Diplomarbeit

Die Praxis

Im Rahmen meiner Diplomarbeit entstand eine umfangreiche interaktive Beleuchtungssimulation anhand des zentralen Wohnraumes des "Haus Am Horn". Als Mentor eine große Hilfe war mir dabei nicht zuletzt Prof. Rudolf der Bauhaus-Universität Weimar, der damals auch Geschäftsführer des Freundeskreises der Bauhaus-Universität war.

Dieses Gebäude ist das einzige jemals vom Bauhaus komplett gestaltete Haus, angefangen bei der Architektur bis hin zu jedem einzelnen Einrichtungsgegenstand. Das "Haus Am Horn" befindet sich in Weimar und gehört zum Weltkulturerbe der UNESCO.

• Freundeskreis der Bauhaus-Universität Weimar e. V., Haus Am Horn
• Bauhaus-Universität Weimar, das Haus Am Horn
• Wikipedia, Musterhaus Am Horn

Die dazugehörige interaktive Beleuchtungssimulation basiert auf dem Macromedia Director 5.0, ist auf CD-ROM vorhanden und umfasst ca. 16.000(!) gerenderte Einzelbilder für das Aufrufen jeder erdenklichen Beleuchtungssituation in diesem Raum.

Weiterhin ist die Simulation von Radiosity-Effekten mit Raytracing in dieser Anwendung möglich.

 

Inhaltsverzeichnis der Diplomarbeit mit dem Titel "Computeranimation. Gestaltungsanforderungen, Algorithmenleistungsfähigkeit und Wahrnehmungsvermögen des Menschen"
(Registrierungsnummer: 682-96D-03, 14.05.1996 - 13.11.1996)
(Zu erwerben bei GRIN, Archivnummer V119714, ISBN 978-3-640-23640-4 (e-Book) oder ISBN 978-3-640-23843-9 (Buch))

1. Inhalt iii
2. Algorithmenleistungsfähigkeit 1
   1. Grundlagen 1
      1. Die Abbildung der dreidimensionalen Welt auf die zwei Dimensionen des Bildes auf Bildschirm und Printmedium 1
      2. Material-Attribute 7
      3. Betrachtungen zur Optik und Physik 11
      4. Colorimetrie 23
   2. Beleuchtung und Schattierung 28
   1. Beleuchtungsmodelle 28
   2. Schattenberechnung 33
   3. Einteilung der Schattierungsverfahren 36
   4. Schattierungsverfahren 40
   3. Bilddarstellung 54
   1. Bilddatenwandlung und -anpassung 54
   2. Farbkorrektur der Darstellung am Monitor 55
3. Wahrnehmungsvermögen des Menschen 58
   1. Physiologie des Sehsystemes 58
      1. Aufbau des Auges 58
      2. Auge und Gehirn 62
      3. Helligkeitsempfindung 64
      4. Kontrastempfindung 68
      5. Farbempfindung 71
      6. Räumliches Sehen 73
   2. Psychologie der Wahrnehmung 75
      1. Vorbetrachtungen 75
      2. Realität und Wirklichkeit 76
      3. Bildbetrachtung: Analyse und Synthese 77
      4. Detektion und Invarianzleistungen 78
4. Gestaltungsgrundsätze 88
   1. Grundlagen 88
      1. Abbildungsfaktoren 88
      2. Gestaltgesetze 93
   2. Gestaltung mit Licht 98
      1. Licht zu Sehen, Hinsehen, Ansehen 99
      2. Modellierung mit Licht, Objektwiedergabe 101
      3. Lichtrichtungen 105
      4. Lichtfunktionen 108
      5. Lichtstile 110
      6. Lichtstimmungen, Bildathmosphäre 112
      7. Aufmerksamkeitssteuerung 118
      8. Assoziationen 121
      9. Realisierte Lichtgestaltung in der Szene "Haus Am Horn" 128
5. Schlussfolgerungen für den Gestaltungsprozeß in der Virtualität 134
   1. Wahrnehmung und Gestaltung in Realität und Virtualität 134
      1. Die natürliche Wirklichkeit bzw. die natürliche Realität 134
      2. Das virtuelle Bild 134
      3. Reduktion und Abstraktion 136
      4. Realismus und dessen Grenzen 138
      5. Visualisierung versus Nachbildung 139
      6. Gestaltung und Kreativität 142
   2. Praktische Gestaltung in der 3D-Animation 144
      1. Storyboard 144
      2. Modellierung 144
      3. Berechnungsverfahren, Realitätslevel 145
      4. Schatten und Reflexionen 146
      5. Materialwahl, Mapping 146
      6. Ambience 149
      7. Lichtmenge 149
      8. Lichtfarbe 150
      9. Farbigkeit 150
      10. Hintergrund 151
      11. Bump Maps 151
      12. Strukturen 152
      13. Radiosity-Simulation bei Raytracing am Beispiel 152
6. Zusammenfassung 154
   1. Ausblick 154
7. Literatur 156
8. Glossar 159
9. Verzeichnis der verwendeten Symbole und Abkürzungen 164

 

Die Theorie

Der theoretische Teil meiner Diplomarbeit befasst sich mit der Wahrnehmungsphysiologie und Wahrnehmungspsychologie des Menschen in der 3D-Animation.

Was wirkt für den Menschen plausibel realistisch abgebildet und was nicht? Dabei werden Themen wie Lichttechnik, Beleuchtungstechnik, Anatomie des Menschen, Psychologie, aber auch Mathematik, Physik sowie natürlich die Computertechnik behandelt.

In der Gallerie ein paar Beispiele hierfür:

 

Bilder 3-5: Ein Beleuchtungsexperiment: Gestaffelte Holzpaneele sind von einer Seite (sichtbar) weiß lackiert, auf der anderen (nicht sichtbar) mit verschiedenen Farben. Das Objekt steht vor einem hellen Fenster und wird dadurch von hinten beleuchtet.

 

Die Theorie II

Ein Suchbild!

Im unteren Bild wurden zwei Objekte als 3D-Modelle eingefügt, das ursprüngliche Bild ist lediglich ein Hintergrund der 3D-Szene.

O.K., den Apfel unten rechts erkennt man leicht als künstlich.
Beim Glas sieht es da schon anders aus, oder?!

Und jeder, der sich schonmal mit 3D-Modelling, Texturing und Rendering beschäftigt hat, wird sehen, dass dieses Glas ganz gut geworden ist. Man beachte die Brechungseffekte (Brechungsindex 1.05) und die Durchsichtigkeit, die bei 96% liegt. Alles genau wie bei realem Glas. Nur die Lichtattribute des Glases (hier Diffus 100%, Specular 200%, High-Gloss, eigentlich Diffus 0%, Specular 100%) und die Reflexion (hier 4%, eigentlich 100%) weichen von den natürlichen Parametern ab. Aber dadurch wird wieder wie immer bei der 3D-Animation klar:

Es muss einfach nur gut bzw. plausibel wirken und gut aussehen! Alles andere ist wurscht! - "All it takes is for the rendered image to look right." - sagt dazu James Blinn, einer DER 3D-Päpste, schon 1985.

Der Gesamtaufwand für die Erstellung dieses Bildes betrug ca. 20 Stunden. Die Produktion entstand im November 1996 im Rahmen meiner Diplomarbeit mit Newtek Lightwave 4.0.