Echtzeitfähiges Rendering von nassen und trockenen Materialien
Bachelorarbeit von Timo Renzelmann
Betreuung: Sabrina Heppner M.Sc.
In vielen Echtzeitumgebungen, wie Computerspielen, Fahrsimulatoren etc., ist die echtzeitfähige Darstellung einer Vielzahl an unterschiedlichen Materialien erforderlich. Dazu gehört in vielen Fällen auch die Darstellung nasser Materialien. Zu diesem Zweck wurde im Rahmen dieser Arbeit ein echtzeitfähiger Shader entwickelt. Mit Hilfe des Shaders kann ein trockenes Material in ein nasses Material transformiert werden (Abbildung 1-3).
Nasse Materialien lassen sich intuitiv als solche identifizieren, da sie sich durch einige visuelle Merkmale von trockenen Materialien unterscheiden. Zwei dieser Merkmale werden im Rahmen dieser Arbeit behandelt. Zum einen sorgt die Nässe für einen erhöhten Glanz, hervorgerufen durch eine verstärkte Spiegelreflexion an der dünnen Wasserschicht, die das Objekt benetzt. Zum anderen erscheinen viele Materialien im nassen Zustand dunkler als im trockenen, da durch das Wasser das einfallende Licht vermehrt absorbiert wird. Die physikalischen Grundlagen dieser beiden Merkmale werden erläutert. Dazu werden verschiedene optische Modelle, die die physikalischen Vorgänge bei der Lichtreflexion an nassen Oberflächen beschreiben, untersucht. Der zu entwickelnde Shader wird zunächst konzipiert und anschließend in Form eines Prototyps implementiert. Der Prototyp soll eine Reihe von Anforderungen erfüllen, darunter die Einhaltung der Echtzeitfähigkeit sowie die Möglichkeit, den Shader auf möglichst viele verschiedene Materialien anwenden zu können. Zudem sollen die Berechnungen des Shaders auf den zuvor erörterten physikalischen Grundlagen basieren. In einer Bewertung wird überprüft, inwiefern der Prototyp die Anforderungen erfüllt.
This Bachelors Thesis was accepted into 5th Annual Faculty Submitted Sutend Work Exhibit at SIGGRAPH 2016. The submitted video can be seen here.