DE102005059928A1

DE102005059928A1 - Three dimensional computer accessible object e.g. motor vehicle, presentation producing method for data processing system, involves calculating value of pixels which result by illuminating object by sources and ambient light, respectively

Info

Publication number: DE102005059928A1
Application number: DE200510059928
Authority: DE
Inventors: Jörg Dr.rer.nat. Hahn
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-12-13
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2007-06-14

Abstract

The method involves calculating a brightness value of pixels of a surface model of an object such that the value results by illuminating the object by a directional compensation light source in a preset direction. Another brightness value of the pixels which results by the illumination of the object by another light source in a direction that is opposite to the preset direction, is calculated. A third brightness value of the pixels resulting from an illumination of the object by ambient light, is calculated. The sum of the three values is used as the brightness value of the pixels. Independent claims are also included for the following: (1) a computer program product, which can be loaded in an internal memory of a computer and comprises a software section with which a method of producing a three dimensional computer accessible presentation of an object can be executed, when the product run on the computer (2) a digital memory medium with electronic readable control signals which can be combined with a programmable data processing system such that a method of producing a three dimensional computer accessible presentation of an object can be executed.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Erzeugen einer dreidimensionalen rechnerverfügbaren Darstellung eines durch Tageslicht beleuchteten Gegenstandes.The The invention relates to a method and a device for automatic Generating a three-dimensional computer-accessible representation of a Daylight illuminated object.

Insbesondere beim Konstruieren eines physikalischen Gegenstandes, z. B. eines Kraftfahrzeugs, wird eine von einer Datenverarbeitungseinrichtung automatisch erzeugte rechnerverfügbare dreidimensionale Darstellung des Gegenstandes benötigt. Diese auf einem Ausgabegerät zu zeigende Darstellung soll möglichst realitätsnah sein.Especially in constructing a physical object, e.g. B. one Motor vehicle, is one of a data processing device automatically generated computer-accessible three-dimensional representation of the object needed. These on an output device The representation to be displayed should be as realistic as possible.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Datenverarbeitungsanlage mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 11 bereitzustellen, welches sich mit vorhandener Hardware leicht realisieren läßt.Of the Invention is based on the object, a method with the features of the preamble of claim 1 and a data processing system to provide with the features of the preamble of claim 11, which can be easily realized with existing hardware.

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Datenverarbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.The The object is achieved by a method having the features of the claim 1 and a data processing system with the features of the claim 11 solved. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt automatisch eine dreidimensionale rechnerverfügbare Darstellung eines durch Tageslicht beleuchteten Gegenstandes. Vorgegeben ist ein rechnerverfügbares dreidimensionales Oberflächenmodell des Gegenstandes. Dieses Oberflächenmodell beschreibt die Oberfläche des Gegenstandes wenigstens näherungsweise. Weiterhin ist eine Beleuchtungsrichtung vorgegeben. Diese Beleuchtungsrichtung ist eine Richtung der auf den Gegenstand einwirkenden Tageslicht-Beleuchtung. Die Tageslicht-Beleuchtung wird durch einen Helligkeitswert beschrieben. Vorgegeben ist eine rechnerverfügbare Codierung dieses Helligkeitswerts.The inventive method automatically generates a three-dimensional computer-accessible representation an object illuminated by daylight. Is specified a computer-available three-dimensional surface model of the object. This surface model describes the surface of the object at least approximately. Furthermore, a lighting direction is predetermined. This lighting direction is a direction of the daylight illumination acting on the object. The daylight lighting is described by a brightness value. The default is one computer-accessible coding this brightness value.

Das Verfahren umfaßt die folgenden Schritte, die automatisch unter Verwendung einer unter Verwendung einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt werden.The Method includes the following steps that are automatically performed using an under Use of a data processing system to be performed.

