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Akquisition realer Leuchten- und Materialdaten zur interaktiven Beleuchtungssimulation

 
: Zingrebe, Andreas
: Gierlinger, Thomas

Darmstadt, 2008, 71 pp.
Darmstadt, Hochschule, Bachelor Thesis, 2008
German
Bachelor Thesis
Fraunhofer IGD ()
image acquisition; lighting; luminance; interactive simulation

Abstract
Ziel der Arbeit ist die Erstellung einer Sammlung von Leuchten- und Materialbeschreibungen, welche in der interaktiven Beleuchtungssimulation verwendet werden kann. Die Akquisition der Leuchtendaten soll auf den von Leuchtenherstellern zur Verfügung gestellten Messwerten (Eulumdat-Format/IESFormat) basieren. Diese Daten müssen in eine für das verwendete Rendering System geeignete Form (Texturen) überführt werden. Die Akquisition von Materialbeschreibungen soll auf der Basis von Photographien realer Materialien durchgeführt werden. Dabei ist eine Reihe von Bildern eines Materialmusters unter verschiedenen Beleuchtungssituationen zu erstellen. Diese Folge von Bildern muss ebenfalls in eine für das verwendete Rendering System geeignete Form (3D-Texturen) überführt werden. Die Akquisition und Nachbearbeitungsschritte sollen soweit wie möglich automatisiert werden.
Am Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) wird ein Softwaresystem entwickelt, welches die interaktive Lichtsimulation ermöglichen soll. Dabei sollen die Objekte der Szenen interaktiv bewegt und das Simulationsergebnis möglichst realistisch in Echtzeit dargestellt werden können. Es sollen Bilder generiert werden, keine numerischen Größen (Lichtstärkewerte) die als Zahlen auf einem Raster dargestellt sind. Ein solches Raster ist für den Nutzer nicht intuitiv. Es soll ein möglichst photorealistisches Bild generiert werden, mit dem gearbeitet werden kann.
Ein Verfahren zur Generierung qualitativ hochwertiger Echtzeitzeitbilder ist PRT (Precomputed Radiance Transfer). Dieses Vorgehen hat gegenüber den klassischen Real-Time-Rendering-Verfahren, wie z.B. OpenGL den Vorteil, dass Flächenlichtquellen und somit weiche Schatten in Echtzeit simuliert werden können.
Precomputed Shadow Fields [11] erweitert PRT um dynamische Objekte und lokale Lichtquellen. Allerdings ist hier keine indirekte Beleuchtung in dynamischen Szenen möglich.
Das System, welches das IGD benutzt und weiterentwickelt, erweitert die Shadow Fields um indirekte Beleuchtung. Das Besondere an dem neuen System soll nun sein, dass diese Methoden des dynamischen PRT für das Lichtdesign nutzbar gemacht werden. Hierfür sind entsprechende Eingangsdaten (Licht- und Materialdefinitionen) notwendig, um die Lichtsimulation auszuführen. Physikalisch basierte Daten bereitzustellen ist Ziel des Projektes.

 

The main purpose of this work is an acquisition of lighting- and material-characterization for an interactive environment simulation. It is planned, that the lighting acquisition data is based upon real data allocated from light manufacturers (Eulumdat-Formate/IES-Formate). The data has to be converted into an adapted form (textures) that can be used within the rendering system.
The acquisition of the material-characterization is planned to be based upon photographs from real materials. Thereby have to be taken pictures in different lighting situations. That picture-sequence needs to be converted into an adapted form (3d-textures) that can be used within the rendering system. The acquisition and postprocessing steps should be automated if possible.
The Fraunhofer Institut für Graphische Datenverarbeitung (IGD) develops a software system that allows interactive light simulation. Interactive movement of scene objects and highly realistic simulation in real-time should be displayed. The purpose is to generate images, not to visualize numeric values of luminance intensity onto a raster, which is not intuitive for the user. A photorealistic image to work with is highly appreciated.
A method to generate high quality images in real-time is PRT (Precomputed Radiance Transfer). The advantage of PRT to other real-time rendering methods as OpenGL is the simulation of soft shadows in real-time because of flat, homogenously illuminating surface light sources.
Precomputed Shadow Fields [11] extends PRT with dynamic objects and local light sources. Diffused illumination in dynamic scenes is not possible though. The system that is used and further developed by the IGD extends the Shadow Fields with diffused illumination. The specific of the new system shall be the utilization of dynamic PRT for light-designers. Therefore analogous input data is essential to accomplish the light simulation. To allocate physically based data is the purpose of this project.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-91297.html