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omputergrafik ist die Wissenschaft der digitalen Erstellung, Verarbeitung und Synthese von visuellen Inhalten. Diese beinhaltet Interaktivität und nicht Interaktivität für 2D und 3D (Kennzeichen: Perspektive, Schatten, Beleuchtung, Tiefe)

Themen der Computergrafik:

• Datenrepräsentation / Darstellung von Daten

• Verarbeitung und Animation (Nachbearbeitung)

• Rendering und Anzeige (Darstellung)

• Interaktion (User)

Die Computergrafik beinhaltet folgende Anwendungsgebiete:

• Animation

• Veränderung von Videos wie Sättigungskorrektur

• Generierung von Videos oder Bildern aus Eingangsdaten

• Computerspiele

1. Eingabe über Eingabegeräte vom User (Maus, Tastatur, Finger, Controller) – User Input

2. geometrische Verarbeitung zu 3D model / scene oder Bildverarbeitung 2D Bildern / Video

3. Systemausgabe über Ausgabegeräte – Bildschirm

4. Mensch nimmt Ausgabe wahr vom Bildschirm und reagiert über Eingabegeräte (Aktion / Reaktion)

Tasten, Sehen, Hören, Riechen, Schmecken, Wärmesinn, Gleichgewichtsinn, Bewegungssinn, Wortesinn, Gedankensinn, Lebenssinn und Ich-Sinn)

Computer Vision ist ein Feld innerhalb der künstlichen Intelligenz (KI), dass versucht die von Kameras aufgenommenen Bilder auf unterschiedlichste Art und Weise zu verarbeiten und zu analysieren, um deren Inhalt zu verstehen oder geometrische Informationen zu extrahieren. Computer Vision trainiert Maschinen in diesen Fähigkeiten.

• Erstellung eines 3D Modells aus Magnetresonanztomografie oder aus Videobildern

• Identifizierung von Linien und Strukturen anhand von Gebäudefotos

• Zusammenfügen von Videos zu einem Panoramabild

• Lokalisierung und Identifizierung von Objekten wie Tieren, Teilen von Menschen, Autos, in Bildern und Videos

1. Implizite Parameter

o Linien, Funktionen (mathematische Beschreibungen)

o Manuelle Definition: Mathebuch, graphischer Editor, aus Konstruktionsdaten

o Automatische Definition: Aus Daten approximieren (erstellen)

2. Oberfläche

o Objekte die aus Grundelementen (Primitiven = Dreiecke oder auch Polygone genannt) angenähert werden. Das Material wird den Primitiven zugewiesen.

o Manuell: Autodesk, Verwendung von Modellierungssoftware, graphische Editoren

o Laser Scan

o Photogrammmetrie

3. Volumen Festkörper (Volume Solids)

o Primitiven sind 3D Voxels oder Zellen

▪ Voxel (volume -vox und -el elements bezeichnet in der CG einen Gitterpunkt (Bildpunkt) in einem dreidimensionalen Gitter. Das entspricht einem Pixel in einem 2D Bild einer Rastergrafik.

o Scanner / Röntgen / CT o Sehr Datenintensiv und oftmals von einem Sensor aufgenommen

1. Animierte Objekte mit Motion Capture

o Animiert

o Live aufgenommen

2. Animierte Gesichtsaufnahmen

o Punkte im Gesicht werden auf Modell übertragen

3. Animierte Objekte mit physikalischer Simulation

o Kleideranimation (Nachbildung von Wind)

o Objekte verformen

o Objekte schneiden

1. Ambient only (nur in der Umgebung)

   o + diffuse (weiches/Streulicht)

   o + specular (spiegelnde)

   o + shadows (Schatten)

   o + reflections (Reflexionen)

2. Schatten (shadows) + Reflexion (reflaction) + Brechung (refraction)

   o + weiche Schatten

   o + caustic (Kaustik – brennend; Lichtstrahlen Tangenten an einem Bogen oder eine Fläche ensteht die Kaustik „leicht verschwommen“)

   o + indirektes Licht

Schritte:

1. Objekte werden transformiert

2. Strahlen werden in der Szene verfolgt

3. Schnittpunkt? -> brechen / reflektieren / Absorbieren

4. Strahlen zu den Lichtern zurückverfolgen

5. Berechne durch Kombination der Effekte (Licht-Material Interaktion) die Pixelfarbe

Vorteile:

