Beleuchtungsalgorithmen in der Computergrafik

Eine der interessantesten Aufgaben bei der Umsetzung der Idee eines Bildes in das computergenerierte Bild ist die Beleuchtungsberechnung. Die Simulation von Licht und Schatten macht einen gro~en Teil der realit{tsnahenWirkung eines k}nstlich erzeugten Bildes aus. In diesem Buch wird das Thema anhand zweier Ans{tze aufgegriffen: dem Ray Tracing und dem Radiosity-Verfahren. Eine Einf}hrung widmet sich den notwendigen physikalischen Grundlagen der Beleuchtungsberechnung. Anschlie~end werden die beiden Verfahren vorgestellt und schrittweise vertieft. Programmiersprachliche Darstellungen verdeutlichen deren Umsetzung. Der Vergleich der beiden Verfahren auf verschiedenen Ebenen bildet den Schwerpunkt des Inhaltes. Sie werden in den klassischen Ma~en der Komplexit{tstheorie durch Laufzeitmessungen wie auch durch die subjektive Gegen}berstellung der erzeugbaren Bilder in ihrer Qualit{t verglichen. Die Herleitung beider Verfahren aus der "Rendering Equation" ist der wissenschaftliche H|hepunkt des Buches. Neben den Grundlagen erwerben Leserinnen und Leser aktuelles Wissen in einem sich schnell wandelnden Forschungsgebiet. Sie erhalten somit die M|glichkeit, eigene Experimente und Arbeiten in diesem Bereich durchzuf}hren.

Table of Contents:
1 Einleitung.- 1.1 Motivation.- 1.2 Realismus in der Computergrafik.- 2 Grundlagen aus der Physik.- 2.1 Licht.- 2.2 Ausbreitung von Licht.- 2.3 Reflexion und Refraktion.- 2.4 Lichttechnische Grundlagen.- 2.5 Farben.- 3 Der Bildsyntheseprozeß.- 3.1 Überblick.- 3.2 Der Algorithmus des Ray-Tracing-Verfahrens.- 3.3 Der Algorithmus des Radiosity-Verfahrens.- 3.4 Unterschiede beider Verfahren.- 4 Beleuchtungsmodelle.- 4.1 Überblick.- 4.2 Beleuchtung.- 4.3 Lichtquellenmodelle.- 4.4 Beleuchtungsmodelle für das Ray-Tracing.- 4.5 Beleuchtungsmodell des Radiosity-Verfahrens.- 4.6 Unterschiede zwischen den Beleuchtungsmodellen der beiden Verfahren.- 5 Berechnung der Formfaktoren.- 5.1 Die Hemicube-Methode.- 5.2 Die Singleplane-Methode.- 5.3 Die adaptive Unterteilung.- 5.4 Aufwandsreduktion.- 6 Vergleich beider Verfahren.- 6.1 Die Approximation der Leuchtdichte-Gleichung als Kriterium eines bewertenden Vergleichs.- 6.2 Zusammenfassender Vergleich zwischen Ray-Tracing- und Radiosity-Verfahren.- 7 Erweiterungen der Verfahren.- 7.1 Erweiterungen für die Ray-Tracing-Verfahren.- 7.2 Erweiterungen für das Radiosity-Verfahren.- 7.3 Zwei-Phasen-Verfahren.- Schlußbemerkungen.- Anhang I Computergenerierte Bilder.- I.1 Mit dem Radiosity-Verfahren erzeugte Bilder.- I.2 Mit dem Ray-Tracing-Verfahren erzeugte Bilder.- Anhang II Kodierungsbeispiele.- II.1 Ray-Tracing.- II.2 Radiosity.- II.3 Farbberechnung.- Literatur.