Tetrahedral meshes are becoming more and more important for geo-modeling applications. The presented work introduces new algorithms for efficient visualization and modeling of tetrahedral meshes. Visualization consists of a generic framework that includes the extraction of geological information like stratigraphic columns, fault block boundaries, simultaneous co-rendering of different attributes and boolean operations of Constructive Solid Geometry with constant complexity. Modeling can be classified into geometric and implicit modeling. Geometric modeling addresses local mesh refinement to increase the numerical resolution of a given mesh. Implicit modeling covers the definition and manipulation of implicitly defined models. A new surface reconstruction method was developed to reconstruct complex, multi-valued surfaces from noisy and sparse data sets as they occur in geological applications. The surface can be bounded and may have discontinuities. Further, this work proposes a new and innovative algorithm for rapid editing of implicitly defined shapes like horizons based on the GeoChron parametrization. The editing is performed interactively on the 3d-volumetric model and geological constraints are respected automatically.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit grundlegenden Effekten bei der Projektion virtueller räumlicher Szenen auf zweidimensionale Bildflächen. Die Motivation dazu ergibt sich aus der Feststellung, dass in aktuellen computergrafischen Visualisierungssystemen die Räumlichkeit der Darstellung in der Regel durch eine Fläche vermittelt wird. Die aktuell benutzten Verfahren stützen sich dabei auf das Konzept der Virtuellen Kamera. Mit dieser sind jedoch auch Nachteile hinsichtlich einer an den Menschen angepassten (wahrnehmungskonformen) Darstellung verbunden. Zur Einführung der für das Verständnis der Arbeit notwendigen Fachtermini werden ausgewählte Grundlagen aus den Bereichen Technische Visualistik, Bildsprache, Computergrafik und Psychologie vorgestellt. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Begriffe Abbild (das Ergebnisbild einer Projektion), Wahrnehmungskonformität (ein Indikator für Angepasstheit an die visuelle menschliche Wahrnehmung) und Multiperspektive (eine die Wahrnehmungskonformität förderliche Darstellungsform). Anschließend werden die, im weiteren Verlauf der Arbeit relevanten, Vektoren definiert. Im darauf folgenden Kapitel beschreibt die Arbeit zwei wesentliche Herausforderungen für die wahrnehmungskonforme Darstellung virtueller Objekte. Zum einen wird das Proportionsproblem beschrieben. Zum anderen das Orientierungsproblem als neu erkanntes Arbeitsthema eingeführt. Darauf aufbauend erfolgt eine Beschreibung des Grundkonzeptes zur Erstellung wahrnehmungskonformer Abbilder durch gesonderte Behandlung einzelner Szenenobjekte sowie die Vorstellung relevanter wissenschaftlicher Vorarbeiten für diesen Sachverhalt. Weiterhin stehen eine Einordnung der bestehenden Verfahren und ein Exkurs in verwandte Studien der Wahrnehmungspsychologie im Mittelpunkt der Ausführungen. Als ein existierendes Verfahren zur computergrafischen Erzeugung von wahrnehmungskonformen Abbildern wird nachfolgend das Verfahren der Erweiterten Perspektivischen Korrektur (EPK) als Ausgangspunkt für eine Optimierung detailliert vorgestellt. Aus den aufgeworfenen Fragen hinsichtlich des Orientierungsproblems ergibt sich die Notwendigkeit einer tiefergehenden Analyse. Aus der künstlerischen Praxis sowie wahrnehmungspsychologischen Aspekten heraus wird der Mensch als geeignetes Referenzmodell argumentativ untersetzt. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die im Anschluss durchgeführte mehrstufige Studie zur Orientierungswahrnehmung in mono- und multiperspektivischen Abbildern. Aus den in der Studie gewonnenen Erkenntnissen kann schließlich ein Optimierungsansatz für die EPK synthetisiert werden. Das Konzept der so genannten Augpunkt-bezogenen EPK wird ausführlich hergeleitet, die Wirkung analysiert, eine algorithmische Umsetzung erarbeitet und diese mit den bereits bestehenden EPK-Ausprägungen verglichen. Als Vervollständigung der Ausführungen folgen zwei Praxisbeispiele zum Einsatz der EPK und dem Nutzen der vorgestellten Optimierung.