Bildpunkte des Oberflächenmodells werden ausgewählt. Für jeden ausgewählten Bildpunkt wird jeweils ein Helligkeitswert berechnet. Die dreidimensionale Darstellung des Gegenstandes wird unter Verwendung des Oberflächenmodells, der Bildpunkte und ihrer Helligkeitswerte erzeugt. In der Darstellung wird ein Bildpunkt um so heller dargestellt, je größer sein Helligkeitswert ist.pixels of the surface model are selected. For each chosen Pixel is calculated in each case a brightness value. The three-dimensional Representation of the object is made using the surface model, of the pixels and their brightness values. In the presentation a pixel becomes brighter the larger it is Brightness value is.

Die Erfindung zeigt einen Weg auf, den Helligkeitswert jedes ausgewählten Bildpunkts zu berechnen. Diese Helligkeitswerte der ausgewählten Bildpunkte bilden die Beleuchtung des Gegenstandes durch diffuses Tageslicht nach. Die Erfindung zeigt einen Weg auf, die Beleuchtung des Gegenstandes durch diffuses Tageslicht zu simulieren. Bei der Simulation wird die Beleuchtung durch Tageslicht nachgebildet durch eine simulierte Beleuchtung durch zwei gerichtete Ersatz-Lichtquellen sowie durch eine räumlich konstante Umgebungsbeleuchtung („ambientes Licht"). Die Erfindung erfordert es nicht, diese Beleuchtung durch gerichtete Lichtquellen zu justieren, was häufig lange Justierarbeit erfordert. Unter einer „gerichteten" Lichtquelle wird eine Lichtquelle verstanden, deren Licht parallel und im wesentlichen aus einer Richtung auf den Gegenstand trifft. Eine weit entferne Lichtquelle, z. B. die Sonne, sendet Licht, das im wesentlichen aus einer Richtung in Form von parallelen Lichtstrahlen auf den Gegenstand auftrifft. Eine solche Lichtquelle ist daher eine gerichtete im Sinne der Erfindung.The Invention shows one way, the brightness value of each selected pixel to calculate. These brightness values of the selected pixels form the Illumination of the object due to diffused sunlight. The Invention shows a way to illuminate the object to simulate through diffused daylight. In the simulation will be the lighting is simulated by daylight through a simulated lighting through two directed replacement light sources as well as by a spatially constant ambient lighting ("ambient light"). The invention does not require this lighting through directional light sources to adjust what often requires long adjustment work. Under a "directed" light source is understood a light source whose light is parallel and substantially from one direction hits the object. A faraway Light source, z. B. the sun, sends light, which is essentially from one direction in the form of parallel rays of light on the Object hits. Such a light source is therefore a directed one in the sense of the invention.

direkt ohne Streuung Dies gilt in der Regel für eine künstliche Lichtquelle. Eine Lichtquelle, die Licht bündelt und im wesentlichen in eine Richtung aussendet, also parallele Lichtstrahlen erzeugt, ist ein Sonderfall einer gerichteten Lichtquelle.directly without scattering This usually applies to an artificial light source. A Light source that bundles light and emits essentially in one direction, ie parallel light rays is a special case of a directional light source.

Um den Helligkeitswert eines ausgewählten Bildpunkts zu berechnen, wird mindestens eine Normale auf das Oberflächenmodell im Bildpunkt berechnet. Der Winkel zwischen der Normalen und der Beleuchtungsrichtung wird berechnet.Around the brightness value of a selected one To compute pixels, at least one normal to the surface model calculated in the pixel. The angle between the normal and the Lighting direction is calculated.

Ein erster Helligkeitswert des ausgewählten Bildpunkts wird berechnet. Der erste Helligkeitswert wird dergestalt berechnet, daß er aus einer Beleuchtung des Gegenstands durch eine gerichtete Ersatz-Lichtquelle aus der vorgegebenen Beleuchtungsrichtung resultiert. Der erste Helligkeitswert hängt vom Winkel zwischen der Beleuchtungsrichtung und der Normalen sowie von einer Codierung des Helligkeitswerts der Ersatz-Lichtquelle ab. Diese Codierung des Helligkeitswerts der Ersatz-Lichtquelle hängt ihrerseits von der vorgegebenen Helligkeitswert-Codierung der Tageslicht-Beleuchtung ab.One The first brightness value of the selected pixel is calculated. The first brightness value is calculated to be off illumination of the object by a directional replacement light source the predetermined illumination direction results. The first brightness value depends on Angle between the direction of illumination and the normal as well from an encoding of the brightness value of the replacement light source from. This encoding of the brightness value of the replacement light source depends on your part from the given brightness value coding of the daylight illumination from.