• Einfacher Algorithmus

• Inklusive Schatten, Reflexion und Transparenz

Nachteil:

• Aufwendige Optimierung

Rasterung

1. Objekte werden transformiert

2. Berechne die Vertex Farbe (Punkt in einer Primitiven und enthält Positionsangabe (3DVektor; Farbe; Transparenz und 2. Positionsangabe für Texturen)

3. Projiziere die Geometrie auf den Bildschirm

4. Geometrie wird rasterisiert und in Fragmente aufgeteilt

5. Berechne die Pixelfarbe

Vorteile: Mehrere Optimierungen möglich

Nachteile: Komplizierte Algorithmen je nach Effekten

380nm – 780nm

• 380nm Violett;

• 450nm Blau;

• 510nm Grün;

• 550nm Gelb;

• 600nm Orange;

• 700nm Rot.

Die Farben, die wir sehen werden durch die Frequenz und die Wellenlänge des Lichts bestimmt.

Während die Helligkeit von der Amplitude des Lichts abhängt.

Wissenschaft der Messung der elektromagnetischen Strahlung, die nicht von Menschen wahrgenommen werden können.

Messverfahren im Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichtes mit Hilfe eines Photometers bezeichnet

Ist die Wissenschaft und Technologie, die zur *Quantifizierung und Beschreibung der physischen menschlichen Farbwahrnehmung.

* Quantifizierung bedeutet Angabe als Zahlenwert

Licht ist eine elektromagnetische Strahlung innerhalb eins elektromagnetischen Spektrums.

Signal Weg von Licht:

1. Licht wird von der Umgebung reflektiert/emittiert

2. Anschließend durchdringt das Licht die Hornhaut und den Glaskörper

3. Dort trifft es auf lichtempfindliche Zellen auf der Netzhaut

4. Im Anschluss findet eine Umwandlung in neuroelektrischen Signalen statt

1. Stäbchen und Zapfen

2. Bipolare und horizontale Zellen

3. Amakrine und Ganglienzellen

4. Fasern des Sehnervs

Sehen des Auges unter gut beleuchteten Dingen.

Beim Menschen und vielen anderen Tieren ermöglicht das photopische Sehen eine Farbwahrnehmung, die durch Zapfen vermittelt wird, und eine wesentlich höhere Sehschärfe und zeitliche Auflösung als bei skotopischen Sehen

Stäbchen (Helligkeit):

• Lichtempfindlich

• Wichtig für *mesopisches Sehen (Dämmerungssehen)

• um bei schlechten Lichtverhältnissen zu sehen.

Zapfen (Farbsehen):

• Wenig Lichtempfindlich

• Wichtig für photopische Sehen (Tagessehen)

Systematik zur Anwendung der Farbvalenz*, die auf unterschiedliche Art Farbe erzeugen. Stellt immer nur ein Grundprinzip einer Farbmischung dar.

*Farbvalenz eines Lichtstrahls ist eine physiologische Kenngröße. Sie beschreibt die Wirkung des Lichtstrahls auf die farbempfindlichen Sinneszellen des menschlichen Auges

entsteht aus den abstrakten Farbsystemen, meisten dreidimensional für die praktische Darstellung, die unterschiedliche Formen haben kann. Innerhalb der Modelle sind alle Farben eindeutige Zahlenwerte, die Farborte zuordnet.

liegt als Punkt im oder auf dem Farbkörper und wird im Farbraum mit geeigneten Koordinaten in seiner Lage beschrieben.

einer Farbgebenden Methode umfasst möglichst alle Farben, die innerhalb des Farbmodells darstellbar sind. Methoden sind verlustbehaftet, bei der Verwirklichung der Farbdarstellung.

