Measuring, Modeling, And Verification of Light-Matter Interaction Phenomena

Berger, Kai

Das Erzeugen von Szenen mit natürlichen Phänomenen in fotorealistischer Qualität ist aufwändig, weil nicht nur ein realistisches Bild erstellt werden soll, sondern auch physikalische Plausibilität in Bezug auf das modellierte Phänomen verlangt wird. Besonders in der Industrie, z.B. in der Automobilindustrie, sollte die modellierte Szene, in der ein Produkt eingesetzt wird, der tatsächlichen Einsatzumgebung so naturgetreu wie möglich ähneln. In dieser Dissertation werden neue Ansätze zum Messen von natürlichen Phänomenen präsentiert, die es ermöglichen, für bestimmte Phänomene neue Modelle zu erstellen oder bestehende Modelle erschöpfender zu verifizieren, um damit physikalische Plausibilität für Szenen, die am Computer ereugt werden, zu gewährleisten. Im Unterschied zu anderen Verfahren, werden unkonventionelle Methoden zur Messung umgesetzt: Mit Hilfe eines Ellipsometers wird die Oberflächenreflektanz von Metallen so vermessen, dass auch Änderungen im Polarisationszustand des Lichtes erfasst werden. Unterwasserreflektanzen von Materialien werden mit Hilfe eines lichtdurchlässigen Diffusers abgebildet, der an einen Glasbecher angebracht wird, und der Bewegungssensor Kinect von Microsoft wird verwendet, um Gasströmungen um Objekte zu detektieren. Die Ergebnisse sind die Verifikation von bestehenden Modellen für handelsübliche Metallflächen, ein erweitertes Reflektanzmodell für Oberflächen, die in refraktive Medien eingetaucht werden und die Rekonstruktion von Gasströmungen um Objekte.

The photo-realistic rendering of scenes showing natural phenomena requires skilled graphic designers not only to produce a convincingly good-looking image but also to convey physical plausibility. This is especially important in industrial context, where a modelled scene showcasing a product has to approximate the actual environment of a product as closely as possible, e.g. in automotive industries. In this thesis, new techniques to measure natural phenomena are presented in order to provide new or verify existing models for rendering the physically plausible image. In contrast to other approaches, the measurement is performed using nonconventional methods: an ellipsometer is employed to capture the specular reflectance with respect to the polarisation behaviour, a transmissive screen attached to a glass tank is imaged to capture underwater reflectances, and the Microsoft Kinect, a motion capturing device, is used to detect the gas flows around objects. The results are the verification of existing, physically plausible models for commodity metals, an enhanced reflectance model for materials immersed in transparent media with known refractive index, and the reconstruction of two-phase gas flows around occluding objects.

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Berger, Kai: Measuring, Modeling, And Verification of Light-Matter Interaction Phenomena. 2012.

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