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Grafikkartenbasierte Beleuchtungs- und Materialrekonstruktion zur fotorealistischen Echtzeitvisualisierung virtueller Objekte im Kontext von Mixed Reality Szenarien

 
: Franke, T.
: Stricker, D.

Darmstadt, 2006, 129 S.
Darmstadt, TU, Master Thesis, 2006
Deutsch
Master Thesis
Fraunhofer IGD ()
mixed reality; high dynamic range; reconstruction; Photo-realistic rendering

Abstract
Typische "Mixed-Reality-Systeme" leiden unter einem stetigen Konflikt zwischen visueller Qualität und Rendergeschwindigkeit - fast mehr als alle anderen Grafikanwendungen. Um reale und virtuelle Welten erfolgreich miteinander zu vermischen müssen virtuelle Objekte mit der Umgebung in Echtzeit interagieren und dabei gleichzeitig dem Betrachter optisch so gut vermittelt werden, dass dieser sie nicht von echten Objekten trennen kann. In den in der Vergangenheit vorgestellten Systemen wurde oft nur einer dieser beiden Aspekte näher betrachtet, wodurch eine wirkliche "Vermischung" der beiden Welten nie statt fand.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden Rekonstruktionsmethoden untersucht, die sowohl Licht als auch Materialeigenschaften aus Bilddaten über moderne Grafikhardware ableiten. Dazu wurden Verfahren untersucht, die vor allem in aktuellen Renderframeworks und in der Spieleindustrie eingesetzt werden. Ein Global Illumination Verfahren wird dabei zusammengesetzt aus dynamischem "Ambient Occlusion", Schattenwurf über in OpenSG implementierte Verfahren wie PCSS und eine Beleuchtungsmethode durch "Irradiance-Mapping". Letztere wird durch den Einsatz von "Spherical Harmonics" massiv beschleunigt und dazu genutzt, andere Informationen über die realen Lichtverhältnisse wie z.B. die ambiente Helligkeit zu ermitteln. Materialeigenschaften realer Oberflächen werden in dieser Arbeit mit einem neuen Ansatz ermittelt. Eine bereits bestehende Methode, die für komplexe Materialien versucht, analytisch aus Farbwerten über ein bestehendes 3D-Modell der Szene die Rendergleichung auszuwerten und abzuschätzen, benötigt im Normalfall nicht-lineare Optimierung. In dieser Arbeit wurde untersucht, ob statt dessen eine einfachere und vor allem allgemeinere Lösung über den Einsatz von genetischen Algorithmen gefunden werden kann.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-49301.html