Das Ziel ist es Farben eindeutigen Werten zuzuordnen. Problem ist, dass Farbmodelle nicht alle wahrnehmbare Farben charakterisieren können. Basisidee ist es drei Grundfarben zu verwenden, analog zu den Arten von Zapfen. Dabei entstehen Farben durch die Kombination der Grundfarben. (Tristimulus Theorie: Gemäß der Tristimulus-Theorie kann jede Farbe, die vom durchschnittlich normal sehenden Auge wahrgenommen wird, mit drei Zahlen beschrieben werden. Diese geben die Reizgröße von roten, grünen und blauen Zäpfchen an)

Geometrische Körper, mit dem sich das Farbmodell darstellen lässt

liegt als Punkt im oder auf dem Farbkörper und wird im Farbraum mit geeigneten Koordinaten in seiner Lage beschrieben

einer Farbgebenden Methode umfasst möglichst alle Farben, die innerhalb des Farbmodells darstellbar sind. Methoden sind verlustbehaftet, bei der Verwirklichung der Farbdarstellung.

Das Ziel ist es Farben eindeutigen Werten zuzuordnen. Problem ist, dass Farbmodelle nicht alle wahrnehmbare Farben charakterisieren können. Basisidee ist es drei Grundfarben zu verwenden, analog zu den Arten von Zapfen. Dabei entstehen Farben durch die Kombination der Grundfarben. (Tristimulus Theorie: Gemäß der Tristimulus-Theorie kann jede Farbe, die vom durchschnittlich normal sehenden Auge wahrgenommen wird, mit drei Zahlen beschrieben werden. Diese geben die Reizgröße von roten, grünen und blauen Zäpfchen an)

Biologisch orientiert: • CIE XYZ

Hardware orientiert: • RGB • CMY, CMYK

Benutzer orientiert: • HSV • HSB

Gemäß der Tristimulus-Theorie kann jede Farbe, die vom durchschnittlich normal sehenden Auge wahrgenommen wird, mit drei Zahlen beschrieben werden. Diese geben die Reizgröße von roten, grünen und blauen Zäpfchen an. Resultieren zwei Farbreize in den gleichen Werten für diese drei Reizgrößen, erzeugen sie – auch bei unterschiedlicher spektraler Verteilung – die gleiche Farbwahrnehmung. Wright und Guild haben um 1930 herum Untersuchungen durchgeführt, bei denen Beobachter Licht von 435,8 nm, 546,1 nm und 700 nm derart kombinieren sollten, dass die dadurch hervorgerufene Farbwahrnehmung derjenigen entspricht, die durch monochromatisches Licht bei einer gewissen Wellenlänge des sichtbaren Spektrums erzeugt wird. Die Auswertung dieser Untersuchungen wurden in der Definition der standardisierten RGB-Spektralwertfunktionen r(λ), g(λ) und b(λ) festgehalten. Diese wurden von der CIE im Jahr 1931 in die XYZ-Spektralwertfunktionen x(λ), y(λ) und z(λ) umgewandelt. Diese Spektralfunktionen definieren den farbmetrischen Normalbeobachter CIE 1931 und gelten für eine Gesichtsfeldgröße von 2°.

Teilmenge der Farben, die durch (lineare) Kombination von Rot, Grün, Blau entstehen.

Der Weißpunkt ist Abhängig von der Beleuchtungsart.

Technische Systeme: Können nur Spektren innerhalb des Dreiecks abbilden, aufgrund der Prinzipien der Fabkanäle

(0,0,1) BLAU

(1,0,1) MAGENTA

(1,0,0) ROT

(0,0,0) SCHWARZ

(1,1,1) WEIß

(1,1,0) GELB

(0,1,1) CYAN (TÜRKIS)

(0,1,0) GRÜN

(0,0,1) YELLOW (GELB)

(1,0,1) GRÜN

(1,0,0) CYAN (TÜRKIS)

(0,0,0) WEIß

(1,1,1) SCHWARZ

(1,1,0) BLAU

(0,1,1) ROT

(0,1,0) MAGENTA

RGB-Farbmodell und CMY-Farbmodell sind komplementär zueinander.

Gammakodierung ist ein notwendiger Prozess, während der Bilderzeugung und dient zur Optimierung der Quantisierung.

Vorteile:

- Bessere Auflösung der Intensitäten in dunklen Bereichen

- Geringere wahrgenommene Diskontinuitäten

Nachteile:

- Bild erscheint insgesamt zu hell, vor allem in dunklen Bereichen

- Speziell in dunklen Bereichen relevant

2°

Schema Rastergrafik – Bild wird in ein Raster aufgeteilt (Bildpunkte) – verpixeln beim Vergrößern

Schema Vektorgrafik – Formen die durch Mathematische berechnungen erstellt wurden, diese lassen sich skalieren ohne das sie Verpixeln.

