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Praktikum `Anwendungen der Computergraphik'

Hans-Joachim Bungartz

20. Juli 1999

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einf"uhrung, Grundlagen 5

1.1 Historie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 1.2 Gliederung und "Uberblick . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 1.3 Grundlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1.4 Literatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2 Geometrische Modellierung 9

2.1 Darstellungsarten dreidimensionaler K"orper . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 2.2 Freiformkurven und -fl"achen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.2.1 Freiformkurven . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.2.2 Freiformfl"achen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.2.3 Glatter "Ubergang an den Nahtstellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3 Animation 21 4 Projektion und Sichtbarkeit 23 5 Beleuchtung und Reflexion 25 6 Shading 27 7 Anmerkungen zu OpenGL 29

7.1 Grundlegendes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 7.2 Viewing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

8 Visualisierung 35

8.1 Methoden der Bildverarbeitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 8.2 Visualisierung raum- und zeitaufgel"oster Simulationsdaten . . . . . . . . . . . . . . 38 8.3 Vom Bild zum Film . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 8.4 Bunte Bildchen "uber alles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

3

4 INHALTSVERZEICHNIS 9 Farben und Farbmodelle 45 10 Globale Beleuchtung 47

10.1 Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 10.2 Das Problem der globalen Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

10.2.1 Gr"ossen aus der Radiometrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 10.2.2 BRDFs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 10.2.3 Die Rendering-Gleichung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 10.3 Techniken zur globalen Beleuchtung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

10.3.1 Klassifikation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 10.3.2 Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 10.3.3 Path Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 10.3.4 Radiosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 10.3.5 Light Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 10.3.6 Monte Carlo Ray Tracing mit Photon Maps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

11 Raumbildsehen 59

Kapitel 1 Einf"uhrung, Grundlagen