Ein zweiter Helligkeitswert des ausgewählten Bildpunkts wird berechnet. Der zweite Helligkeitswert wird dergestalt berechnet, daß er aus einer Beleuchtung des Gegenstands durch eine weitere gerichtete Ersatz-Lichtquelle aus einer der vorgegebenen Beleuchtungsrichtung entgegengesetzten Richtung resultiert. Der zweite Helligkeitswert hängt vom Winkel zwischen der Beleuchtungsrichtung und der Normalen sowie von einer Codierung des Helligkeitswerts der weiteren Ersatz-Lichtquelle ab. Diese Codierung des Helligkeitswerts der weiteren Ersatz-Lichtquelle ist gleich dem negativen Wert der Helligkeitswert-Codierung der ersten Ersatz-Lichtquelle.One second brightness value of the selected pixel is calculated. The second brightness value is calculated to be off a lighting of the object by another directional Replacement light source from one of the predetermined illumination direction opposite direction results. The second brightness value depends on Angle between the direction of illumination and the normal as well from an encoding of the brightness value of the further replacement light source. These Coding of the brightness value of the other replacement light source is equal to the negative value of the brightness value encoding of the first Spare light source.

Ein dritter Helligkeitswert des ausgewählten Bildpunkts wird berechnet. Der dritte Helligkeitswert wird dergestalt berechnet, daß er aus einer weiteren Beleuchtung des Gegenstands resultiert. Diese weitere Beleuchtung weist aus jeder Richtung denselben Helligkeitswert auf („ambiente Beleuchtung"). Daher hängt der dritte Helligkeitswert nicht vom Winkel ab, wohl aber von einer Codierung des Helligkeitswerts der weiteren Beleuchtung. Diese Helligkeitswert-Codierung der weiteren Beleuchtung hängt von der vorgegebenen Helligkeitswert-Codierung der Tageslicht-Beleuchtung ab.One third brightness value of the selected pixel is calculated. The third brightness value is calculated to be off resulting in a further illumination of the object. This further Illumination has the same brightness value from every direction ( "Ambiente Lighting "). Therefore depends the third Brightness value not from the angle, but from a coding the brightness value of the further illumination. This brightness value coding the further lighting hangs from the given brightness value coding of the daylight illumination.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:in the The following is an embodiment the invention described in more detail with reference to the accompanying figures. Showing:

1. eine beispielhafte Architektur einer Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens; 1 , an exemplary architecture of a data processing system for performing the method;

2. drei Beispiele für Helligkeitsfunktionen; 2 , three examples of brightness functions;

3. ein Flußdiagramm für das Verfahren, wobei das Flußdiagramm die Erzeugung der Darstellung veranschaulicht; 3 , a flowchart for the method, wherein the flowchart illustrates the generation of the representation;

4. ein Flußdiagramm, das den Schritt S5 von 3 im Detail zeigt. 4 , a flowchart showing the step S5 of 3 in detail shows.

Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf eine beispielhafte Anwendung des Verfahrens zum Konstruieren von Kraftfahrzeugen. Der Gegenstand ist in diesem Ausführungsbeispiel ein Kraftfahrzeug oder ein Kraftfahrzeug-Bestandteil. Durch das Verfahren wird eine Darstellung erzeugt, die zeigt, wie das Kraftfahrzeug bei Beleuchtung durch mindestens eine Lichtquelle aussieht. Die Lichtquelle ist in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise diffuses Licht, das von Tageslicht stammt.The embodiment refers to an exemplary application of the method for Constructing motor vehicles. The object is in this embodiment a motor vehicle or a motor vehicle component. By the procedure becomes produces a representation that shows how the motor vehicle under illumination looks through at least one light source. The light source is in this embodiment, preferably diffused light that comes from daylight.

