Global Illumination
Die globale Beleuchtung ist ein wichtiges Thema im Bereich der Computergrafik. Das Ziel besteht hierbei darin, indirekte Beleuchtungseffekte zu realisieren, um realistischere virtuelle Darstellungen zu ermöglichen. Bei direkter Beleuchtung wird nur der direkte Effekt von Lichtquellen wie Lampen oder der Sonne auf das Aussehen von Oberflächen beachtet. Bei der indirekten Beleuchtung wird zusätzlich simuliert, wie Objekte auch von Licht angestrahlt werden, das indirekt von anderen Objekten reflektiert wird. Die Simulation von globaler Beleuchtung ist dabei wesentlich aufwendiger als die von direkter Beleuchtung. Da sie aber auch notwendig for fotorealistische Visualisierungen ist, bildet sie seit vielen Jahren ein bedeutendes Forschungsthema. Durch die Entwicklung des Verfahrens LightSkin durch Philipp Lensing sind wir als Fachgebiet ein Teil dieses Forschungsprozesses. Kernelement unserer Forschung ist die Echtzeitfähigkeit der Algorithmen bei einer realistischen Darstellung. Hierbei ist vor allem auch die Nutzung in einem Augmented-Reality-Kontext von Bedeutung.
In der Natur ist jede Interaktion des Lichts mit Materie in einen globalen Kontext eingebunden, weswegen alle natürlichen Beleuchtungsphänomene in unserer Umwelt das Resultat globaler Beleuchtung sind.
Einblick in das entwickelte Verfahren LightSkin
Die grundlegende Idee des Verfahrens besteht darin, einen Instant-Radiosity-Ansatz, wie die Reflective Shadow-Maps, so zu erweitern, dass eine durchgehend indirekte Beleuchtung für die komplette Szene in Echtzeit berechnet werden kann, ohne störende Artefakte bei Animationen zu produzieren und ohne den Einflussbereich des indirekten Lichts zu beschränken (z. B. durch Beschränkung der Ausbreitung des indirekten Lichts).
Das LightSkin-Verfahren weist gegenüber existierenden globalen Echtzeit-Beleuchtungsverfahren die folgenden Vorteile bzw. Neuerungen auf:
- Abbildung von physikalisch plausiblen diffusen indirekten Reflexionen
- Abbildung von optisch plausiblen glänzenden indirekten Reflexionen,
- Abbildung von weichen Schatten,
- Abbildung von Multiple-Subsurface-Scattering-Effekten,
- deutliche Reduzierung von temporären Inkohärenzen bei Animationen,
- Unterstützung von Animationen ohne zusätzlichen Rechenaufwand,
- geringe Speicheranforderungen,
- eine einfache Adaption für Augmented-Reality-Anwendungen zur photometrischen Interaktion zwischen dynamischen realen und virtuellen Szenen unter Verwendung eines RGB-D-Sensors.
Weiterführende Hinweise
Doktorarbeit:
LightSkin: Globale Echtzeitbeleuchtung für Virtual und Augmented Reality von Philipp Lensing
Paper:
LightSkin: Real-Time Global Illumination for Virtual and Mixed Reality
Efficient Shading of Indirect Illumination Applying Reflective Shadow Maps
Instant Indirect Illumination for Dynamic Mixed Reality Scenes
Videos:
Ansprechpartner
Bei Interesse können Sie sich gerne melden bei:
Tobias Schwandt
Technische Universität Ilmenau
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Fachgebiet Virtuelle Welten und Digitale Spiele
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