo di algoritmi efficienti e soluzioni hardware per la modellazione, la rappresentazione, la simulazione, la manipolazione e la visualizzazione di oggetti in ambienti digitali.
Le applicazioni di queste tecniche includono, ma non si limitano a, l’intrattenimento, la visualizzazione e le simulazioni basate sulla fisica. Il nostro principale tema di ricerca in quest’area riguarda la sintesi efficiente di immagini per nuovi dispositivi di visualizzazione, come visori per la realtà virtuale e aumentata, nonché la progettazione di nuovi display.
Combinando competenze in percezione visiva, computer grafica e progettazione di display, sviluppiamo nuovi algoritmi e soluzioni hardware che consentono la riproduzione efficiente di tutti i segnali visivi che un osservatore umano può percepire nel mondo reale.
Le applicazioni di queste tecniche includono, ma non si limitano a, l’intrattenimento, la visualizzazione e le simulazioni basate sulla fisica. Il nostro principale tema di ricerca in quest’area riguarda la sintesi efficiente di immagini per nuovi dispositivi di visualizzazione, come visori per la realtà virtuale e aumentata, nonché la progettazione di nuovi display.
Combinando competenze in percezione visiva, computer grafica e progettazione di display, sviluppiamo nuovi algoritmi e soluzioni hardware che consentono la riproduzione efficiente di tutti i segnali visivi che un osservatore umano può percepire nel mondo reale.
- Gotsman, Craig and Kai Hormann. A linear method to consistently orient normals of a 3D point cloud. ACM SIGGRAPH Conference Proceedings, 2024.
- Tariq, Taimoor, Cara Tursun, and Piotr Didyk. Noise-based enhancement for foveated rendering."ACM Transactions on Graphics (TOG) 41.4, 2022.
- Tursun, Cara, and Piotr Didyk. Perceptual Visibility Model for Temporal Contrast Changes in Periphery. ACM Transactions on Graphics (TOG) 42.2 2022.
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Fabbricazione computazionale
La fabbricazione computazionale può essere considerata un’estensione della computer grafica che va oltre la creazione di stimoli visivi e si occupa della realizzazione di oggetti fisici con proprietà specifiche, utilizzando nuovi strumenti di fabbricazione digitale, come le stampanti 3D multimateriale. Tecniche innovative affrontano l’enorme complessità dello spazio di progettazione degli oggetti, nonché i limiti dell’hardware e dei materiali disponibili.
Gli algoritmi e le soluzioni hardware sviluppati trovano numerose applicazioni, tra cui la prototipazione rapida, le protesi, la robotica, la conservazione del patrimonio culturale, la progettazione di metamateriali, la visualizzazione e l’educazione.
La nostra ricerca si concentra sullo sviluppo di nuovi metodi per la fabbricazione di oggetti fisici che presentino specifiche proprietà di aspetto, meccaniche e aptiche. Le attività di ricerca in computer grafica e fabbricazione computazionale sono attualmente supportate da finanziamenti ERC Starting e SNF. I risultati vengono pubblicati regolarmente nelle principali conferenze e riviste di computer grafica, tra cui ACM SIGGRAPH e ACM Transactions on Graphics.
Gli algoritmi e le soluzioni hardware sviluppati trovano numerose applicazioni, tra cui la prototipazione rapida, le protesi, la robotica, la conservazione del patrimonio culturale, la progettazione di metamateriali, la visualizzazione e l’educazione.
La nostra ricerca si concentra sullo sviluppo di nuovi metodi per la fabbricazione di oggetti fisici che presentino specifiche proprietà di aspetto, meccaniche e aptiche. Le attività di ricerca in computer grafica e fabbricazione computazionale sono attualmente supportate da finanziamenti ERC Starting e SNF. I risultati vengono pubblicati regolarmente nelle principali conferenze e riviste di computer grafica, tra cui ACM SIGGRAPH e ACM Transactions on Graphics.
- Condor, Jorge, et al. Gloss-Aware Color Correction for 3D Printing. ACM SIGGRAPH 2023 Conference Proceedings. 2023.
- Piovarci, Michal, et al. Closed-loop control of direct ink writing via reinforcement learning. ACM Transactions on Graphics (TOG) 41.4, 2022.
