DIzzi

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Author:
Anonymous
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170247
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DIzzi
Updated:
2012-09-11 14:27:28
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mostafavy
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  1. Die drei Teile der Phong Beleuchtung erklären (ambient, diffus, spekular) mit Skizzen  
      
    • ambient:
    • - Keine Abhängigkeit von Geometrie & Lichtquelle 
    • diffus:
    • - Erste Abhängigkeit von der Lichtquelle- Beziehung zwischen Einfallswinkel des Lichtes und Normale- Reflektiertes Licht streut gleich in alle Richtungen (betrachterunabhängig) 
    • spekular:- Unvollkommene Spiegelung- R Reflektionsvektor des Lichtes- V Vektor zum Augpunkt- n = "Rauheit" des Materials- Je kleiner der Winkel desto größer ist die gespiegelte Lichtreflexion 
  2. Phong-Illumination erklären (Formel usw.):    
    • Lokales Beleuchtungsmodell, das nur die Wechselwirkung zwischen Lichtquellen / Objektberücksichtigt.
    • Die Reflexion von Licht wird als Kombination aus ambienter, ideal diffuser und ideal spiegelnder Reflexion beschrieben. 
  3. Phong-Shading mit Skizze und Formeln erklären:    
    • - Vertexnormalen (Eckpunktnormalen) aus den Flächennormalen ermitteln
    • - Projektion der Szene (des Polygons) auf die Sichtebene- Interpolation der Vertexnormalen entlang der Kante
    • - Interpolation der ermittelten Normalen auf der Scanline
    • - Illuminationsberechnung an jeder interpolierten Normalen 
  4. Unterschied Phong Shading und Phong Illumination erklären:    
    • Phong-Shading ist ein Verfahren um Polygonflächen mit Farbschattierungen zu versehen.
    • Phong-Illumination ist ein lokales Beleuchtungsmodell das dazu verwendet wird die Beleuchtung von Objekten zu berechnen. 
  5. Gouraud-Shading mit Skizze und Formeln erklären:    
    • - Vertexnormale aus den Flächennormalen ermitteln- Berechnung der Farbintensität an jedem Vertex (3 Werte anstatt einem Wert)
    • - Projektion der Szene (des Polygons) auf die Sichtebene- Im Scanlinevorgang:
    • - Verdeckte Polygone verwerfen
    • - Polygonkanten zeichnen
    • - Füllalgorithmen
    • - Lineare Interpolation zwischen den jeweiligen Farbwerten 

  6. Welche Vorteile/Nachteile hat Phong-Shading im Bezug auf Gouraud-Shading?  
    • Vorteile von Phong:
    • - Ergebnisse sind qualitativ besser
    • - Facettierte Oberflächen des dargestellten Objekts erscheinen sehr weich.
    • - Bessere Darstellung von Glanzlichtern.
    • - kein Machbandeffekt (Auge verstärkt Kontrastverhältnisse zur besseren Kantenerkennung)
    • - Glanzpunkt bleibt auch bei Rotation um y-Achse sichtbar.

    • Nachteile von Phong:
    • - Die Mathematischen Berechnungen sind aufwändiger und zeitintensiver 
  7. Blinn-Illumination erklären mit allen Vektoren und Skizze







        
    • --> Skript Illumination, Seite 41
    • - Lokales Beleuchtungsmodell das nur die Wechselwirkung zwischen Lichtquellen / Objektberücksichtigt
    • - Variante der Phong-Beleuchtung 

    • V = View-Vektor
    • H = Halbvektor zwischen Lichtvektor und dem View-Vektor
    • N = Normalenvektor
    • L = Lichtvektor
    • n = "Rauheit" des Materials
    • alpha = Winkel zwischen Lichtvektor und Normalenvektor
    • beta = Winkel zwischen Normalenvektor und Halbvektor 
  8. Vorteile von Blinn-Illumination gegenüber Phong-Illumination beim Rendern  

      
    Durch die Vermeidung der Berechnung des Reflexionsvektors und stattdessen Nutzung der Halbvektoren werden die notwendigen Berechnungen beim Rendern beschleunigt ohne das Ergebnis auf merkbare Weise zu beeinflussen. --> Blinn ist effizienter! 
  9. Beschreiben sie die Darstellung mit Flat Shading


        
    • Mit dieser Methode erhält jedes Pixel eines Polygons anhand der Flächennormale die gleiche Farbe beziehungsweise den gleichen Lichtwert.
    • D.h. kein Farb- oder Helligkeits-verlauf auf einzelnen Polygonen.

