Reconstruction and rendering of time-varying natural phenomena

Abstract

While computer performance increases and computer generated images get ever more realistic, the need for modeling computer graphics content is becoming stronger. To achieve photo-realism detailed scenes have to be modeled often with a significant amount of manual labour. Interdisciplinary research combining the fields of Computer Graphics, Computer Vision and Scientific Computing has led to the development of (semi-)automatic modeling tools freeing the user of labour-intensive modeling tasks. The modeling of animated content is especially challenging. Realistic motion is necessary to convince the audience of computer games, movies with mixed reality content and augmented reality applications. The goal of this thesis is to investigate automated modeling techniques for time-varying natural phenomena. The results of the presented methods are animated, three-dimensional computer models of fire, smoke and fluid flows.

Durch die steigende Rechenkapazität moderner Computer besteht die Möglichkeit immer realistischere Bilder virtuell zu erzeugen. Dadurch entsteht ein größerer Bedarf an Modellierungsarbeit um die nötigen Objekte virtuell zu beschreiben. Um photorealistische Bilder erzeugen zu können müssen sehr detaillierte Szenen, oft in mühsamer Handarbeit, modelliert werden. Ein interdisziplinärer Forschungszweig, der Computergrafik, Bildverarbeitung und Wissenschaftliches Rechnen verbindet, hat in den letzten Jahren die Entwicklung von (semi-)automatischen Methoden zur Modellierung von Computergrafikinhalten vorangetrieben. Die Modellierung dynamischer Inhalte ist dabei eine besonders anspruchsvolle Aufgabe, da realistische Bewegungsabläufe sehr wichtig für eine überzeugende Darstellung von Computergrafikinhalten in Filmen, Computerspielen oder Augmented-Reality Anwendungen sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es automatische Modellierungsmethoden für dynamische Naturerscheinungen wie Wasserfluss, Feuer, Rauch und die Bewegung erhitzter Luft zu entwickeln. Das Resultat der entwickelten Methoden sind dabei dynamische, dreidimensionale Computergrafikmodelle.