Schaubild: Auswirkungen unterschiedlicher Beleuchtungssysteme in der 3D-Grafik

Problembeschreibung

Als Beleuchtungsmodell bezeichnet man in der Computergrafik allgemein ein Verfahren, das das Verhalten von Licht simuliert. Meist ist damit ein lokales Beleuchtungsmodell gemeint, das die Oberfläche von Objekten simuliert. Dabei wird die Helligkeit bzw. Farbe eines von einem Punkt auf dieser Oberfläche in eine bestimmte Richtung reflektierten Lichtstrahls berechnet. Dies geschieht unter Zuhilfenahme der Blickrichtung, des Lichteinfallswinkels, der Materialeigenschaften des Objektes und der Lichtquellen.

In der Computergrafik werden viele verschiedene Beleuchtungsmodelle verwendet. Diese unterscheiden sich stark in den Anforderungen bspw. an Materialeigenschaften der Objekte, die benötigte Rechenleistung, aber natürlich unterscheiden sie sich auch sehr stark im resultierenden visuellen Eindruck.

Projektdefinition

Ziel des Projekts ist die Konzeption und Umsetzung einer web-basierten Visualisierung zum Vergleich verschiedener Beleuchtungsmodelle. Anforderungen an die Umsetzung:

• Laden und Darstellung eines einfachen 3D-Modells, bspw. aus glTF.
• Aus einer Liste von Beleuchtungsmodellen (Phong, Blinn-Phong, Schlick, Cook-Torrance) sollen mehrere verschiedene ausgewählt werden können, das Modell soll dann gleichzeitig mit den jeweils gewählten Beleuchtungsmodellen dargestellt werden.
• Das 3D-Modell soll interaktiv frei gedreht werden können, die Ansichten mit den unterschiedlichen Beleuchtungsmodellen sollen dabei synchronisiert bleiben.
• Zur besseren Unterscheidbarkeit sollen weitere Differenz-Ansichten gerendert werden, welche die Unterschiede zwischen den gewählten Methoden sichtbar machen.

Learning Outcomes

Was?

• Studierende lernen die Unterschiede verschiedener Möglichkeiten der Beleuchtungsberechnung in der Computergrafik kennen.
• Die Studierenden lernen den Stand der Forschung und Technik zur Modellierung lokaler Beleuchtungsmodelle in der Computergrafik.
• Die Studierenden erkennen die Auswirkungen von Designentscheidungen in der Computergrafik auf die Modellierung bspw. von Materialeigenschaften der Assets.

Wie?

• Implementierung einer Anwendung die interaktives 3D-Rendering im Web ermöglicht (WebGL).
• Umsetzung unterschiedlicher Beleuchtungsmodelle (GLSL).
• Modellierung oder Anpassung eines Beispiel-3D-Modells, welches Materialien für diverse Beleuchtungsmodelle bereitstellt.

Wozu?

• Das Verständnis interaktiver 3D Grafik und der dahinterliegenden Algorithmen ist eine Kernkompetenz für die Entwicklung in unterschiedlichen Produktkategorien von Computerspielen über rechnergestützte Entwicklungssysteme (CAD/CAE) bis hin zur Datenvisualisierung.

Voraussetzungen

• Dringend erforderlich sind Vorkenntnisse in der Interaktiven Computergrafik erlangt durch eine Bachelorveranstaltung, bspw. CGA. Erwünscht sind Kenntnisse in der Programmierung mit JavaScript / TypeScript oder eigene Einarbeitung.

Externe Projektpartner

• Keine