Interactive Procedural Modeling Approaches and Visual Illumination Inspection Techniques for Virtual Scenes

Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen, die integrale Bestandteile der Computergrafik sind. Im ersten Teil werden Methoden zur prozeduralen Erzeugung von Geometrie für synthetische Szenen betrachtet. Hier werden prozedurale Modellierungstechniken für implizite Oberflächen vorgestellt und es wird erläutert, wie einzelne Objekte zu komplexen Szenen zusammengefügt werden können. In einem weiteren Kapitel wird dargestellt, wie sich eine solche Modellierumgebung erweitern lässt, um Objekte für die Ausgabe auf 3D-Druckern zu optimieren. Außerdem wird ein neuartiges Verfahren für das Drucken von texturierten Oberflächen vorgestellt.
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Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich dann mit dem Beleuchtungsdesign und der Ausleuchtung von virtuellen Szenen. Es werden zunächst neue Visualisierungstechniken eingesetzt, um den grundlegenden Lichttransport innerhalb einer Szene verständlich darzustellen. Dann werden zusätzliche Werkzeuge zur Manipulation des Lichttransports vorgestellt, um es zum Beispiel Künstlern während der Feinabstimmung zu ermöglichen, einzelne Beleuchtungsaspekte einer Szene hervorzuheben oder Details so abzuändern, dass das Resultat weiterhin physikalisch plausibel erscheint. Abschließend erfolgt ein Transfer der Methoden auf die reale Welt: welche Rückschlüsse können aus Aufnahmen von realen Szenen bezüglich ihrer Ausleuchtung geschlossen werden? Erneut werden Visualisierungen des dabei rekonstruierten Lichttransports unterstützend eingesetzt.

Die Interaktivität aller vorgestellten Werkzeuge und Methoden ist ein grundlegendes Ziel dieser Arbeit: Der Nutzer soll in Echtzeit mit den Modellier- und Visualisierungsumgebungen interagieren und die Auswirkungen jedes Arbeitsschrittes unmittelbar nachvollziehen können. Dazu wurden alle relevanten Algorithmen effizient auf Grafikhardware implementiert.

This thesis consists of two parts and their topics contribute to two integral parts in the domain of computer graphics: geometry and light.

The first part deals with the procedural creation of geometry for virtual scenes. It presents procedural modeling techniques for implicit surfaces and shows how to combine individual objects into larger, more complex scenes, and how to render them efficiently. Another chapter shows how to optimize these objects for 3D printing. We will also show a new method for printing objects with textured surfaces.

The second part then covers the lighting and illumination of virtual scenes. ... mehrNew visualization techniques help to reveal the fundamental light transport within a virtual scene. We will also give a brief overview of light manipulation techniques, which assist artists in fine-tuning selected parts of a scene; while the result will no longer be physically correct, it still appears plausible and appealing to the viewer. Finally we will proceed to the real world which embraces us: which inferences can we draw from real world scenes about their illumination? Again, visualizations of the reconstructed light transport will be of assistance to us.

The interactivity of all methods and tools is a common theme which follows us through all chapters. Interactivity enables the user to interact with all modeling and visualization environments in real time and allows him to understand the ramifications of each step immediately. With this end in view, all relevant algorithms have been implemented on graphics hardware.