    Folge: abgestufte, eckige und unrealistischeErscheinung der Objekte besonders bei gekrümmten Oberflächen --> Machbandeffekt. 
  10. Was bedeutet Lokale Illumination und was Globale Illumination?    
    • Lokale Illumination:
    • Berücksichtigt nur die Wechselwirkung zwischen Lichtquellen / Objekt
    • z.B. Lambert, Phong, BlinnGlobale

    • Illumination:
    • Berücksichtigt die Wechselwirkung zwischen Lichtquellen / Objekt & anderen Objekten
    • z.B. Raytracing, Radiosity 
  11. 3 Vereinfachung des Lokalen Beleuchtungssystems von der Rendering Equation    
    • - Licht wird nur einmal reflektiert
    • - Einschränkungen der Lichtquellenkeine
    • - Anisotropische Reflexion 
  12. Wäre der Punkt A heller oder dunkler gewesen wenn man Phongshading benutzt hätte?
    Begründung 
    • Heller, weil Phong-Shading qualitativ bessere Ergebnisse liefert!
    • Auch bessere Darstellungvon Reflexionen/Glanzlichtern.

    Normale im Ursprung (0/1) durch Interpolation der beidenanderen Normalen.

    • Außerdem entspricht Viewvektor dem Reflexionsvektor
    • --> d.h.heller!?! 
  13. Vergleich Raytracing vs. Hardware Renderpipeline.
    Was ist bei Raytracing implizit, das in der Renderpipeline explizit berechnet werden muss?

    Welche zwei Erweiterungen sind beim Raytracing somit relativ einfach möglich? 
    • Implizit:
    • - Perspektivische Projektion
    • - Clipping

    • Erweiterungen:
    • - Verdeckung
    • - Globale Beleuchtung 
  14. Es wird immer häufiger "verteiltes Raytracing" eingesetzt, mit mehreren Primär- und Sekundärstrahlen.

    Skizzieren sie beispielhaft fünf davon und erklären sie, wie diese wegenden Strahlen zustande kommen. 
  15. Ablaufplan Radiosity Progressive Refinement (Shooting Verfahren)    
    • - Ist ein Relaxationsverfahren ("Verschießen" von einem Patch zu allen anderen)
    • - Für jeden Patch 2 Radiositywerte abspeichern
    • - Absolute Radiosity B
    • - Unversendete Radiosity ΔB
    • - Beide Werte mit Eigenemission initialisieren 
    • - Suche das Patch mit der größten unversendeten Radiosity ΔB
    • - Berechne n Formfaktoren Geometrieterm vom Sender zu allen anderen sichtbaren Patches
    • - Radiosityaustausch: 
    • - Unversendete Radiosity des aktuellen Senders auf 0 setzen (ausschalten)
    • - Erneute Suche nach dem Patch mit der größten unversendeten Radiosity
    • - usw. 








  16. Kriterium für Patchauswahl für Shooting?    
    Patch mit der größten unversendeten Radiosity ΔB suchen. Diesen an alle (sichtbaren)Patches verschiessen. 
  17. Welche zwei Abbruchbedingungen gibt es?    
    • - Objektive Werte wie Fehlermetriken
    • - Subjektiver Eindruck 
  18. Formel für Strahlungsaustausch    
  19. Beschreiben sie den Formfaktor und erklären sie alle Variablen der Formel    
    •   Formfaktor:
    • (Energie, die Sender sendet und Empfänger erreicht)/ (Energie die Sender in alle Richtungen (Hemisphäre) versendet)
    •   Ist nur von der Geometrie abhängig
    •   Liegt im Wertebereich (0,...1)
    •   FSS = 0, für alle plane oder konvexe Flächen
    •   Summe aller Formfaktoren in einer geschlossenen Umgebung = 1;
    • Keine Strahlung gehtverloren (--> Strahlungserhaltungssatz) 