- Piovarči, Michal, et al. Fabrication-in-the-loop co-optimization of surfaces and styli for drawing haptics. ACM Transactions on Graphics (TOG) 39.4, 2020
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Visione artificiale
L’area di ricerca si occupa del riconoscimento di schemi in immagini e video al fine di estrarre informazioni utili di alto livello, come la presenza, la posizione o la forma di oggetti specifici. I sistemi visivi umani e animali eccellono in questo tipo di compiti, che per lungo tempo hanno rappresentato una sfida per i sistemi artificiali.
I recenti progressi nel deep learning hanno aperto la strada ad applicazioni un tempo ritenute impossibili e hanno dimostrato capacità di interpretazione delle immagini superiori a quelle umane in numerosi compiti complessi. Oggi la visione artificiale è una tecnologia chiave in molti settori, tra cui la robotica, l’automazione industriale, la guida autonoma, la biomedicina, i media digitali, l’elaborazione di documenti, la biometria, la produzione cinematografica e il telerilevamento.
IDSIA è stato pioniere nello sviluppo di sistemi di visione artificiale basati su reti neurali profonde in molti di questi ambiti, vincendo numerose competizioni internazionali, e continua a far avanzare lo stato dell’arte attraverso pubblicazioni di alto profilo e progetti applicativi.
I recenti progressi nel deep learning hanno aperto la strada ad applicazioni un tempo ritenute impossibili e hanno dimostrato capacità di interpretazione delle immagini superiori a quelle umane in numerosi compiti complessi. Oggi la visione artificiale è una tecnologia chiave in molti settori, tra cui la robotica, l’automazione industriale, la guida autonoma, la biomedicina, i media digitali, l’elaborazione di documenti, la biometria, la produzione cinematografica e il telerilevamento.
IDSIA è stato pioniere nello sviluppo di sistemi di visione artificiale basati su reti neurali profonde in molti di questi ambiti, vincendo numerose competizioni internazionali, e continua a far avanzare lo stato dell’arte attraverso pubblicazioni di alto profilo e progetti applicativi.
Dyke, Roberto M. and Kai Hormann. Histogram equalization using a selective filter. The Visual Computer, 39.12, 2023.
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Elaborazione geometrica
L’area di ricerca interdisciplinare dell’elaborazione geometrica combina concetti provenienti dall’informatica, dalla matematica applicata e dall’ingegneria per l’acquisizione, la ricostruzione, l’ottimizzazione, l’editing, la simulazione e la fabbricazione efficiente di oggetti geometrici.
Le applicazioni degli algoritmi di elaborazione geometrica si estendono a numerosi ambiti, tra cui la computer grafica, la progettazione assistita dal computer, la geografia e il calcolo scientifico. Inoltre, questo settore di ricerca ha un impatto economico significativo, poiché fornisce elementi essenziali per la realizzazione, ad esempio, di automobili, aeroplani, film e videogiochi.
Le principali competenze di IDSIA in questo ambito, supportate da un solido curriculum di pubblicazioni e progetti, includono la ricostruzione e parametrizzazione di superfici, la modellazione interattiva e la compressione di mesh triangolari dinamiche, metodi di suddivisione per curve e superfici, coordinate baricentriche generalizzate per la computer grafica e la meccanica computazionale, nonché la manifattura additiva.
Le applicazioni degli algoritmi di elaborazione geometrica si estendono a numerosi ambiti, tra cui la computer grafica, la progettazione assistita dal computer, la geografia e il calcolo scientifico. Inoltre, questo settore di ricerca ha un impatto economico significativo, poiché fornisce elementi essenziali per la realizzazione, ad esempio, di automobili, aeroplani, film e videogiochi.
Le principali competenze di IDSIA in questo ambito, supportate da un solido curriculum di pubblicazioni e progetti, includono la ricostruzione e parametrizzazione di superfici, la modellazione interattiva e la compressione di mesh triangolari dinamiche, metodi di suddivisione per curve e superfici, coordinate baricentriche generalizzate per la computer grafica e la meccanica computazionale, nonché la manifattura additiva.
- Chang, Qingjun, Chongyang Deng and Kai Hormann. Maximum likelihood coordinates. Computer Graphics Forum, 42.5, 2023.
- Ramanantoanina, Andriamahenina and Kai Hormann. Shape control tools for periodic Bézier curves. Computer Aided Geometric Design, 103, 2023.
- Gotsman, Craig and Kai Hormann. Compressing geodesic information for fast point-to-point geodesic distance queries. ACM SIGGRAPH Asia Conference Proceedings, 2022.
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