Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll eine Anwendung entwickelt werden, welche
in ein bestehendes Geoinformationssystem1 (im Folgenden: GIS) eingebunden
werden soll. Aufgabe dieses Produktes wird die Darstellung von Wasseroberflächen
in Echtzeit sein. Zu Demonstrationszwecken werde ich eine
Anwendung erstellen, die die Erfüllung der genannten Anforderungen demonstrieren
wird. Die Beschreibung der Eingliederung des entstandenen Produktes
in das erwähnte GIS ist nicht Bestandteil dieser Facharbeit.
Es werden folgende Anforderungen an die zu entwickelnde Wasseroberflächen-
Darstellung gestellt:
- möglichst realistische Wellenbildung und –bewegung,
- möglichst realistisches Aussehen der Wasseroberfläche,
- Darstellung unterschiedlicher Wellenformen (z.B. Tiefwasserwellen
und Flachwasserwellen),
- Wellenberechnung und –darstellung soll in Echtzeit2 geschehen,
- möglichst plattformunabhängig, d.h. nach Möglichkeit nicht an einen
bestimmten Grafikkartentyp gebunden,
- beeinflussbare Größe von einem spezifizierten Minimalwert bis auf eine,
von der Rechnerkapazität abhängigen, Maximal-Darstellung.
Inhaltsverzeichnis
- Einleitung
- Aufgabenstellung
- Zielbestimmung
- Einleitung
- Musskriterien
- Erläuterung
- Objektorientierung
- Programmiersprachen
- Dreidimensionale Darstellungsform
- Echtzeit
- Multi-Resolution
- Wunschkriterien
- Erläuterung
- Realistische Optik
- Umgebung
- Abgrenzungskriterien
- Erläuterung
- Kommunikationslose Oberflächen
- Globus-Projektion
- Produkteinsatz
- Einleitung
- Anwendungsbereiche
- Zielgruppen
- Technische Produktumgebung
- Software
- Hardware
- Ozeanographische Grundlagen
- Einführung
- Wellen
- Wellenarten
- Wellenentstehung
- Wellen-Charakteristika
- Wellenkronen
- Schaum
- Wasserspritzer
- Umwelteinflüsse auf Wellen
- Sonne
- Wind
- Gravitation
- Technologische Grundlagen
- Einführung
- Verfahren zur Wasser-Berechnung
- Einführung
- Gerstner
- Gleichungen von Navier-Stokes
- Perlin Noise
- Schnelle Fourier-Transformation
- Visuelle Eigenschaften von transparenten Körpern
- Einführung
- Refraktion, Reflexion
- Environment Map
- Leistungssteigerung
- Einführung
- Level-of-Detail
- Frustum Culling
- Definitionsphase
- Einleitung
- Methodische Vorgehensweise
- Einleitung
- Geschäftsprozesse
- Klassendiagramm
- Sequenzdiagramm
- Entwurf und Implementierung
- Einleitung
- Programm-Entwurf
- Erläuterung
- Wahl der Programmiersprache
- Implementierung
- Algorithmische Sicht
- Erläuterung
- LOD-Verfahren
- Frustum Culling-Verfahren
- Wellen-Bewegung
- Ergebnis und Bewertung
- Einleitung
- Impressionen
- Bewertung des Frustum Culling-Verfahrens
- Bewertung des LOD-Verfahrens
- Fazit und Perspektiven
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die Diplomarbeit zielt darauf ab, einen Algorithmus zu entwerfen und zu implementieren, der die 3D-Darstellung von Wasser-Oberflächen in Echtzeit ermöglicht, wobei ein Multi-Resolution-Modell verwendet wird. Die Arbeit fokussiert auf die Herausforderungen der realistischen Darstellung von Wellen und deren Bewegung, sowie die Optimierung der Leistung durch die Verwendung von Level-of-Detail-Techniken und Frustum Culling.
- Realistische 3D-Darstellung von Wasser-Oberflächen in Echtzeit
- Implementierung eines Multi-Resolution-Modells für die Wasser-Darstellung
- Entwicklung und Optimierung von Algorithmen für Wellenbewegung und -bildung
- Anwendung von Level-of-Detail-Techniken zur Leistungssteigerung
- Integration von Frustum Culling-Verfahren zur Reduzierung von Rechenaufwand
Zusammenfassung der Kapitel
- Einleitung: Diese Einleitung gibt einen Überblick über die Aufgabenstellung der Diplomarbeit und beschreibt den zu entwickelnden Software-Produkt, das die Echtzeit-Darstellung von Wasseroberflächen in ein Geoinformationssystem integriert.
- Zielbestimmung: In diesem Kapitel werden die Ziele der Diplomarbeit definiert. Es werden Muss-, Wunsch- und Abgrenzungskriterien für das zu entwickelnde Produkt festgelegt.
- Produkteinsatz: Dieses Kapitel beschreibt die Einsatzbereiche und Zielgruppen des entwickelten Produktes. Es werden Anwendungsbeispiele und die Integration in bestehende Systeme beleuchtet.
- Technische Produktumgebung: Die Kapitel beschreibt die Software und Hardware, die für die Entwicklung und Ausführung des Produktes verwendet werden.
- Ozeanographische Grundlagen: Dieses Kapitel vermittelt grundlegendes Wissen über die Entstehung, Arten und Eigenschaften von Wellen. Es werden auch Umwelteinflüsse auf die Wellenbewegung diskutiert.
- Technologische Grundlagen: Das Kapitel untersucht verschiedene Verfahren zur Berechnung und Darstellung von Wasser-Oberflächen, darunter Gerstner-Wellen, Navier-Stokes-Gleichungen, Perlin Noise und schnelle Fourier-Transformation. Außerdem werden visuelle Eigenschaften von transparenten Körpern wie Refraktion, Reflexion und Environment Maps beleuchtet.
- Definitionsphase: Hier werden die methodischen Vorgehensweisen für die Entwicklung des Produktes erläutert. Es werden Geschäftsprozesse, Klassendiagramme und Sequenzdiagramme vorgestellt.
- Entwurf und Implementierung: Dieses Kapitel beschreibt den Entwurf und die Implementierung des Algorithmus für die Wasser-Darstellung. Es werden die gewählte Programmiersprache, Algorithmen für LOD, Frustum Culling und die Wellen-Bewegung detailliert dargestellt.
- Ergebnis und Bewertung: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der Implementierung vorgestellt und das Frustum Culling- und LOD-Verfahren bewertet.
Schlüsselwörter
Die Arbeit konzentriert sich auf die Themenbereiche 3D-Darstellung, Echtzeit-Simulation, Multi-Resolution-Modellierung, Wasser-Oberflächen, Wellenbewegung, Level-of-Detail, Frustum Culling, Algorithmen, Geoinformationssysteme, Software-Entwicklung, Objektorientierung und Programmierung.
- Citation du texte
- Florian Schlüter (Auteur), 2004, Entwurf und Implementierung eines Algorithmus zur 3D-Darstellung eines Multi-Resolution-Modells von Wasseroberflächen in Echtzeit, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/77738
