Distanznebel: Erkundung der visuellen Grenze: Einblicke in den Distanznebel der Computer Vision

Von Fouad Sabry

Was ist Distanznebel?

Distanznebel ist eine Technik, die in der 3D-Computergrafik verwendet wird, um die Wahrnehmung von Entfernungen durch unterschiedliche Schattierung entfernter Objekte zu verbessern.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu den folgenden Themen:

Kapitel 1: Distanznebel

Kapitel 2: Rendering (Computergrafik)

Kapitel 3: Painter-Algorithmus

Kapitel 4: Gouraud-Schattierung

Kapitel 5: Texturabbildung

Kapitel 6: Erzwungene Perspektive

Kapitel 7: Schattierung

Kapitel 8: 2,5D

Kapitel 9: Detaillierungsgrad (Computergrafik)

Kapitel 10: Luftperspektive

(II) Beantwortung der häufigsten öffentlichen Fragen zum Thema Distanznebel.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Verwendung von Distanznebel in vielen Bereichen.

Für wen dieses Buch gedacht ist

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Hobbyisten und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen jeglicher Art hinausgehen möchten von Distanznebel.

 

 

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 4. Mai 2024

Buchvorschau

Kapitel 1: Distanznebel

In der 3D-Computergrafik ist Distanznebel eine Methode, die verwendet wird, um die Illusion von Entfernung zu verbessern, indem entfernte Objekte unterschiedlich eingefärbt werden. Dieser Ansatz simuliert die Auswirkungen der Lichtstreuung, die den Kontrast von weit entfernten Objekten reduziert, insbesondere im Außenbereich.

Aufgrund der Streuung nimmt die Sichtbarkeit in einem natürlichen Dunst exponentiell und nicht linear mit der Entfernung ab. Die Farbe des Dunstes wird durch die Farbe des Lichts bestimmt, das in den Betrachtungspfad gestreut wird. Blau bei klarem Himmel und rötlich bei Sonnenuntergang, wie bei Alpenglühen. Diese subtileren Nuancen werden in einigen Bildern veranschaulicht.

Mitte bis Ende der 1990er Jahre, als die Rechenleistung nicht ausreichte, um große Betrachtungsabstände darzustellen, wurde Clipping verwendet, um Fernnebel zu simulieren. Durch das Hinzufügen eines Nebels mittlerer Entfernung tauchten die beschnittenen Polygone in einem ausreichenden Abstand auf, um vom Nebel maskiert zu werden und einzublenden, wenn sich der Spieler näherte.

Beispiel für fernen Nebel

{Ende Kapitel 1}

Kapitel 2: Rendering (Computergrafik)

Unter Verwendung einer Computersoftware ist Rendering oder Bildsynthese der Prozess der Erzeugung eines fotorealistischen oder nicht fotorealistischen Bildes aus einem 2D- oder 3D-Modell. Das gerenderte Bild wird als Rendering bezeichnet. Eine Szenendatei, die Objekte in einer genau spezifizierten Sprache oder Datenstruktur enthält, kann viele Modelle definieren. Die Szenendatei enthält Informationen zur Geometrie, zum Ansichtspunkt, zur Textur, zur Beleuchtung und zur Schattierung der Szene. Die Daten der Szenendatei werden dann zur Verarbeitung an ein Rendering-Programm gesendet und als digitales Bild oder Rastergrafik-Bilddatei ausgegeben. Der Begriff Rendering entspricht der Interpretation einer Szene durch einen Künstler. Rendering bezieht sich auch auf den Prozess der Berechnung von Effekten in einem Videobearbeitungstool, um die endgültige Videoausgabe zu erzeugen.

Rendering ist eines der wichtigsten Teilthemen der 3D-Computergrafik und in der Praxis immer mit den anderen verbunden. Es ist der letzte wichtige Schritt in der Grafikpipeline und verleiht Modellen und Animationen ihr endgültiges Aussehen. Seit den 1970er Jahren, als die Computergrafik immer ausgefeilter wurde, ist das Thema immer deutlicher geworden.

Rendering hat Anwendungen in der Architektur, in Videospielen, Simulatoren, visuellen Effekten in Film und Fernsehen sowie in der Designvisualisierung, die jeweils eine einzigartige Kombination von Funktionen und Ansätzen verwenden. Es stehen zahlreiche Renderer zur Verfügung. Einige sind in größere Modellierungs- und Animationssoftwarepakete integriert, während andere kostenlose Open-Source-Projekte sind. Ein Renderer ist ein aufwendig gestaltetes Programm, das auf verschiedenen Bereichen wie Lichtphysik, visueller Wahrnehmung, Mathematik und Softwareentwicklung basiert.

