Physikalisch plausibles Rendering für Echtzeitanwendungen

Tobias Bayer, Bachelorarbeit

Diese Arbeit behandelt die physikalisch plausible Bildsynthese virtueller Szenen anhand strahlungs- physikalischer Größen sowie physikalisch plausibler Beleuchtungsmodelle in Kombination mit qualitativ hochwertigem Schattenwurf. Verschiedene Modelle und Verfahren werden untersucht und in einer Echtzeitumgebung implementiert.

Die plausible Darstellung realitätsnaher Materialien wird in Echtzeitanwendungen oftmals vernachlässigt.

Um den Eindruck einer realen Szene durch die Visualisierung einer virtuellen Szene zu erwecken, müssen reale Parameter und Verhältnisse strahlungsphysikalischer Größen zur Beleuchtung der Szene verwendet werden. Dabei ist neben der physikalisch plausiblen Interaktion des Lichtes auf den Oberflächen sowie des glaubhaften Schattenwurfs der Geometrie, auch die korrekte Reproduktion des Ergebnisses durch das Anzeigegerät von großer Bedeutung.

Das Ziel dieser Arbeit ist eine echtzeitfähige Implementierung physikalisch plausibler Beleuchtungsmodelle in Verbindung mit qualitativ hochwertiger Schattendarstellung.

Kapitel 2 erläutert die Grundlagen der Radiometrie, die realistische Bildsynthese anhand der Renderglei- chung inklusive einer Vereinfachung für Echtzeitanwendungen sowie die lineare Wiedergabe eines geren- derten Bildes.

In Kapitel 3 werden verschiedene lokale Beleuchtungsmodelle sowohl zur Beschreibung diffuser als auch gerichteter Lichtreflexionen sowie die Kombination der verschiedenen Anteile betrachtet und implementiert.

Kapitel 4 befasst sich mit der Erzeugung von Verdeckungsinformationen zur Abschattung der Lichtquellen einer virtuellen Szene. Es werden mehrere Verfahren zur Verringerung von Aliasing-Effekten des Schattenwurfs verglichen.

Zuletzt wird in Kapitel 5 der Ablauf des implementierten Rendervorganges der im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Software näher erläutert.

Physikalisch plausibles Rendering fuer Echtzeitanwendungen (PDF, 2MB)
Physikalisch plausibles Rendering fuer Echtzeitanwendungen (PDF, 20MB)