  20. Photonen werden im kd Tree gespeichert. Wieso und wieso ist das gut?    
    • - Kompakte Speicherung der Photonen
    • - Effiziente und schnelle Suche möglich
    • - Nachbarphotonen können einfach lokalisiert werden (durch Traversieren des kd-Baumes) 
  21. Photonen werden mit bestimmten Daten gespeichert. Wie werden diese später benötigt wird?    
    Ort, Energie und ankommende Richtung. Werden für Rechnug später benötigt!    
  22. Wo wird Russisches Roulette eingesetzt? Bitte auch ein Zahlenbeispiel angeben.    
    • -> S.14 (PhotonMapping)
    • Russisches Roulette wird beim Photon Tracing eingesetzt. (Und beim Path Tracing!)
    • Beispiel:
    •   Aussendung von 1000 Photonen durch die Szene
    •   Auftreffen auf ein Objekt das 50% des Lichtes reflektiert
    •  Möglichkeiten:- Reflexion von 1000 Photonen mit 50% der Energie- Reflexion von 500 Photonen mit voller Energie 
  23. Erklären sie Photon Mapping (Motivation & Erweiterungen)    
    • - Idee:
    • Die Information der Illumination von der Geometrie trennen!
    • - Die Illumination wird in eine andere Datenstruktur gespeichert und später verwendet.
    • Photon Tracing
    • - Sende Photonen von der Lichtquelle
    • - An diffusen Oberflächen werden „Treffer“ gespeichert
    • - Falls der Photon nicht absorbiert wird, den Pfad weiter verfolgen
    • - Alle diese Beiträge werden in einer Datenstruktur abgelegt (Photon map)Ray Tracing
    • - Die Szene durch eine Raytracer rendern
    • - Indirekte Beleuchtung
    • - DIFFUS:
    • Informationen aus dem Photon Map verwenden
    • - Highlights, Reflektionen und Refraktionen berechnen 
  24. Wo kommt Radiance Estimate zum Einsatz und warum?    
    • Beim Photon Tracing:
    • Radiance Estimate schätzt durch Auswertung der Photon Map dieBeleuchtungsstärke eines Flächenelements anhand der Dichte der Photonen innerhalb des Elementes ab.
    • Durch Gewichtung der Beleuchtungsstärke mit der BRDF des Oberflächenmaterials ergibt sich die gesuchte Leuchtdichte. 
  25. Zeichnen und beschreiben Sie eine typische rekursive Rayctracing Szene, wobei sie alleStrahlen beschreiben sollten. Für die Rekursion in der Zeichnung reicht eine Tiefe von 2. 
    • Raytracing lässt sich nicht nur auf einfache lichtundurchlässige, sondern auch aufdurchsichtige und spiegelnde, reflektierende Objekte anwenden.
    • Dabei werden weitereLichtstrahlen von den Schnittpunkten ausgesendet, sog. Sekundärstrahlen.

    Spiegelung = Reflexionsstrahl

    Brechung = Refraktionsstrahl

    • Da die Sekundärstrahlen auf weitere Objekte fallen können, wird der Algorithmus rekursivaufgerufen, um mehrfache Spiegelungen und Lichtbrechungen zu ermöglichen. 