Ausgehend von einer Analyse computergrafischer Visualisierungen wird in diesem Beitrag eine formale Beschreibung grundlegend gestalterischer Herausforderung bei der wahrnehmungskonformen Darstellung von räumlichen Szenen vorgenommen. Anschließend werden erste algorithmische Umsetzungen zur perspektivischen Optimierung vorgestellt. Anwendungsbezüge werden an Hand von Fallbeispielen verdeutlicht. Ingmar S. Franke und Martin Zavesky, Technische Universität Dresden anlässlich beyond rendering, 8. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Geometrie und Grafik, Berlin -16. bis 18. Mai 2012

Kinematic approaches of motion generation use joint angles of a specified kinematic skeleton to describe poses and consider motions as sequences of poses. The progression functions, i.e. the functions describing the angular values of the joints over time are usually obtained by motion capturing. So far, approaches to synthesize these functions have only been able to create motions with strong artificial visual appearance. In this paper we present a novel method for generating gait motions from synthesized progression functions. Our method is based on the key observation that the progression functions of the joints involved in gait motions show certain characteristic shapes. Based on empirical evaluations we describe these shapes for all progression functions needed to generate walking movements. Furthermore, we analyze the variation of the described shapes depending on stride length and walking speed. Polynomial splines are used to define functions that mimic the shapes of progression functions and can be easily controlled via the spline parameters. We develop a model that describes how to change the parameters of the splines according to the rules of shape variation observed on empirical data in order to adjust stride length and walking speed. Our method can be used to generate walking motions of virtual characters with user provided stride length or walking speed. To evaluate our method we compare synthesized gait motions with recorded ones. A numerical evaluation shows that the maximal joint displacement between captured and synthesized motions lies within the range of variability of natural human walking.

Tetrahedral meshes are becoming more and more important for geo-modeling applications. The presented work introduces new algorithms for efficient visualization and modeling of tetrahedral meshes. Visualization consists of a generic framework that includes the extraction of geological information like stratigraphic columns, fault block boundaries, simultaneous co-rendering of different attributes and boolean operations of Constructive Solid Geometry with constant complexity. Modeling can be classified into geometric and implicit modeling. Geometric modeling addresses local mesh refinement to increase the numerical resolution of a given mesh. Implicit modeling covers the definition and manipulation of implicitly defined models. A new surface reconstruction method was developed to reconstruct complex, multi-valued surfaces from noisy and sparse data sets as they occur in geological applications. The surface can be bounded and may have discontinuities. Further, this work proposes a new and innovative algorithm for rapid editing of implicitly defined shapes like horizons based on the GeoChron parametrization. The editing is performed interactively on the 3d-volumetric model and geological constraints are respected automatically.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit grundlegenden Effekten bei der Projektion virtueller räumlicher Szenen auf zweidimensionale Bildflächen. Die Motivation dazu ergibt sich aus der Feststellung, dass in aktuellen computergrafischen Visualisierungssystemen die Räumlichkeit der Darstellung in der Regel durch eine Fläche vermittelt wird. Die aktuell benutzten Verfahren stützen sich dabei auf das Konzept der Virtuellen Kamera. Mit dieser sind jedoch auch Nachteile hinsichtlich einer an den Menschen angepassten (wahrnehmungskonformen) Darstellung verbunden. Zur Einführung der für das Verständnis der Arbeit notwendigen Fachtermini werden ausgewählte Grundlagen aus den Bereichen Technische Visualistik, Bildsprache, Computergrafik und Psychologie vorgestellt. