In dieser Arbeit wurde der Versuch unternommen, die drei Themenkreise Algorithmenleistungsfähigkeit der Berechnungsverfahren in der 3D-Animation, Wahrnehmungsvermögen des Menschen und Gestaltungsgrundsätze bei der Erstellung virtueller Bilder zu vereinen.
Dazu wurden grundlegende Prinzipien der angewandten Algorithmen erklärt und eine Systematisierung derzeit gebräuchlicher Berechnungsverfahren vorgenommen (Kapitel 2).
Anschließend (Kapitel 3) sind die Vorgänge bei der Empfindung und Wahrnehmung der Wirklichkeit durch den Menschen untersucht worden, Physiologie und Psychologie fanden dabei gleichermaßen Beachtung. Schon hier zeigten sich grundlegende Gesetzmäßigkeiten bei der Wahrnehmung, die bei der Gestaltung Anwendung finden und dort (Kapitel 4) noch tiefgründiger untersucht wurden.
Bei den Ausführungen über Gestaltungsgrundsätze im allgemeinen wird wieder der starke Bezug der genannten Gesetze auf die Wahrnehmung bzw. die Psyche des Menschen deutlich. In den Beispielen, die mit 3D-Animationssystemen erstellt wurden, wird auch der Zusammenhang zwischen der Algorithmenleistungsfähigkeit, den dort geltenden Gesetzen der Wahrnehmung und damit der Gestaltung hergestellt.
Im letzten Teil der Arbeit wird nun der Versuch unternommen, die speziell in der Virtualität der Software zu beachtende Philosophie bei Wahrnehmung und Gestaltung zu erläutern und damit auf die dortigen Verhältnisse anhand der erstellten Beispiele zu dieser Arbeit zugeschnittene Empfehlungen zu geben.
Bei dem Versuch, Technik und Kunst zu verbinden, zu vereinen und vor allem, die bestehenden „Unvereinbarkeiten“ zu beseitigen, kommt man nicht umhin, Gefühle, Unschärfen und das „bloße Gefallen“ miteinzubeziehen. Denn bei der Anwendung der Technik und Wissenschaft beim Gestalten geht es doch darum, die Sinne des Menschen anzusprechen, ihn zu manipulieren in seinen Gefühlen, seiner Wahrnehmung und einfach zu gefallen.
Inhalt
2 Algorithmenleistungsfähigkeit
2.1 Grundlagen
2.1.1 Die Abbildung der dreidimensionalen Welt auf die zwei Dimensionen des Bildes auf Bildschirm und Printmedium
2.1.2 Material-Attribute
2.1.3 Betrachtungen zur Optik und Physik
2.1.4 Colorimetrie
2.2 Beleuchtung und Schattierung
2.2.1 Beleuchtungsmodelle
2.2.2 Schattenberechnung
2.2.3 Einteilung der Schattierungsverfahren
2.2.4 Schattierungsverfahren
2.3 Bilddarstellung
2.3.1 Bilddatenwandlung und -anpassung
2.3.2 Farbkorrektur der Darstellung am Monitor
3 Wahrnehmungsvermögen des Menschen
3.1 Physiologie des Sehsystemes
3.1.1 Aufbau des Auges
3.1.2 Auge und Gehirn
3.1.3 Helligkeitsempfindung
3.1.4 Kontrastempfindung
3.1.5 Farbempfindung
3.1.6 Räumliches Sehen
3.2 Psychologie der Wahrnehmung
3.2.1 Vorbetrachtungen
3.2.2 Realität und Wirklichkeit
3.2.3 Bildbetrachtung: Analyse und Synthese
3.2.4 Detektion und Invarianzleistungen
4 Gestaltungsgrundsätze
4.1 Grundlagen
4.1.1 Abbildungsfaktoren
4.1.2 Gestaltgesetze
4.2 Gestaltung mit Licht
4.2.1 Licht zu Sehen, Hinsehen, Ansehen
4.2.2 Modellierung mit Licht, Objektwiedergabe
4.2.3 Lichtrichtungen
4.2.4 Lichtfunktionen
4.2.5 Lichtstile
4.2.6 Lichtstimmungen, Bildathmosphäre
4.2.7 Aufmerksamkeitssteuerung
