Verfahren zur globalen Beleuchtungsberechnung mit farbmetrisch korrekter Ausgabe

In dieser Arbeit werden zum einen effiziente Verfahren zur globalen Beleuchtungsberechnung vorgestellt sowie zum anderen Methoden präsentiert, mit denen eine farbmetrisch korrekte Darstellung der Simulationsergebnisse ermöglicht wird. Die Forschungsergebnisse aus beiden Bereichen werden kombiniert, um die gesamte Prozesskette von der Simulation bis zur farbmetrisch korrekten Darstellung abdecken zu können.Für eine realistische und damit glaubwürdige Beleuchtungssimulation ist die Berechnung der globalen Lichtausbreitung unerlässlich und stellt aufgrund der Komplexität der notwendigen Berechnung nach wie vor eine große Herausforderung auf dem Gebiet der Computergrafik dar. Die Anforderungen an die Beleuchtungsberechnung werden von den unterschiedlichen Einsatzgebieten geprägt: In der Automobilindustrie liegt der Fokus auf einem physikalisch korrekten Ergebnis, während in der Spieleindustrie die Rechengeschwindigkeit und somit die Einsetzbarkeit in dynamischen Szenen im Vordergrund steht. Um diesen unterschiedlichen Anforderungen gerecht werden zu können, werden in dieser Arbeit drei Verfahren zur globalen Beleuchtungsberechnung präsentiert, die sich in dem erreichbaren Grad an physikalischer Korrektheit und den erzielten Berechnungsgeschwindigkeiten unterscheiden. Alle beschriebenen Verfahren profitieren von der Rechenleistung moderner Grafikkarten.Neben der Simulation spielt auch die Darstellung der Ergebnisse eine essentielle Rolle. Nur durch eine farbmetrisch korrekte Ausgabe auf einem Monitor kann sichergestellt werden, dass diese dem Simulationsergebnis entspricht. Dazu werden in dieser Arbeit Charakterisierungsmodelle vorgestellt, mit deren Hilfe eine farbmetrisch korrekte Ausgabe sowohl auf Low-Dynamic-Range-, als auch auf High-Dynamic-Range-Monitoren ermöglicht wird. Um abhängig vom verwendeten Monitor das passende Charakterisierungsmodell auswählen zu können, wurde ein Vorgehensmodell entwickelt, das auf Basis weniger Tests die Eigenschaften eines Monitors untersucht und darauf aufbauend ein passendes Modell bestimmt.Schließlich wurden beide genannten Schwerpunkte, die globale Beleuchtungssimulation und die farbmetrisch korrekten Ausgabe, zu einem prototypischen Renderingtool kombiniert. Auf Basis radiometrisch vermessener Materialien und Lichtquellen wird eine spektrale Lichtsimulation durchgeführt, deren Ergebnisse farbmetrisch korrekt angezeigt werden. Die Validierung des Tools und der damit in dieser Arbeit vorgestellten Prozesskette zeigt dessen Einsetzbarkeit z. B. zur industriellen digitalen visuellen Absicherung von Produktprototypen.