Beleuchtungsalgorithmen in der Computergrafik

1 Einleitung.- 1.1 Motivation.- 1.2 Realismus in der Computergrafik.- 2 Grundlagen aus der Physik.- 2.1 Licht.- 2.2 Ausbreitung von Licht.- 2.3 Reflexion und Refraktion.- 2.4 Lichttechnische Grundlagen.- 2.4.1 Spektren.- 2.4.2 Größen und Einheiten.- 2.5 Farben.- 2.5.1 Das Auge.- 2.5.2 Farbnormung.- 2.5.3 Farbmodelle.- 3 Der Bildsyntheseprozeß.- 3.1 Überblick.- 3.2 Der Algorithmus des Ray-Tracing-Verfahrens.- 3.3 Der Algorithmus des Radiosity-Verfahrens.- 3.4 Unterschiede beider Verfahren.- 4 Beleuchtungsmodelle.- 4.1 Überblick.- 4.2 Beleuchtung.- 4.2.1 Konzept einer Hemisphäre.- 4.2.2 Ein allgemeines Beleuchtungsmodell.- 4.3 Lichtquellenmodelle.- 4.4 Beleuchtungsmodelle für das Ray-Tracing.- 4.4.1 Diffus reflektiertes Licht.- 4.4.2 Gerichtet reflektiertes Licht.- 4.4.3 Gerichtet gebrochenes Licht.- 4.4.4 Ambientes Licht.- 4.4.5 Globale Reflexion.- 4.4.6 GlobaleRefraktion.- 4.4.7 Zusammenfassung.- 4.5 Beleuchtungsmodell des Radiosity-Verfahrens.- 4.6 Unterschiede zwischen den Beleuchtungsmodellen der beiden Verfahren.- 5 Berechnung der Formfaktoren.- 5.1 Die Hemicube-Methode.- 5.2 Die Singleplane-Methode.- 5.3 Die adaptive Unterteilung.- 5.4 Aufwandsreduktion.- 6 Vergleich beider Verfahren.- 6.1 Die Approximation der Leuchtdichte-Gleichung als Kriterium eines bewertenden Vergleichs.- 6.1.1 Von der Leuchtdichte-Gleichung zum Ray-Tracing-Verfahren.- 6.1.2 Von der Leuchtdichte-Gleichung zum Radiosity-Verfahren.- 6.2 Zusammenfassender Vergleich zwischen Ray-Tracing- und Radiosity-Verfahren.- 6.2.1 Vergleich der Bildqualität.- 6.2.2 Vergleich des Aufwandes.- 7 Erweiterungen der Verfahren.- 7.1 Erweiterungen für die Ray-Tracing-Verfahren.- 7.1.1 Verteiltes Ray-Tracing.- 7.1.2 Stochastisches Ray-Tracing.- 7.2 Erweiterungen für das Radiosity-Verfahren.- 7.3 Zwei-Phasen-Verfahren.- Schlußbemerkungen.- Anhang I Computergenerierte Bilder.- I.1 Mit dem Radiosity-Verfahren erzeugte Bilder.- I.2 Mit dem Ray-Tracing-Verfahren erzeugte Bilder.- Anhang II Kodierungsbeispiele.- II.1