4.2.8 Assoziationen
4.2.9 Realisierte Lichtgestaltung in der Szene „Haus Am Horn“
5 Schlußfolgerungen für den Gestaltungsprozeß in der Virtualität
5.1 Wahrnehmung und Gestaltung in Realität und Virtualität
5.1.1 Die natürliche Wirklichkeit bzw. die natürliche Realität
5.1.2 Das virtuelle Bild
5.1.3 Reduktion und Abstraktion
5.1.4 Realismus und dessen Grenzen
5.1.5 Visualisierung versus Nachbildung
5.1.6 Gestaltung und Kreativität
5.2 Praktische Gestaltung in der 3D-Animation
5.2.1 Storyboard
5.2.2 Modellierung
5.2.3 Berechnungsverfahren, Realitätslevel
5.2.4 Schatten und Reflexionen
5.2.5 Materialwahl, Mapping
5.2.6 Ambience
5.2.7 Lichtmenge
5.2.8 Lichtfarbe
5.2.9 Farbigkeit
5.2.10 Hintergrund
5.2.11 Bump Maps
5.2.12 Strukturen
5.2.13 Radiosity-Simulation bei Raytracing am Beispiel
6 Zusammenfassung
6.1 Ausblick
Zielsetzung und Themen
Die Arbeit untersucht die Wechselwirkungen zwischen technischen Möglichkeiten der Computeranimation, den physiologischen und psychologischen Wahrnehmungsfähigkeiten des Menschen sowie gestalterischen Prinzipien. Ziel ist es, diese drei Bereiche zu einer fundierten Grundlage für die Erstellung virtueller Bilder zu verbinden und konkrete Empfehlungen für den Gestaltungsprozess abzuleiten.
- Technische Grundlagen der Algorithmen (Rendering, Lichtberechnung)
- Physiologische Grundlagen des menschlichen Sehsystems
- Psychologische Faktoren der Wahrnehmung und Interpretation
- Gestaltungsregeln und gezielte Manipulation der Wahrnehmung durch Licht
Auszug aus dem Buch
4.2.1 Licht zu Sehen, Hinsehen, Ansehen
Licht ist mit der Beleuchtung einer Szene, mit der Sichtbarmachung der Szeneninhalte ein Informationsvermittler. Dabei kann man verschiedene Funktionen bzw. Teilbereiche dieser Informationsübertragung unterscheiden. Diese Differenzierung ist beispielsweise in der Lichttechnik, speziell der Lichtplanung sehr verbreitet und auch hier bei der Gestaltung (Gestaltung ist Planung!) einer Szene sehr nützlich und anschaulich / 20/.
Licht zum Sehen
Darin wird die Allgemeinbeleuchtung der Szene gesehen, ein Umgebungslicht, die in virtuellen Szenen mit Distant Lights (ohne Schatten), mit sehr diffusem Licht oder in sehr begrenztem Maße auch mit dem Ambient Light erzeugt werden kann. Aufgabe dieser Lichtart ist die Sichtbarmachung der Objekte. Das „Licht zum Sehen“ soll also eine Grundlage für die nun folgende unterschiedliche zweckgebundene Beleuchtung der Einzelobjekte sein (Abbildung 4.11, 1. Bild).
Licht zum Hinsehen
Diese auch als „Focal Glow“ bezeichnete Differenzierung der Beleuchtung soll bestimmte Objekte oder auch ganze Bildteile aufhellen, damit wird die Aufmerksamkeit des Betrachters gezielt auf die vom Autor bestimmten Stellen im Bild gelenkt. Prinzipiell werden also mit dem „Focal Glow“ Kontraste im Bild erzeugt, Objekte werden aus dem Grundhelligkeitsniveau herausgehoben. Damit ist auch eine Aufteilung des Bildes, eine Grundordnung im Bild zu erreichen. Wichtige Teile der Szene werden z.B. heller, unwichtige, zweitrangige oder sogar für den Allgemeineindruck störende Informationen werden schwächer und damit hintergründiger beleuchtet.
