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.

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.- 2.4.1 Spektren.- 2.4.2 Größen und Einheiten.- 2.5 Farben.- 2.5.1 Das Auge.- 2.5.2 Farbnormung.- 2.5.3 Farbmodelle.- 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.- 4.2.1 Konzept einer Hemisphäre.- 4.2.2 Ein allgemeines Beleuchtungsmodell.- 4.3 Lichtquellenmodelle.- 4.4 Beleuchtungsmodelle für das Ray-Tracing.- 4.4.1 Diffus reflektiertes Licht.- 4.4.2 Gerichtet reflektiertes Licht.- 4.4.3 Gerichtet gebrochenes Licht.- 4.4.4 Ambientes Licht.- 4.4.5 Globale Reflexion.- 4.4.6 GlobaleRefraktion.- 4.4.7 Zusammenfassung.- 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.- 6.1.1 Von der Leuchtdichte-Gleichung zum Ray-Tracing-Verfahren.- 6.1.2 Von der Leuchtdichte-Gleichung zum Radiosity-Verfahren.- 6.2 Zusammenfassender Vergleich zwischen Ray-Tracing- und Radiosity-Verfahren.- 6.2.1 Vergleich der Bildqualität.- 6.2.2 Vergleich des Aufwandes.- 7 Erweiterungen der Verfahren.- 7.1 Erweiterungen für die Ray-Tracing-Verfahren.- 7.1.1 Verteiltes Ray-Tracing.- 7.1.2 Stochastisches Ray-Tracing.- 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.