Eine Matrix Datenstruktur, die ein rechteckiges Gitter aus Pixeln oder Farbpunkten darstellt.

Pixel: Bildelement, der Wert hängt vom Farbmodell, Quantisierung, etc…. ab

Auflösung: Bildpunkte in h/v – Richtung

Dots per inch (dpi) / Punkte pro Zoll: Auflösung pro h/v-Abstand (typische Computerbildschirme 90 – 130dpi)

Raster Grafik Scann Reihenfolge

Scan Sequenz: Reihenfolge der Abtastung (normal: links nach rechts und von oben nach unten)

Digitalisierung: Prozess der Umwandlung von Informationen in ein digitales (d.h. computerbasiertes) Format, in dem die Informationen in Bits organisiert sind. Die Digitalisierung wird in zwei Schritten durchgeführt:

Diskretisierung: Ablesen / Abtasten (sampling) eines analogen Signals in regelmäßigen Abständen (Frequenz). Jeder Messwert (der Abtastung) kann in diesem Stadium als unendlich genau angesehen werden.

Quantisierung: Annäherung / Rundung der Stichproben (Messwerte) an eine feste Menge von Zahlen (Ganzzahlen)

Pixelwert Quantisierung: Es gibt zwei mögliche Codierungen: Jeder einzelne Pixel enthält einen Wert, der mit einem bestimmten Farbmodell übereinstimmt. Jeder einzelne Pixel enthält einen Zeiger auf eine Farbtabelle

1 Bits: Schwarz-Weiß Bilder

8-Bits: 256 Farben (aus der Farbtabelle)

16-Bits: in der Regel 32k Farben

24-Bits: True Color 256 Schattierungen für jede Primärfarbe

32-Bits: oft auch Echtfarbe, aber mit zusätzlichem Alphakanal

1. Unterstützung noch höherer Auflösungen (bis zu 4K)

2. Ausführen von speziellem Programmcode

• 3D-Rendering-Beschleunigung

• Beschleunigung der Videowiedergabe

• Allgemeine Berechnungen (CUDA, OpenCL, etc.)

3. Zwischenspeichern von Bildern, Segmenten, Anzeigelisten, Texturen

4. Off-Screen-Puffer verwenden

5. Verwendung von Z-Puffer, Akkumulationspuffer, Antialiasing

• (CGM) Computer Graphics Metafile

• (IGES) Initial Graphics Exchange Standard

• (DWG/DXF) Drawing Exchange Format

• (SVG) Scalable Vector Graphics

• (PS) Postscript

• (GIF) Graphics Interchange Format

• (TIFF) Tagged Image File Format

• (PNG) Portable Network Graphics

• (PBM) Portable Bitmap

• (JPEG) Joint Photographic Experts Group

Voxel bezeichnet in der Computergrafik einen Gitterpunkt in einem dreidimensionalen Gitter. Dies entspricht einem Pixel in einem 2D-Bild, einer Rastergrafik. Wie bei Pixeln wird bei Voxeln üblicherweise die Position nicht explizit gespeichert, sondern implizit aus der Position zu anderen Voxeln hergeleitet

In der Computergrafik ist ein digitaler Differentialanalysator ( DDA ) Hardware oder Software, die zur Interpolation von Variablen über ein Intervall zwischen Start- und Endpunkt verwendet wird. DDAs werden zur Rasterung von Linien, Dreiecken und Polygonen verwendet . Sie können auf nichtlineare Funktionen erweitert werden, wie z. B. perspektivisch korrektes Textur-Mapping , quadratische Kurven und traversierende Voxel.

Generell gibt es verschiedene Algorythmen zum Linienzeichen. Der DDA nimmt 2 Punkte und prüft, welcher Punkt von der Linie bis zum Mittelpunkt des Pixels die kürzere Strecke hat und färbt diesen Pixel dann ein und geht weiter der Linie entlang.

