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Methoden für die realitätsnahe graphische Darstellung von Volumendaten

Haas, Stefan and Sakas, Georgios (1991):
Methoden für die realitätsnahe graphische Darstellung von Volumendaten.
In: Beiträge zur Graphischen Datenverarbeitung, Springer, Berlin; Heidelberg; New York, pp. 39-67, [Book Section]

Abstract

In den letzten Jahren wurden verschiedene Methoden entwickelt, um Volumendaten zu visualisieren. Im Gegensatz zu den üblichen Daten der Computergraphik weisen Volumendaten weder eine Oberfläche noch eine Normale auf, sondern sie werden als eine räumliche Verteilung von Werten (z.B. Masse, Temperatur etc.) definiert. Demzufolge sind die klassischen Methoden der Graphischen Datenverarbeitung, die auf Flächen, Punkten und Polygonen aufbauen, nicht geeignet, um solche Volumendaten zu visualisieren. In dieser Arbeit wollen wir Methoden vorstellen, die für eine realitätsnahe Darstellung von Volumendaten wie z.B. Rauch, Wolken, Nebel, Dunst etc. eingesetzt werden können. Ausgehend von einem physikalischen Modell für die Beschreibung der Lichtvorgänge, die sich in einem Volumen abspielen, wollen wir zuerst einige Approximationen ableiten, die für die Computergraphik besonders interessant sind, d.h. solche, die einen natürlichen Eindruck vermitteln und dennoch möglichst nicht rechenintensiv ablaufen. Die Validität der vorgeschlagenen Approximationen wird durch entsprechende Beispiele belegt. Ein besonderes Problem dabei stellt die Abtastung (Sampling) von Volumendaten dar, da die Voxelfelder über die solche dreidimensionale Objekte definiert werden, in der Regel recht großdimensioniert und deren Abarbeitung dementsprechend rechenaufwendig sind. Verschiedene Abtastungsstrategien werden vorgeschlagen und anhand von Beispielenüberprüft. Um beliebig verteilte Volumendaten darzustellen wer den ein analytisches und ein Monte-Carlo-Verfahren überprüft. Das gesamte Verfahren wurde im Hinblick auf traditionelle polygonale Scanline-Renderer entwickelt, kann aber auch mit Ray-Tracing angewendet werden. Dadurch können mit Hilfe von Scanline-Renderer übliche polygonale Objekte und Volumenobjekte in der gleichen Szene benutzt werden. Die polygonale Objekte, Lichtquellen sowie der Beobachter können überall plaziert werden, z.B. vor, hinten oder innerhalb eines Volumenobjektes. Volumenobjekte können sich selbst sowie die eingeschlossenen Objekte beschatten, eine Erweiterung auf gegenseitige Beschattung sowie Schlagschatten aug dem Boden, kann durch bekannte Verfahren der Computergraphik implementiert werden. (AGD)

Item Type: Book Section
Erschienen: 1991
Creators: Haas, Stefan and Sakas, Georgios
Title: Methoden für die realitätsnahe graphische Darstellung von Volumendaten
Language: German
Abstract:

In den letzten Jahren wurden verschiedene Methoden entwickelt, um Volumendaten zu visualisieren. Im Gegensatz zu den üblichen Daten der Computergraphik weisen Volumendaten weder eine Oberfläche noch eine Normale auf, sondern sie werden als eine räumliche Verteilung von Werten (z.B. Masse, Temperatur etc.) definiert. Demzufolge sind die klassischen Methoden der Graphischen Datenverarbeitung, die auf Flächen, Punkten und Polygonen aufbauen, nicht geeignet, um solche Volumendaten zu visualisieren. In dieser Arbeit wollen wir Methoden vorstellen, die für eine realitätsnahe Darstellung von Volumendaten wie z.B. Rauch, Wolken, Nebel, Dunst etc. eingesetzt werden können. Ausgehend von einem physikalischen Modell für die Beschreibung der Lichtvorgänge, die sich in einem Volumen abspielen, wollen wir zuerst einige Approximationen ableiten, die für die Computergraphik besonders interessant sind, d.h. solche, die einen natürlichen Eindruck vermitteln und dennoch möglichst nicht rechenintensiv ablaufen. Die Validität der vorgeschlagenen Approximationen wird durch entsprechende Beispiele belegt. Ein besonderes Problem dabei stellt die Abtastung (Sampling) von Volumendaten dar, da die Voxelfelder über die solche dreidimensionale Objekte definiert werden, in der Regel recht großdimensioniert und deren Abarbeitung dementsprechend rechenaufwendig sind. Verschiedene Abtastungsstrategien werden vorgeschlagen und anhand von Beispielenüberprüft. Um beliebig verteilte Volumendaten darzustellen wer den ein analytisches und ein Monte-Carlo-Verfahren überprüft. Das gesamte Verfahren wurde im Hinblick auf traditionelle polygonale Scanline-Renderer entwickelt, kann aber auch mit Ray-Tracing angewendet werden. Dadurch können mit Hilfe von Scanline-Renderer übliche polygonale Objekte und Volumenobjekte in der gleichen Szene benutzt werden. Die polygonale Objekte, Lichtquellen sowie der Beobachter können überall plaziert werden, z.B. vor, hinten oder innerhalb eines Volumenobjektes. Volumenobjekte können sich selbst sowie die eingeschlossenen Objekte beschatten, eine Erweiterung auf gegenseitige Beschattung sowie Schlagschatten aug dem Boden, kann durch bekannte Verfahren der Computergraphik implementiert werden. (AGD)

Series Name: Beiträge zur Graphischen Datenverarbeitung
Publisher: Springer, Berlin; Heidelberg; New York
Uncontrolled Keywords: 3D Texturing, Sampling, Illumination models, Fractals, Monte Carlo method, Natural phenomena, Scanline rendering, Volume data
Divisions: UNSPECIFIED
20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Interactive Graphics Systems
Date Deposited: 16 Apr 2018 09:10
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