Zusammenfassung der Kapitel
2 Algorithmenleistungsfähigkeit: Das Kapitel erläutert die technischen Prinzipien der Bildberechnung, Transformationen von 3D- in 2D-Koordinaten sowie mathematische Modelle für Licht, Reflexion, Brechung und Farbe.
3 Wahrnehmungsvermögen des Menschen: Dieses Kapitel behandelt die physiologischen Grundlagen des Auges und Gehirns sowie psychologische Wahrnehmungsgesetze, die für das Verständnis der Bildbetrachtung essenziell sind.
4 Gestaltungsgrundsätze: Hier werden Prinzipien der Bildgestaltung, wie Abbildungsfaktoren, Gestaltgesetze und der bewusste Einsatz von Licht zur Steuerung der Aufmerksamkeit und Erzeugung von Stimmungen, erläutert.
5 Schlußfolgerungen für den Gestaltungsprozeß in der Virtualität: Das Kapitel führt die vorangegangenen Erkenntnisse zusammen und leitet praktische Konsequenzen für den Gestaltungsprozess, die Arbeit mit Realitätsleveln sowie das Verhältnis von Visualisierung und Nachbildung ab.
Schlüsselwörter
Computeranimation, 3D-Grafik, Beleuchtung, Lichtgestaltung, Wahrnehmungspsychologie, Physiologie des Sehens, Raytracing, Radiosity, Bildgestaltung, Realitätsnähe, Gestaltungsgrundsätze, Farbtheorie, Schattenberechnung, Wahrnehmungskonstanz
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?
Die Arbeit verknüpft technische Algorithmen der Computeranimation, physiologische und psychologische Grundlagen des menschlichen Wahrnehmungsvermögens sowie gestalterische Prinzipien, um eine fundierte Basis für die Erstellung virtueller Bilder zu schaffen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind Algorithmen zur Bildgenerierung, die Funktionsweise des menschlichen Sehsystems (Physiologie und Wahrnehmungspsychologie) sowie die gezielte Gestaltung durch Licht und Schatten.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, die bestehenden „Unvereinbarkeiten“ zwischen technischer Bildberechnung und künstlerischer Gestaltung zu beseitigen, um durch fundiertes Wissen über die menschliche Wahrnehmung zielgerichteter und effektiver in 3D-Animationspaketen gestalten zu können.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Der Autor kombiniert theoretische Grundlagen aus der Informatik (Algorithmen) und der Wahrnehmungspsychologie mit der praktischen Anwendung, indem er eine komplexe Beispielszene („Haus am Horn“) zur Veranschaulichung der Methoden nutzt.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil analysiert Rendering-Pipelines, mathematische Modelle der Lichtausbreitung, die Anatomie des Auges und Sehbahn, verschiedene Farbmodelle sowie psychologische Gesetze wie Kontrastwahrnehmung, Größenkonstanz und Gestaltgesetze.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Schlüsselwörter sind 3D-Computeranimation, Lichtgestaltung, Wahrnehmungspsychologie, Raytracing, Radiosity, Realitätsnähe und Bildgestaltung.
Warum spielt die Unterscheidung zwischen „Wirklichkeit“ und „Realität“ eine Rolle?
Der Autor unterscheidet diese Begriffe, um zu verdeutlichen, dass das virtuelle Bild eine subjektive Konstruktion (Realität) ist, die auf objektiven physikalischen Gesetzen (Wirklichkeit) basiert, aber immer durch menschliche Wahrnehmung gefiltert wird.
Welche besondere Bedeutung hat das Fallbeispiel „Haus am Horn“?
Das Fallbeispiel dient als praktische Demonstration der theoretischen Überlegungen, um an einer komplexen Innenarchitektur-Szene die Möglichkeiten und Grenzen der Lichtsimulation und Gestaltung in der 3D-Animation aufzuzeigen.
- Citation du texte
- Dipl.-Ing. Klaus Pforte (Auteur), 1996, Computeranimation. Gestaltungsanforderungen, Algorithmenleistungsfähigkeit und Wahrnehmungsvermögen des Menschen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/119714