Folgende Schritte werden dabei durchgeführt:

1. Runden auf ganzen Pixel

2. Steigung berechnen / Wie weit auseinander?

3. Start auf Koordinate in x-Richtung (schnelle Richtung)

4. Ende

Effekt, der dazu führt, dass verschiedene Signale ununterscheidbar werden (oder Aliase voneinander), wenn sie abgetastet werden.

• Fehler bei der Signalabtastung :

o Zu niedrige Abtastfrequenz (Unterabtastung)

o Verstoß gegen das Abtasttheorem*

• *Nyquist-Shannon-Abtasttheorem:

o Informationstheorie

o Abtastfrequenz >= doppelte Signalfrequenz

o Ansonsten Fehler bei der Rekonstruktion

Antialiasing (AA, auch Anti-Aliasing oder Kantenglättung) ist die Verminderung von unerwünschten Effekten, die durch das begrenzte Pixelraster (siehe Bildauflösung und Alias-Effekt) oder durch den Treppeneffekt bei der Erzeugung einer Computergrafik (computergenerierte 2D- oder 3D-Grafiken) entstehen können.

Antialiasing ist die Verminderung von unerwünschten Effekten, die durch das begrenzte Pixelraster oder durch den Treppeneffekt bei der Erzeugung einer Computergrafik entstehen können.

• Bezieht sich auch auf Artefakte zwischen Rekonstruktionen aus Samples und dem ursprünglichen

• kontinuierlichen Signal. Tritt auf als zeitliches Aliasing und/oder räumliches Aliasing auf.

B

eim Alias-Effekt werden Frequenzen, die oberhalb der halben Samplingfrequenz (auch Nyquist-Frequenz genannt) liegen, als niedrigere Frequenzen interpretiert, da eine vollständige Rekonstruktion des Ausgangssignals nicht möglich ist.

Der auch unter dem Namen Moiré bekannte Alias-Effekt bezeichnet ein Phänomen, das auftritt, wenn kleinteilige Muster von einer Digitalkamera nicht richtig wiedergegeben werden. Die Folge sind oft seltsame visuelle Artefakte im Foto oder Video.

Eine Probe pro Pixel (Punktabtastung). Objektkanten kreuzen Pixel irgendwo, aber Pixel sind entweder an oder aus. Die Farbwerte der Kantenpixel sind falsch. Erscheint als Treppenmuster.

Als Treppen(stufen)effekt (auch Treppcheneffekt oder Rasterkonvertierungseffekt) wird in der Computergrafik das „treppenartige“ Erscheinungsbild an den Kanten gerasterter Figuren bezeichnet. Der Treppeneffekt ist keine Konsequenz des Raster-Algorithmus selbst, sondern wird durch die endliche Bildauflösung des Grafikgerätes verursacht.

Moiré Effect

Optischer Effekt, der durch Überlagerung regelmäßiger Muster entsteht, führt zu einem wahrgenommenen neuen regelmäßigen (periodischen) Muster mit einzelnen Strukturen, die nicht in den Quellmustern enthalten sind und empfindlich auf Überlagerungsänderungen.

Supersampling

·        Samplefrequenz erhöhen

o   Verwenden Sie mehrere Samples pro Pixel.

o   So viele wie nötig, um angemessen zu wirken.

·        Durchschnitt

o   Pixelfarbe mittelt die Farben an den Samples.

o   Wird auch als Filterung bezeichnet.

Supersampling behebt nicht die Effekte, sondern schwächt die Auswirkung ab.

Stochastisches Supersampling (Zufällige Verteilung der Samples – dadurch entsteht werden weniger Muster abgebildet)

·        Zufällige Abtastung

o   Verwenden Sie mehrere Stichproben pro Pixel.

o   Stichproben an zufälligen Punkten.

·        Probleme

o   Jeder Pixel wird anders abgetastet.

o   Ersetzt Aliasing durch Rauschen.

o   Erzeugt grobkörnige Bilder.

·        Zufallsstichproben in homogenen

·        Untergruppen (Gebiete).

·        Begrenzt die Varianz der Zufallsauswahl.

Vorteile

·        Reduziert das Rauschen.

