Realistic Illumination Simulation using Photon-Maps

Author:  Dimitri Khanin, March 2004
Betreuer: Dr. Peter Kipfer

Aufgabenstellung:

Ziel der Arbeit ist ein Software zu entwickeln, womit die dreidimensionalen Objekte im Form von DXF-Dateien eingelesen und einschließend zu den beliebigen Zeitpunkten innerhalb des Jahres durch Sonnenlicht beleuchtet werden können. Die Beleuchtung soll mit Photon-Map Verfahren realisiert werden.

Realisierung:

Nach dem Einlesen und Visualisierung des Modells mit den entsprechenden Texturen wird der Zeitpunkt bestimmt, zu dem die Berechnung stattfinden soll. Anhand diesen Daten wird die Sonnenposition ermittelt. Dies passiert mit dem so genannten DIN Algorithmus (Deutsches Institut für Normung). Dieser Algorithmus berücksichtigt zwar nicht die Brechung des Sonnenlichtes in der Atmosphäre was für unsere Simulation aber ausreichend ist. Der Sonnenstand wird mit zwei Parametern definiert:

• Sonnenhöhe
• Sonnenazimuth

Danach werden die Photonen abgeschossen. Das sind die kleinen Pakete der von den Lichtquellen ausgehenden Energie, die durch die Szene transportiert werden. Beim Kontakt eines Photons mit einer Oberfläche wird entschieden, ob das Photon absorbiert, reflektiert oder transmittiert werden soll. Das Auftreffen des Photons auf eine Oberfläche wird in einer speziellen Datenstruktur - kd-Baum vermerkt. Die Visualisierung erfolgt im zweiten Schritt durch Strahlverfolgung und Auswertung der gespeicherten Photonendaten. Die dabei erzeugten "Beleuchtungstexturen" werden mithilfe von GLSL mit Objekttexturen kombiniert.
Für mehr Information wenden Sie sich bitte an die vollständige Ausarbeitung.

Downloads:
Ausarbeitung

Dimitri Khanin, Januar 2005, München