A képalkotó rendszereket szimuláló képszintézis a komputergrafika területének meghatározó problémája. Kiemelten fontos szerepe van az emberi látás szimulációjának, amely kulcsfontosságú számtalan magas relevanciájú feladat (mint például a személyre szabott látásjavító elemek tervezése, a látásjavító kijelzők megalkotása vagy a fejre szerelt kijelzők által okozott diszkomfort csökkentése) végrehajtásához. A szakirodalomban elérhető látásszimulációs módszerek széles palettája ellenére azonban a korábbi módszerek számos olyan, nagymértékben korlátozó tényezővel rendelkeznek, mint a személyreszabhatóság mellőzése, a szimulálható aberrációk típusainak korlátoltsága, illetve az előfeldolgozási és a szimulációs idők jelentős hossza. Mindezen problémák megoldására létrehoztunk több, önállóan is alkalmazható eljárást, amelyek együttesen egy, az imént említett hiányosságok mindegyikét orvosolni képes rendszert alkotnak. Az értekezés első részében ezen új módszereink részleteit és az így elért főbb eredményeinket ismertetem.

A látáshű képszintézisen kívül a képalkotó rendszerek területének hangsúlyos problémája a kamerarendszerek sajátosságainak szimulációja is. A kamerákkal kapcsolatos jelenségek között meghatározó szerepe van a magas intenzitású fényforrások által generált lencsefényfoltoknak, ugyanis azok kulcsfontosságú elemei a fotográfia és a cinematográfia eszköztárának és nagymértékben hozzájárulnak a szintetikus képek valószerűségéhez. Ezen problémákból kifolyólag kutatómunkánkkal olyan eszközöket és eljárásokat is megalkottunk, amelyekkel a fizikai alapú lencsefényfolt-szimulációk tervezése és valósidejű rendszerekbe történő integrációja megkönnyíthető. Az értekezés második részében az erre a célra létrehozott, nyílt forrású keretrendszerem jellemzőit, valamint a gyakorlatban rendszeresen alkalmazott lencsefényfolt-renderelő algoritmus interaktív paraméterezése megalkotott módszerünk részleteit és főbb eredményeit ismertetem.

Digital image synthesis for the computational simulation of imaging systems is a highly relevant problem in computer graphics. Vision simulation is critical in this area because it is key to performing numerous highly relevant tasks (such as properly planning personalized corrective elements, developing vision-correcting displays, and reducing discomfort when using head-mounted displays). Despite the wide range of vision simulation algorithms available in the literature, previous approaches are generally hindered by problems like the lack of personalization, limited types of aberrations that can be simulated, and long precomputation and rendering times. We developed a set of independently usable algorithms, which together form a system that can solve all the abovementioned problems. The first part of this dissertation presents the details of our new algorithms and our key results.

Besides human vision simulation, the computational reproduction of the characteristics of cameras is another important problem related to imaging systems. Among the various camera-generated phenomena, lens flares (colorful patches generated by high-intensity light sources) represent an essential artistic tool in photography and cinematography and play a critical role in the plausibility of synthetic images. Because of these reasons, our research also aimed to develop tools and techniques for the proper planning and easy integration of physically based lens flare rendering in real-time environments. The second part of this dissertation describes my open-source framework for the planning and rendering of lens flares and outlines the details and key results of our proposed method for the interactive parametrization of a previously existing, widely used lens flare simulation algorithm.