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Begriffe Abbild (das Ergebnisbild einer Projektion), Wahrnehmungskonformität (ein Indikator für Angepasstheit an die visuelle menschliche Wahrnehmung) und Multiperspektive (eine die Wahrnehmungskonformität förderliche Darstellungsform). Anschließend werden die, im weiteren Verlauf der Arbeit relevanten, Vektoren definiert. Im darauf folgenden Kapitel beschreibt die Arbeit zwei wesentliche Herausforderungen für die wahrnehmungskonforme Darstellung virtueller Objekte. Zum einen wird das Proportionsproblem beschrieben. Zum anderen das Orientierungsproblem als neu erkanntes Arbeitsthema eingeführt. Darauf aufbauend erfolgt eine Beschreibung des Grundkonzeptes zur Erstellung wahrnehmungskonformer Abbilder durch gesonderte Behandlung einzelner Szenenobjekte sowie die Vorstellung relevanter wissenschaftlicher Vorarbeiten für diesen Sachverhalt. Weiterhin stehen eine Einordnung der bestehenden Verfahren und ein Exkurs in verwandte Studien der Wahrnehmungspsychologie im Mittelpunkt der Ausführungen. Als ein existierendes Verfahren zur computergrafischen Erzeugung von wahrnehmungskonformen Abbildern wird nachfolgend das Verfahren der Erweiterten Perspektivischen Korrektur (EPK) als Ausgangspunkt für eine Optimierung detailliert vorgestellt. Aus den aufgeworfenen Fragen hinsichtlich des Orientierungsproblems ergibt sich die Notwendigkeit einer tiefergehenden Analyse. Aus der künstlerischen Praxis sowie wahrnehmungspsychologischen Aspekten heraus wird der Mensch als geeignetes Referenzmodell argumentativ untersetzt. Einen Schwerpunkt der Arbeit bildet die im Anschluss durchgeführte mehrstufige Studie zur Orientierungswahrnehmung in mono- und multiperspektivischen Abbildern. Aus den in der Studie gewonnenen Erkenntnissen kann schließlich ein Optimierungsansatz für die EPK synthetisiert werden. Das Konzept der so genannten Augpunkt-bezogenen EPK wird ausführlich hergeleitet, die Wirkung analysiert, eine algorithmische Umsetzung erarbeitet und diese mit den bereits bestehenden EPK-Ausprägungen verglichen. Als Vervollständigung der Ausführungen folgen zwei Praxisbeispiele zum Einsatz der EPK und dem Nutzen der vorgestellten Optimierung.:1 Einleitung 1.1 Motivation 1.2 Zielsetzung der Arbeit 1.3 Vorgehensmodell für die Untersuchung 1.4 Thesen 1.5 Aufbau der Arbeit 2 Ausgewählte Grundlagen 2.1 Begriffe aus der Technischen Visualistik und der Bildsprache 2.2 Begriffe aus der Computergrafik 2.3 Begriffe aus der Psychologie 2.4 Vektoren des Menschmodells 2.5 Zusammenfassung zu den Grundlagen 3 Herausforderungen im Abbildungsprozess 3.1 Proportionsproblem 3.2 Orientierungsproblem 3.3 Ausrichtungsmöglichkeiten der weiteren Untersuchung 3.4 Zusammenfassung zu den Herausforderungen 4 Objektbezogene, wahrnehmungskonforme Abbilder 4.1 Verwandte Arbeiten aus der Computergrafik und Bildwissenschaft 4.2 Einordnung der Ansätze hinsichtlich grundlegender Konzepte 4.3 Verwandte Studien der Psychologie 4.4 Zusammenfassung zu den verwandten Arbeiten 5 Erzeugung von Multiperspektive mittels Erweiterter Perspektivischer Korrektur (EPK) 5.1 Lösungspotentiale der Multiperspektive 5.2 Die Entwicklung der EPK 5.3 Aufbau und Einzelschritte der EPK 5.4 Vorstellung der EPK-Anpassungsmöglichkeiten 5.5 Allgemeine Defizite der Erweiterten Perspektivischen Korrektur 5.6 Zusammenfassung zur EPK 6 Das Menschmodell als Referenzobjekt 6.1 Künstlerische Analysen und Beschreibungen der Proportion von Menschen 6.2 Wahrnehmungspsychologische Betrachtung zur visuellen Menschwahrnehmung 6.3 Beispielhafte Bildanalyse 6.4 Zusammenfassung zum Menschmodell 7 Studie 7.1 Vorbereitung 7.2 Vorevaluation 7.3 Studie 1 (Hörsaalstudie) 7.4 Studie 2 (Laborstudie) 7.5 Probandenvergleich 7.6 Zusammenfassung zur Studie 8 Augpunkt-bezogene EPK 8.1 Konzept der Augpunkt-bezogenen EPK 8.2 Einbeziehung des Offset in den EPK-Algorithmus 8.3 Vergleich zwischen Prozentual-optimierter EPK sowie der Augpunkt-bezogenen EPK 8.4 Einbeziehung weiterer Parameter der Betrachtersituation 8.5 Erster Lösungsansatz 8.6 Zweiter Lösungsansatz 8.7 Analyse der Wirkungsweise 8.8 Vom virtuellen Augpunkt zum EPK-Referenzpunkt 8.9 Zusammenfassung der Augpunkt-bezogenen EPK 8.10 Vergleichsprototyp 8.11 Evaluation der Augpunkt-bezogenen EPK 8.12 Zusammenfassender Vergleich der verschiedenen EPK-Varianten 9 Praxisbeispiele 9.1 EPK-Praxisbeispiel CAD Visualisierung 9.2 EPK-Praxisbeispiel Gesichtsfeldvisualisierung 9.3 Zusammenfassung der Praxisbeispiele 10 Zusammenfassung 10.1 Inhalt 10.2 Ergebnisse der Arbeit 10.3 Ausblick 11 Verzeichnisse 11.1 Stichwortverzeichnis 11.2 Abbildungsverzeichnis 11.3 Tabellenverzeichnis 11.4 Verzeichnis der eigenen Veröffentlichungen zur Thematik 12 Quellen 13 Glossar 14 Anhang 14.1 Fragebogen Vorevaluation 14.2 Fragebogen Hörsaalstudie 14.3 Probandeninformationen, Nachbefragung und Arbeitsanweisung Laborstudie 14.4 Probandeninformationen, Nachbefragung und Arbeitsanweisung Evaluation 14.5 Implementierungsbeispiel

Ausgehend von einer Analyse computergrafischer Visualisierungen wird in diesem Beitrag eine formale Beschreibung grundlegend gestalterischer Herausforderung bei der wahrnehmungskonformen Darstellung von räumlichen Szenen vorgenommen. Anschließend werden erste algorithmische Umsetzungen zur perspektivischen Optimierung vorgestellt. Anwendungsbezüge werden an Hand von Fallbeispielen verdeutlicht. Ingmar S. Franke und Martin Zavesky, Technische Universität Dresden anlässlich beyond rendering, 8. Tagung der Deutschen Gesellschaft für Geometrie und Grafik, Berlin -16. bis 18. Mai 2012