Einführung
Die Computergrafik hat praxisnahe Modelle zum Beschreiben der Interaktion von Szenen mit Beleuchtung hervorgebracht. Erscheinungsbildsynthese befasst sich damit, mit algorithmischen, automatisierten Verfahren Gegenstände herzustellen, deren Aussehen möglichst nahe an den spezifizierten Modellen liegt.
Passive Reflektanzfelddisplays
Eine Methode auf diesem Gebiet sind passive Reflektanzfelddisplays – optische Aufbauten, die eine Kodierung eines Reflektanzfeldes enthalten, so dass Umgebungsbeleuchtung, die auf den Gegenstand fällt, dort ein Bild hervorruft, als sei eine andere Szene in diesem Licht gerendert worden [Fuchs et al., SIGGRAPH 2008]. Einfache Varianten dieser Technik bestehen aus preiswerten Komponenten (siehe Abb. 1) und können sogar mit handelsüblichen Büromaterialien und -werkzeugen zusammen gesetzt werden. Aufwändigere Aufbauten bestehen aus hunderten von optischen Linsen in präziser Anordnung. Beiden Typen ist gemeinsam, dass das Aussehen verändert werden kann, indem ein gedrucktes, mit Software berechnetes und auf Folie gedrucktes Muster im Inneren des Displays ausgetauscht wird, ohne dass sich das optische Design ansonsten ändert – damit wird das Erscheinungsbild eines realen Gegenstandes programmierbar.
Abb. 1: Unter rückseitiger Beleuchtung erscheint auf einem Reflektanzfeld-Display ein Bild einer Szene, simuliert für die realen Beleuchtungsbedingungen. Zu verschiedenen Tageszeiten wandern Schatten und Glanzlichter im Bild mit der sich ändernden Einfallsrichtung des Sonnenlichts.
Abb. 2: Das Reflektanzfeld-Display, hier in seine Bestandteile zerlegt, kommt ohne elektronische Komponenten aus.
BSSRDF - Synthese
Reflektanzfelddisplays entkoppeln das Aussehen eines Gegenstands von seiner tatsächlichen Geometrie, während dadurch selbstrendernde Bilder möglich sind, ist diese Trennung nicht immer erwünscht. Die Methode von Hašan et al. [SIGGRAPH 2010] bietet daher eine Lösung an, durch Aufeinanderschichtung verschiedenen Plastiks in einem 3D-Druck-Verfahren das Aussehen anderer Materialien anzunähern. Das Augenmerk dieser Technik sind dabei Materialien wie Mamor, die Licht unter der Oberfläche transportieren.
Abb. 3: Mit dem BSSRDF-Syntheseverfahren von Hašan et al. hergestellte 3D-Drucke: Schichtungen verschiedener Plastik-Werkstoffe bilden komplexe Materialien mit Lichttransport unter der Oberfläche nach.