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Computergrafik 20. November 2017

Die dunkle Seite der Informatik

Eine Welt ohne ist nicht vorstellbar: Schatten. Selbst in der Computergrafik sind sie unabdingbar, um authentische Bilder auf einem Bildschirm zu erzeugen. Schatten zu berechnen, ist besonders bei virtuellen 3D-Szenen aufwendig und zeitraubend. Um diese Berechnungen zu präzisieren, hat Stefan Seibert, Student im Masterstudiengang Computer Science and Media zwei neue Algorithmen entwickelt. Das wissenschaftliche Paper dazu stellt er gemeinsam mit seinem Betreuer, Professor Stefan Radicke, bei der Konferenz SIGGRAPH Asia vom 27. bis 30. November 2017 vor.

Neue Algorithmen ermöglichen eine präzisere Berechnung von Schatten in der Computergrafik.
Neue Algorithmen ermöglichen eine präzisere Berechnung von Schatten in der Computergrafik.

In der Computergrafik werden Schatten traditionell im 3D Raum berechnet, was sehr rechenaufwendig ist. Mithilfe moderner Grafikkarten ist es möglich geworden, die Schatten basierend auf Tiefeninformationen im ansonsten schon fertig berechneten 2D-Bild zu erzeugen. Dieses Verfahren nennt sich "Screen Space Shadows". Der Schatten wird erzeugt, indem eine Linie zwischen einem bestimmten Pixel und dem Pixel der Lichtquelle berechnet und anschließend pro Pixel geprüft wird, ob der Lichteinfall anhand bestimmter Kriterien blockiert wird. Der Pixel wird dann entsprechend abgedunkelt.

Pixel mehrfach abtasten

"Unsere Arbeit fokussierte sich unter anderem darauf, wie diese Abfrage der Pixelwerte präziser erfolgen kann. Da zum Berechnungszeitpunkt nicht mehr alle Informationen der 3D-Szene verfügbar sind, ist der Algorithmus nicht immer deterministisch und wir haben versucht die Fehlerrate zu minimieren, damit das Ergebnis am Ende visuell ansprechender ist", erklärt Seibert. Während bisherige Ansätze die einzelnen Pixel nur einmal prüfen, erlaubt der Algorithmus von Seibert, dass jeder Pixel mehrfach abgetastet wird, um so die Fehlerrate bei der Berechnung zu minimieren und ein besseres Schatten-Ergebnis zu erzielen. Zusätzlich hat er ein weiteres Verfahren entwickelt, das höhere Auflösungen des Tiefenpuffers und somit eine bessere Darstellungsqualität ermöglicht. "Dass es ein Student schafft, eine wissenschaftlich relevante Forschungsarbeit zum Thema Echtzeit-Rendering auf einem so hohen Niveau durchzuführen, ist ziemlich selten und sehr beeindruckend", sagt Prof. Stefan Radicke.

Stefan Seibert entwickelte die Algorithmen im Rahmen eines sogenannten Innovationsprojekts im Wintersemester 2016/2017. Aufgrund der hervorragenden Ergebnisse,reichten er und Radicke ein wissenschaftliches Paper bei der SIGGRAPH Asia ein. "Erfreulicherweise wurden wir dann ja auch akzeptiert", sagt Seibert, der aktuell seine Masterarbeit über Deep Learning und Echtzeit Rendering bei der Firma Autodesk in Kanada schreibt.

Die Konferenz

Zur SIGGRAPH werden über 7.000 Besucher erwartet. In der thailändischen Hauptstadt treffen sich Technikexperten und Artists der CG-Branche. Aufgeteilt in Konferenz und Ausstellung, behandelt die SIGGRAPH die Themen Forschung, Science, Art, Animation, Gaming, Interactivity, Education und neue Technologien. Der Standort der kleineren, asiatischen Ausgabe der SIGGRAPH variiert jährlich.

Marleen Kledig

Kontakt

Name:
Prof. Dr. Stefan Radicke  Elektronische Visitenkarte
Funktion:
Professor
Studiengang:
Medieninformatik (Bachelor, 7 Semester)
Fakultät:
Fakultät Druck und Medien
Raum:
149, Nobelstraße 10 (Hauptgebäude)
Telefon:
0711 8923-2722
E-Mail:
radicke@hdm-stuttgart.de

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