·        Direkter Vergleich

·        Punktuelle Probenahme (Point Sampling)

·        Raster-Stichprobenverfahren (Grid Sampling)

·        Zufallsstichprobe (Random Sampling - zufällig)

·        Stochastiche Stichprobe (Stichprobenartig innerhalb des Rasters zufällig)

Die Grafikkarte sendet für jedes zu rendernde Bild Pixelinformationen an den Bildschirm. Nehmen wir eine Bildschirmauflösung von 1920 (h) x 1080 (v) mit einer festen Bildwiederholfrequenz von 60 Hz, 8 Bits pro Pixel Primärfarbkanal, drei Kanälen und keiner Kompression an. Wie viel Nettobandbreite müssen die Komponenten zur Verfügung stellen?

2,986 Gbit/s

Vektor: CAD-Modellierung, Text, Logodesign, Objekte der Benutzeroberfläche

Raster: Bildmanipulation, Displayausgabe

·        Text

·        Bézier-Kurven

·        Polygone

·        Durch die Angabe von Werten eines bestimmten Farbmodells.

·        Durch die Verwendung eines Zeigers auf eine Farbtabelle.

·        Temporales Aliasing.

• Räumliches Anti-Aliasing.

• Anti-Aliasing nach der Verarbeitung.

·        Supersampling verwendet mehrere Samples pro Pixel.

·        Supersampling mittelt die Farben.

·        Stochastisches Sampling nimmt an zufälligen Punkten Proben.

·        Stochastisches Sampling ersetzt Aliasing durch Rauschen.

eine Figur, bei der die Eckpunkte A, B, C nicht kollinear sind und die Seiten auf nicht kopunktalen Geraden liegen.

halbiert Ebene in zwei Halbebenen, bspw. gPQ

360°

180°

weniger als 90°

mehr als 90° und weniger als 180°

also von ca. 91° - 179°

größer als 180° kleiner als 360°

also 181° - 359°

Scheitelwinkel

Schneidet eine Gerade g die Geraden h und k, so nennt man die auf den gleichen Seiten von g bzw. h und k liegenden Winkel

Ersetzt man einen der beiden Stufenwinkel durch seinen Scheitelwinkel, so ergibt sich ein Paar von Wechselwinkeln. Auch diese sind genau dann gleich groß, wenn die Geraden h und k parallel sind.

Unterschiedliche Position, aber gleiche Seitenlängen.

● ähnlich, wenn sie in ihren Winkeln übereinstimmen

● unterschiedliche Position im Raum

● unterschiedliche Seitenlängen möglich

○ aber alle 3 Winkel gleich groß

Identische Position im Raum, da Eckpunkte identisch

1. der drei Seiten (sss);

2. zweier Seiten und des eingeschlossenen Winkels (sws);

3. einer Seite und der beiden anliegenden Winkel (wsw);

4. zweier Seiten und des der größeren Seite gegen ̈überliegenden Winkels (Ssw)

bekannt sind, dann ist dieses Dreieck eindeutig zu konstruieren.

α + β + γ = 180°

Fotorealismus: Eigenschaft eines künstlich erzeugten Bildes, das es wie eine fotografische Reproduktion einer bestimmten Szene/Objekts aussieht.

Automobil-/Luft- und Raumfahrtindustrie

·        Visualisierung von Multi-Milliarden-Polygon-Modellen für Marketing und Designbewertung.

Virtuelle Realität und Spiele

·        Erhöhung der Glaubwürdigkeit, des Eintauchens, der Präsenz, des Flusses, der Aufhebung des Unglaubens.

Benutzeroberfläche

·        Die getreue Wiedergabe von Inhalten kann die Effizienz und die Benutzerfreundlichkeit von HCI erhöhen.

Photonen

·        Lichtquellen emittieren(abstrahlen) ständig Photonen in alle Richtungen.

·        Photonen bewegen sich auf einer geraden Linie, bis sie auf eine Oberfläche treffen.

Arten der Wechselwirkung

1.      Absorption: Das Photon verschwindet.

2.      Reflexion: Das Photon setzt seinen Weg auf einer neuen Bahn fort.

3.      Brechung: Das Photon durchdringt die Oberfläche.

Ein Betrachter sieht ein Objekt dadurch, dass eine Lichtquelle Licht auf das Objekt strahlt, das Licht am Objekt reflektiert wird und in das Auge des Betrachters gelangt.