  26. Path Tracing erklären.    
  27. Beschreiben sie Radiosity allgemein. Stellen Sie den Ablauf zusätzlich mit einemFlussdiagramm dar. 
    • Das Radiosity-Verfahren
    • basiert auf der Annahme, dass alle Oberflächen ideal diffuse Reflektoren bzw. alle Lichtquellen ideal diffuse Strahler sind.
    • Ideal diffus bedeutet dabei, dass das Licht in alle Richtungen gleichmäßig reflektiert bzw. abgestrahlt wird 

  28. Geben sie die Vor- und Nachteile von Radiosity im Vergleich zu Path- / Raytracing an.    
    • Vorteile:
    • - Echtzeitfähig
    • - Blickpunktunabhängig
    • - diffuse Beleuchtung / Aufhellung
    • - Effekte: Weiche Schatten, Color Bleeding

    • Nachteile:
    • - bei komplexen Szenen hoher Speicher- und Zeitbedarf
    • - Globale Beleuchtung schwer realisierbar
    • - keine spiegelnden und transparenten Objekte
    • - Meshing erforderlich 
  29. Tabelle mit E, I, B usw. ergänzen mit Erklärung und Einheit.    
  30. Es war Pseudo-Code eines Raytracers gegeben, den man ergänzen sollte.

    R ist der übergebene incidentRay, I ist die Intersection-Info. 
  31. Man sollte die Funktion "calcReflRay()" schreiben, die den Reflektionsstrahl berechnet.    


    • (die Funktion dotproduct war auch gegeben)
    • Tatsächlich ist im Kontext der Funktion R = L
    • Denn mit R ist hier nicht der Reflektionsvektor gemeint, sondern der übergebene incidentRay. 
  32. Eine Kugel wird transformiert und verschoben, in Weltkoordinaten ist die Strahlgleichungangegeben mit Po+t(Pd) (Angaben mit Zahlen).
    Beschreiben Sie ihr Vorgehen bei derSchnittberechnung (keine tatsächliche Rechnung)

    Eindeutige Fragen zur Kugelschnittpunktberechnung. Gegeben ist eine Kugel die transformiert(translatiert und skaliert) wird und ein Strahl:
    - Kugel muss wohl in den Ursprung verschoben werden???
    - In welches Koordinaten-System muss der Strahl verschoben werden?
    - Wie sieht die Transformatiosmatrix aus?
    - Wie sieht die (Rück-)Transformationsmatrix aus?
    - In welches Koordinaten-System muss der Strahl wieder verschoben werden?
    - Welche Schnittpunkte kann eine Kugel haben mit Skizze. 
  33. - Wenn ein t negativ und ein t positiv ist, wo liegt dann der Strahlursprung?
    In der Kugel drin. 
  34. Beschreiben sie den Two Pass Algorithmus von Photon Mapping und stellen Sie den Ablaufzusätzlich mit einem Flussdiagramm dar. 
    Two Pass Algorithmus:

    • 1. Photon Tracing
    • - Photonen vom Licht aus in die Szene senden
    • - Beim Auftreffen auf Oberflächen zufällig entscheiden wie es weitergeht (Diffus / Reflekt /
    • Refrakt / Absorp)
    • - An DIFFUSEN Oberflächen (Ort, Energie, ankommende Richtung) des Photons speichern
    • Abspeicherung in ein sog. „Global Photonmap“, die den Lichtstrom in der Szene darstellt
    • - Diese wird später nicht direkt visualisiert, sondern fließt in die Rechnung ein
    • - Gesondert wird eine „Causticmap“ gespeichert, die nur kaustische Effekte beinhaltet.
    • - Diese wird direkt zur Visualisierung eingesetzt. (braucht viel mehr Photonen)
    • 2. Ray Tracing
    • - Strahlen durch Pixel schicken und beim Schnittpunkt direkte Illumination berechnen
    • - Bei „Area Light“ Monte Carlo einsetzen (stratified sampling)
    • - „Photonmap“ für die indirekte diffuse Beleuchtung des Punktes dazu rechnen
    • - Da nicht überall Photonen sind, wo die Strahlen auftreffen, eine Interpolation der
    • Nachbarphotonen durchführen
    • - Monte Carlo für spekulare Reflexionen (Importance Sampling)
    • - „Caustic Map“ dazurechnen 


  35. Wo kommt russisches Roulett beim Path Tracing vor und wie funktioniert das?    
    • Russischen Roulette:
    • Beim Erzeugen der Sekundärstrahlen. Es wird zufällig (nach Materialeigenschaften) der
    • diffuse/spekulare/transparente Strahl verfolgt.

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