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Computer Graphics

Minor thesis of Florian Klopfleisch

Animierte Schneeakkumulation mit dem Diffusionsmodell

Lehrstuhl für Computergraphik und Visualisierung


Student: Florian Klopfleisch
Betreuer: Dr. rer. nat. Dipl.-Phys. Niels von Festenberg
Verantwortlicher Hochschullehrer: Prof. Dr. rer. nat. Stefan Gumhold

Motivation

Wetterphänomene sind ein wichtiges Thema für die Visualisierung. Die Szene kann noch so detailreich gestaltet sein, fehlt jedoch die Dynamik darin, dann verliert sie an Glaubhaftigkeit. Sie wirkt steril. Erst der Wind, der die Äste der Bäume verbiegt, oder die Regentropfen, die sich zu Pfützen sammeln, machen die virtuelle Welt lebendig. Ein Aspekt des Wetters der im Winter zu beobachten ist, ist der Schnee. Eine Möglichkeit Schnee auf die Modelle zu bringen ist, diesen einfach statisch mit einem entsprechenden Modellierungswerkzeug einzuarbeiten. Das bringt jedoch Nachteile mit sich, zum einen wird das Modell mit dem jahreszeitlich bedingten Witterungen starr verknüpft. Zum anderen ist die Schneedecke nur umständlich änderbar. Wenn eine Schneeakkumulation, sprich die prozedurale Anhebung der Schneedecke, durchgeführt werden wollte, dann würde dies viel Aufwand bedeuten und am Ende eventuell nicht natürlich aussehen.

Beschreibung

Dieser Große Beleg befasst sich mit der Generierung von virtuellem Schnee. Das Ziel war es, sich die Vorarbeit von Niels von Festenberg zu Nutze zu machen. Seine Doktorarbeit handelt von einem Diffusionsmodell. Dieses Modell dreht sich um eine Diffusionsgleichung. Die Aufgabe bestand darin, diese Gleichung mit numerischer Integration zu lösen. Dies ermöglicht auf natürlichere Weise die Animierung der Schneedecke. Das Produkt des Verfahrens sind Höhenwerte über den Szeneoberflächen. Diese Höhenfelder werden anschließend graphisch dargestellt. Im Laufe der numerischen Integration ändert sich mit jedem Integrationsschritt die Schneeoberfläche der Szene, dies führt dann automatisch zur Visualisierung der Schneeakkumulation(Schneeansammlung).

Ergebnisse

Das Verfahren ist dazu fähig die Ansammlung von Schnee glaubwürdig zu simulieren. Die Berechnungen können nicht ad hoc durchgehführt werden, d.h. die Integration muss im Vorfeld gemacht werden. Es wurde eine Technik vorgestellt, die es ermöglicht die Berechnungen auf die GPU zu verlagern.

Ausblick

Ausgehend von den aktuellen Ergebnissen sind folgende Erweiterungen denkbar:

  • verbessertes Einlesen der Szene durch mehrmalige Anwendung von Depthpeeling
  • Algorithmus auf der GPU
  • Darstellung der Schneedecke verbessern(Bumpmapping für Unebenheiten, effizientere Visualisierungsmethode, ...)
  • Einfluss von Wind

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Last modified: 8th Feb 2011, 10.58 AM
Author: Dipl.-Phys. Niels v. Festenberg