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3D-Computergrafik:

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Bibliographic Details
Main Author:	Watt, Alan H. 1942- (Author)
Format:	Book
Language:	German English
Published:	München Pearson Studium 2002
Edition:	3. Aufl.
Series:	Informatik : Grafik
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adam_text	Titel: 3D-Computergrafik Autor: Watt, Alan H Jahr: 2002 Alan Watt 3D-Computergrafik 3. Auflage Pearson Studium ein Imprint der Pearson Education Deutschland GmbH Inhaltsverzeichnis Vorwort 9 Eine kurze Geschichte der realistischen Bilddarstellung 10 Modellieren von Oberflächenreflexionen mit lokaler Wechselwirkung 11 Modellieren globaler Wechselwirkungen 12 Danksagungen 13 1 Mathematische Grundlagen der Computergrafik 15 1.1 Manipulation dreidimensionaler Strukturen 15 1.2 Strukturverändernde Transformationen 23 1.3 Vektoren in der Computergrafik 26 1.4 Strahlen in der Computergrafik 32 1.5 Interpolieren von Werten in der Bildebene 42 2 Beschreibung und Modellierung von dreidimensionalen Objekten (1) 43 Einleitung 43 2.1 Polygon-Darstellung von dreidimensionalen Objekten 48 2.2 Objektdarstellung durch Constructive Solid Geometry (CSG) 62 2.3 Techniken der Raumunterteilung zur Objektdarstellung 66 2.4 Objekte durch implizite Funktionen darstellen 72 2.5 Szenenverwaltung und Objektdarstellung 74 2.6 Zusammenfassung 80 3 Beschreibung und Modellierung von dreidimensionalen Objekten (2) 83 Einleitung 83 3.1 Bezier-Kurven 85 3.2 B-Spline-Darstellung 94 3.3 Rationale Kurven 109 3.4 Von Kurven zu Oberflächen 113 3.5 B-Spline-Patches 121 3.6 Modellieren oder Erzeugen von Oberflächen aus Patches 126 3.7 Vom Patch zum Objekt 142 4 Darstellung und Rendering 145 Einleitung 145 4.1 Rendern von Polygon-Netzen - ein kurzer Überblick 146 4.2 Rendern von parametrischen Oberflächen 147 4.3 Rendern einer CSG-Beschreibung 161 4.4 Rendern einer Voxel-Beschreibung 163 4.5 Rendern von impliziten Funktionen 164 6 Inhaltsverzeichnis 5 Die Grafik-Pipeline (1): geometrische Verfahren 165 Einleitung 165 5.1 Koordinatenräume in der Grafik-Pipeline 166 5.2 Operationen, die im Ansichtsraumausgeführt werden 170 5.3 Erweiterte Ansichtssysteme(PHIGS und GKS) 181 6 Die Grafik-Pipeline (2): Rendering oder algorithmische Prozesse 193 Einleitung 193 6.1 Zuschneiden von Polygonen gegen den Hintergrund des Sichtvolumens 193 6.2 Schattieren von Pixeln 198 6.3 Schattierung durch Interpolation 207 6.4 Rastern 211 6.5 Reihenfolge des Renderings 215 6.6 Entfernen von verdeckten Oberflächen (Hidden Surface Removal) 217 6.7 Rendern in mehreren Durchläufen und Sammelpuffer 231 7 Simulation der Wechselwirkung von Licht und Objekt: lokale Reflexionsmodelle 235 Einleitung 235 7.1 Reflexion an einer idealen Oberfläche 236 7.2 Reflexion an einer realen Oberfläche 237 7.3 Die bidirektionale Verteilungsfunktion der Reflexion 238 7.4 Diffuse und spekulare Komponenten 241 7.5 Ideal diffuse und empirisch verteilte spekulare Reflexion (Phong 1975) 242 7.6 Spekulare Reflexion auf physikalischer Grundlage (Blinn 1977; Cook und Torrance 1982) 243 7.7 Vorausberechnen von BRDFs 249 7.8 Diffuse Komponenten auf physikalischer Grundlage (Hanrahan und Kreuger 1993) 251 8 Arbeiten mit Maps 255 Einleitung 255 8.1 Zweidimensionale Textur-Maps für Polygon-Netzobjekte 260 8.2 Der Anwendungsbereich zweidimensionaler Texturen für Objekte aus bikubischen parametrischen Patches 266 8.3 ,,Plakatwände 267 8.4 Relief-Mapping 268 8.5 Beleuchtungs-Maps 272 8.6 Umgebungs- oder Reflexions-Mapping 275 8.7 Verfahren im Anwendungsbereich von dreidimensionalen Texturen 284 8.8 Bildglättung und Textur-Maps i 289 8.9 Interaktive Verfahren für das Textur-Mapping 293 9 Geometrische Schatten 297 Einleitung 297 9.1 Eigenschaften