Efficient Object-Based Hierarchical Radiosity Methods

Abstract

Eines der Schwerpunktthemen in der Computergraphik ist die effiziente Erzeugung von fotorealistischen Bildern. Im Gegensatz zur einfachen Bilderzeugung, die bereits durch gängige 3D-Grafikhardware unterstützt wird, gehorcht die fotorealistische Bildsynthese physikalischen Gesetzen, die die Lichtausbreitung innerhalb einer bestimmten Umgebung beschreiben. Durch die Simulation der Energieausbreitung in einer dreidimensionalen Szene können globale Effekte wie Schatten und mehrfache Reflektionen wirklichkeitstreu dargestellt werden. Die hierarchische Radiositymethode (Hierarchical Radiosity) ist eine Möglichkeit, um die globale Beleuchtung innerhalb einer Szene zu berechnen. Da diese Methode auf die Verwendung von rein diffus reflektierenden Oberflächen beschränkt ist, sind damit errechnete Lösungen blickwinkelunabhängig und lassen sich in Echtzeit am Bildschirm durchwandern. Zudem ist dieser Algorithmus aufgrund der verwendeten physikalischen Grundlagen sehr gut zur Beleuchtungssimulation und Architekturvisualisierung geeignet. Den Schwerpunkt dieser Dissertation stellt die Anwendung objektbasierter Methoden auf das Radiosityproblem dar. Durch konsequente Ausnutzung von Objektinformationen während aller Berechnungsschritte konnten deutliche Verbesserungen im Rahmen der hierarchischen Radiositymethode erzielt werden. Dabei wurden neue Verfahren zur Berechnung der Radiosityfunktion über gekrümmte Oberflächen, zur Parallelisierung dieses Algorithmus sowie zum effizienten Einsatz in der Architekturvisualisierung entwickelt, die im folgenden präsentiert werden.