Grundaufgabe der Computergrafik- Prozess der Bildentstehung:

Aufgrund der Beleuchtungsbedingungen eines Reflexionsmodells plus einer Szenengeometrie und eines Kameramodells lassen sich Bilder der Szene generieren.

Bilderzeugung: Vorwärtsausbreitung

1.      Erzeugen Sie Photonen durch eine Lichtquelle.

2.      Verfolge den Weg der Photonen von der Quelle.

3.      Simulieren Sie die Wechselwirkung mit Materialien.

4.      Photonen am virtuellen Auge/Kamera akkumulieren.

Beobachtung

·        Wird viele Photonen erzeugen (müssen).

·        Naive Simulation der Lichtausbreitung.

·        Nur sehr wenige Photonen erreichen die Kamera.

·        Ineffiziente Nutzung der Rechenleistung.

·        Variante auch als Photon Mapping bekannt.

Bilderzeugung: Rückwärtspropagation

1. Start vom Punkt des Auges/der Kamera.

2. Folgen Sie den Strahlen (Photonenpfaden) vom Ziel.

3. Simulieren Sie die Wechselwirkung mit Materialien.

4. Kumulierung der Effekte für jeden Strahl

Ray Tracing ist die virtuelle nachbildung von Licht.

Ray Tracing gehört zu den Globalen beleuchtungsmodellen.

beim globalen beleuchtungsmodel wird das reflektierte Licht von einem objekt mitberücksichtigt, das ist beim lokalen beleuchtungsmodel nicht der fall. z. B wird beim lokalen beleuchtungsmodel nicht mitberücksichtigt das eine lampe die wand anstralt und diese dann das licht reflektiert, sondern nur das licht das auf das objekt trifft von der lampe aus wird mitberücksichtigt. Früher wurde auch nicht mitberücksichtigt das objekt zwischen der Lampe und dem Objekt das hat sich inzwischen geändert so das der resultierende schatten mitberücksichtigt wird. Das wurde gemacht da das wichtig ist um die Szene einigermaßen realistisch dazustellen

• Ambient reflection… (Umgebungsreflexion...)  

• + diffuse reflection … (diffuse Reflexion ...) 

• + specular reflection (+ spiegelnde Reflexion) 

• = Phong lit reflection. (Phong Licht Reflexion) 

Je spitzer der Winkel der Fläche zur Lichtquelle desto weniger Lichenergie gelangt auf die Oberfläche.

Lambertsche Oberflächen haben aus allen Blickrichtungen die gleiche Strahlungsdichte.

Lamberts Kosinus-Gesetz stellt fest, dass die reflektierte Lichtstärke einer matten Oberfläche in einer jeder Richtung anhand des Kosinus des Winkels zwischen dieser Richtung und dem Normalvektor der Fläche variiert. Als Folge daraus ist die Leuchtdichte einer solchen Fläche in alle Richtungen gleich.

(1) Ganglien, dann (2) bipolare und horizontale Zellen, dann (3) Stäbchen und Zapfen

Monochromatisches Licht ist im engeren Sinne einfarbiges sichtbares Licht, im allgemeinen Sinne elektromagnetische Strahlung einer genau definierten Frequenz

Die Schwarzkörperkurve (Englisch: Black Body Curve) ist eine im Normdiagramm CIE 1931 dargestellte Linie die den Ort des Weiß` verschiedener Farbtemperaturen verzeichnet.

Hier wird deutlich, dass ein Weiß in etlichen unterschiedlichen Tönen auftreten kann.

H : Farbton

S : Farbsättigung

V/B/L : Helligkeit (Value, Brightness, Lightness) alles der selbe misst.

Die stevenssche Potenzfunktion beschreibt als Erweiterung des Weber-Fechner-Gesetzes die Beziehung zwischen der menschlichen Empfindungsstärke und der Reizstärke.

Bei der Gamma-Korrektur werden vor allem die Mitteltöne verändert – die sehr hellen und sehr dunklen Bereiche bleiben gleich.

Die Gamma-Korrektur findet die Umkehrfunktion der Verzerrung und wendet diese auf das Signal an.

Die Dichte des Lichtstroms pro Fläche und Einfallsrichtung.