Realistische Echtzeitbeleuchtungssimulation von Bäumen

Das Ziel des Treelumination-Projekts ist eine Erhöhung des Realismus und der Darstellungsqualität von Bäumen und baumänlichen Pflanzen in Echtzeitanwendungen. Photorealistische Darstellungsmethoden für Bäume wurden bisher nur in Anwendungen verwendet, die einzelne Bilder berechnen, nicht jedoch in Echtzeitanwendungen, wo Bilder in schneller Abfolge erzeugt werden müssen. Dabei ist gerade für solche Anwendungen eine realistische Darstellung von Bäumen besonders wichtig. Die Effekte, die es zu berücksichtigen gilt, sind Schattenwurf und Selbstabschattung, die Durchsichtigkeit von Blättern, globale Beleuchtungssimulation und die Darstellung von Szenen mit besonders hohem Kontrast. Bäume, Büsche und ähnliches sind wichtige Bestandteile von Szenen unter freiem Himmel. Das gilt insbesondere für interaktive Anwendungen wie Verkehrs- und Fahrsimulationen, DesignÜberprüfungen, virtuelle Stadtrundgänge, Computerspiele und andere, weil gerade in solchen Anwendungen der Grad des Realismus oft an der Darstellung von Pflanzen gemessen wird. Wegen ihrer hohen geometrischen und Animations-Komplexität gehören Bäume allerdings auch zu der Klasse von Objekten, die am schwierigsten darzustellen sind. Deshalb beschäftigt sich dieser Antrag mit der schnellen Beleuchtungssimulation von Bäumen in einer Art und Weise, daß die Bäume immer noch bewegt werden können. Die Faktoren, die bei der Beleuchtung von Bäumen eine wichtige Rolle spielen, sind die direkte Sonneneinstrahlung, die Beleuchtung durch das Himmelslicht, diffuse Reflektionen der Blätter untereinander, die Materialeigentschaften der Blätter, und besonders das Durchscheinen des Sonnenlichts durch die Blätter. Außerdem spielt natürlich der Schattenwurf, sowohl auf den Boden als auch auf einzelne Blätter, eine große Rolle. Einige dieser Effekte wurden zwar schon in der realistischen Bildsynthese behandelt, in der Echtzeitgraphik sind sie jedoch neu, zumindest für die Darstellung von Bäumen. Im Treelumination-Projekt wollen wir nun die Grenze zwischen Echtzeitgraphik und photorealistischer Darstellung überwinden und die beiden vereinen. Durch die Einschränkung auf Bäume öffnen sich zahlreiche Vereinfachungsmöglichkeiten, unter deren Ausnützung dieses Ziel in greifbare Nähe rückt. Die umzusetzenden Algorithmen werden für unterschiedliche geometrische Darstellungsformen von Bäumen geeignet sein, sowohl für vereinfachte Repräsentationen für entfernte Bäume also auch für detaillierte Darstellungen, wo man Strukturen in einzelnen Blätter erkennen kann. Dadurch können die Ergebnisse problemlos in existierende Echtzeitgraphikanwendungen eingebaut werden.