Auch wenn die technischen Details der Renderingtechnologien variieren, behandelt die Grafikpipeline eines Renderinggeräts, z. B. einer GPU, die allgemeinen Probleme beim Erstellen eines 2D-Bildes auf einem Bildschirm aus einer 3D-Darstellung, die in einer Szenendatei enthalten ist. Eine GPU ist ein Gerät, das speziell entwickelt wurde, um eine CPU bei der Durchführung anspruchsvoller Rendering-Berechnungen zu unterstützen. Die Rendering-Software muss die Rendering-Gleichung lösen, damit eine Szene unter virtueller Beleuchtung relativ realistisch und vorhersehbar erscheint. Die Rendering-Gleichung berücksichtigt nicht jedes Beleuchtungsphänomen, sondern dient als grundlegendes Beleuchtungsmodell für computergenerierte Bilder.

Szenen in 3D-Grafiken können vorab gerendert oder in Echtzeit generiert werden. Pre-Rendering ist eine langsame, rechenintensive Technik, die häufig für die Erstellung von Filmen verwendet wird, bei denen Szenen im Voraus vorbereitet werden können, während Echtzeit-Rendering in der Regel für 3D-Videospiele und andere Anwendungen verwendet wird, die Szenen in Echtzeit generieren müssen. Durch die Beschleunigung von 3D-Hardware kann die Echtzeit-Rendering-Leistung verbessert werden.

Wenn das Vorbild (oft eine Drahtmodellskizze) fertig ist, wird das Rendern verwendet, um Bitmap- oder prozedurale Texturen, Lichtquellen, Bump-Mapping und die relative Position von Objekten hinzuzufügen. Das Endprodukt ist ein fertiges Bild, das der Verbraucher oder die Zielgruppe betrachtet.

Um eine Filmanimation zu erstellen, müssen mehrere Bilder (Frames) erstellt und in einem Animationswerkzeug zusammengefügt werden. Die meisten 3D-Bildbearbeitungsprogramme können dies.

Ein gerendertes Bild kann anhand seiner visuellen Eigenschaften verstanden werden. Die Forschung und der Fortschritt im Bereich Rendering wurden weitgehend von der Suche nach effizienten Simulationstechniken inspiriert. Einige stehen in direktem Zusammenhang mit bestimmten Algorithmen und Methoden, während andere kollaborativ generiert werden.

Bei der Schattierung ändert sich der Farbton und die Leuchtdichte einer Oberfläche in Abhängigkeit von der Beleuchtung.

Textur-Mapping – eine Technik zur Vermittlung von Oberflächendetails

Bump-Mapping ist eine Technik zur Replikation kleinräumiger Oberflächenrauheiten.

Vernebelndes/teilnehmendes Medium – das Dimmen des Lichts, wenn es eine undurchsichtige Atmosphäre oder Luft durchdringt

Schatten sind das Ergebnis von blockierendem Licht.

Variable Dunkelheit, die sich aus teilweise verdeckten Lichtquellen ergibt.

Reflexion — stark reflektierende oder spiegelähnliche Reflexion

Scharfe Lichtdurchlässigkeit durch undurchsichtige Objekte.

Transluzenz - stark gestreute Lichtdurchlässigkeit durch undurchsichtige Objekte

Die Lichtbrechung ist das Phänomen der Lichtbeugung, das mit Transparenz verbunden ist.

Beugung ist die strahlenstörende Beugung, Ausbreitung und Interferenz von Licht, das sich durch ein Objekt oder eine Öffnung bewegt.

Indirekte Beleuchtung bezieht sich auf Oberflächen, die durch Licht beleuchtet werden, das von anderen Oberflächen reflektiert wird, im Gegensatz zu einer direkten Lichtquelle (auch bekannt als globale Beleuchtung)

Kaustik (eine Art indirekte Beleuchtung) ist die Reflexion von Licht von einem glänzenden Objekt oder die Fokussierung von Licht durch ein transparentes Objekt, um schillernde Glanzlichter auf einem anderen Objekt zu erzeugen.

Schärfentiefe: Wenn sich Objekte zu weit vor oder hinter dem fokussierten Objekt befinden, erscheinen sie verschwommen oder unscharf.

Objekte erscheinen aufgrund von Hochgeschwindigkeitsbewegungen oder der Bewegung der Kamera verschwommen.

Nicht-fotorealistisches Rendering – Szenerien, die auf künstlerische Weise gerendert werden, um einem Gemälde oder einer Zeichnung zu ähneln

Es wurden zahlreiche Rendering-Methoden untersucht, und Rendering-Software kann eine Vielzahl von Möglichkeiten verwenden, um ein endgültiges Bild zu erzeugen.

Jeden einzelnen Lichtfleck in