von Schatten in Computergrafiken 299 9.2 Einfache Schatten auf der Grundebene 299 9.3 Schattenalgorithmen 301 Inhaltsverzeichnis 7 10 Globale Beleuchtung 309 Einleitung 309 10.1 Globale Beleuchtungsmodelle 310 10.2 Die Entwicklung globaler Beleuchtungsalgorithmen 317 10.3 Gängige Algorithmen - Ray Tracing und Radiosity 318 10.4 Monte-Carlo-Methoden zur globalen Beleuchtung 322 10.5 Path Tracing : 326 10.6 Verteiltes Ray Tracing 328 10.7 Zwei-Wege-Ray Tracing 332 10.8 Abhängigkeit oder Unabhängigkeit vom Blickwinkel und Mehr-Wege-Methoden 335 10.9 Zwischenspeichern der Beleuchtung 337 10.10 Lichtvolumina 340 10.11 Teilchenverfolgung und Dichte-Ermittlung 340 11 Die Radiosity-Methode (Strahlungsaustausch) 343 Einleitung 343 11.1 Radiosity-Theorie 344 11.2 Formfaktorbestimmung 347 11.3 Die Gauß-Seidel-Methode 351 11.4 Auf dem Weg zu einer Teillösung - progressive Verfeinerung 353 11.5 Schwierigkeiten der Radiosity-Methode 356 11.6 Artefakte in Radiosity-Bildem 356 11.7 Meshing-Strategien 363 12 Techniken des Ray Tracings 383 Einleitung - das Whitted-Ray Tracing 383 12.1 Der grundlegende Algorithmus 384 12.2 Verwenden von Rekursionen zur Implementierung des Ray Tracings 388 12.3 Die Abenteuer von sieben Strahlen - eine Studie in Ray Tracing 391 12.4 Ray Tracing an Polygon-Objekten - Interpolation einer Normalen auf einem Schnittpunkt eines Polygons 393 12.5 Leistungssteigerung beim Ray Tracing 395 12.6 Die Nutzung der Strahlenkohärenz 405 12.7 Ein geschichtlicher Exkurs: die Physik des Regenbogens 410 13 Volumen-Rendering 413 Einleitung 413 13.1 Volumen-Rendering und die Visualisierung von Volumendaten 416 13.2 Die Möglichkeit des ,,halbtransparenten Gels 419 13.3 Halbtransparentes Gel plus Oberflächen 422 13.4 Strukturüberlegungen zu den Algorithmen des Volumen-Renderings 427 13.5 Perspektivische Projektion beim Volumen-Rendering 432 13.6 Dreidimensionale Texturen beim Volumen-Rendering 433 14 Anti-Aliasing in Theorie und Praxis 435 Einleitung 435 14.1 Bildunregelmäßigkeiten und Abtastung 435 14.2 Treppenstufeneffekte 440 14.3 Abtastung bei Computergrafiken und in der Realität 441 14.4 Abtastung und Rekonstruktion 443 14.5 Ein einfacher Vergleich 444 8 Inhaltsverzeichnis 14.6 Methoden der Vorfilterung 445 14.7 Überabtastung (,,Supersampling ) oder Nachfilterung 447 14.8 Uneinheitliche Abtastung-einige theoretische Konzepte 450 14.9 Die Fourier-Transformation von Bildern 455 15 Farben in Computergrafiken 463 Einleitung 463 15.1 Farbpaletten in der Computer-Bildgestaltung 464 15.2 Farben im dreidimensionalen Raum 465 15.3 Farbe, Information und Wahrnehmungsraum 472 15.4 Rendering und Farbräume 480 15.5 Überlegungen zum Monitor 482 16 Image-Based Rendering und Foto-Modellierung 489 Einleitung 489 16.1 Wiederverwendung von zuvor gerendertem Bildmaterial - zweidimensionale Techniken 489 16.2 Veränderliche Rendering-Ressourcen 493 16.3 Venwenden der Tiefeninformation 498 16.4 Interpolation des Blickwinkels 505 16.5 Vierdimensionale Techniken - der Lumigraph oder Lichtfeld-Rendering-Ansatz 510 16.6 Foto-Modellierung und IBR 512 17 Computeranimation 521 Einleitung 521 17.1 Einteilungund Beschreibung der Techniken zur Computeranimation 523 17.2 Animation von starren Körpern 524 17.3 Verknüpfte Strukturen und hierarchische Bewegung 542 17.4 Die Dynamik in der Computeranimation 553 17.5 Kollisionserkennung 567 17.6 Kollisionsrückmeldung 576 17.7 Partikelanimation 579 17.8 Verhaltensanimation 582 17.9 Zusammenfassung 584 18 Vergleichende Bildbetrachtung 587 Einleitung 587 18.1 Lokale Reflexionsmodelle 587 18.2 Textur- und Schatten-Mapping 589 18.3 Whitted-Ray Tracing 590 18.4 Radiosity 591 18.5 RADIANCE 593 18.6 Zusammenfassung 593 Literaturverzeichnis 595 Register 603
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