1 zeigt eine beispielhafte Architektur einer Datenverarbeitungsanlage zur Durchführung des Verfahrens. Diese Datenverarbeitungsanlage umfaßt in diesem Beispiel folgende Bestandteile:

– eine Recheneinheit 1 zur Durchführung von Berechnungen,
– ein als Kathodenstrahl-Bildschirm ausgestaltetes Bildschirmgerät 2,
– einen Datenspeicher 3, auf den die Recheneinheit 1 über eine Informationsweiterleitungsschnittstelle Lesezugriff hat,
– ein erstes Eingabegerät in Form einer DV-Maus 4, die drei Tasten aufweist,
– ein zweites Eingabegerät in Form einer Tastatur 5 mit Tasten und
– eine Graphikkarte 6, die die Eingangssignale für das Bildschirmgerät 2 erzeugt.

1 shows an exemplary architecture of a data processing system for performing the method. This data processing system comprises in this example the following components:

- one arithmetic unit 1 to perform calculations,
- Designed as a cathode ray screen screen device 2 .
- a data store 3 to which the arithmetic unit 1 has read access through an information forwarding interface,
- A first input device in the form of a DV mouse 4 that has three buttons,
- A second input device in the form of a keyboard 5 with buttons and
- a graphics card 6 indicating the input signals to the display device 2 generated.

Das Bildschirmgerät 2 stellt einen physikalischen Gegenstand dadurch dar, daß es eine Darstellung anzeigt, die aus Bildpunkten mit unterschiedlichen Lichtintensitäten besteht. Die Lichtintensität, mit der das Bildschirmgerät einen Bildpunkt anzeigt, hängt von einem Eingangssignal für diesen Bildpunkt ab.The screen device 2 represents a physical object by displaying a representation consisting of pixels having different light intensities. The light intensity with which the video display device displays a pixel depends on an input signal for this pixel.

Das Bildschirmgerät 2 vermag ein Eingangssignal nur dann zu verarbeiten und in eine Lichtintensität umzusetzen, wenn das Eingangssignal in einer vorgegebenen Menge verarbeitbarer Eingangssignale liegt. Vorzugsweise ist das Eingangssignal ein RGB-Vektor (RGB = red – green – blue).The screen device 2 is able to process an input signal and convert it into a light intensity only if the input signal lies in a predetermined amount of processable input signals. Preferably, the input signal is an RGB vector (RGB = red-green-blue).

Im Datenspeicher 3 sind ein rechnerverfügbares Oberflächenmodell 8 des Gegenstandes, also des Kraftfahrzeugs oder des Bestandteils, sowie eine rechnerverfügbare Beschreibung der Beleuchtung dieses Gegenstandes abgespeichert.In the data store 3 are a computer-accessible surface model 8th of the object, so the motor vehicle or component, as well as a computer-accessible description of the lighting of this object stored.

Das Oberflächenmodell 8 beschreibt wenigstens näherungsweise die Oberfläche des Kraftfahrzeugs als dem dreidimensionalen Gegenstand. Dieses Modell umfaßt alle von außen sichtbaren Ausprägungen des Kraftfahrzeugs, aber nicht sein Innenleben. Dieses Oberflächenmodell 8 wird z. B. aus einem rechnerverfügbaren dreidimensionalen Konstruktionsmodell (CAD-Modell) erzeugt. Das Oberflächenmodell 8 läßt sich statt dessen durch Abtasten eines physikalischen Exemplars oder physikalischen Modells generieren, falls ein solches bereits verfügbar ist.The surface model 8th at least approximately describes the surface of the motor vehicle as the three-dimensional object. This model includes all externally visible characteristics of the motor vehicle, but not its inner life. This surface model 8th is z. B. generated from a computer-accessible three-dimensional design model (CAD model). The surface model 8th can take place generate it by scanning a physical or physical model, if one is already available.

Im Ausführungsbeispiel umfaßt das Konstruktionsmodell 8 eine große Menge von Flächenelementen. Vorzugsweise haben die Flächenelemente die Form von Dreiecken, aber auch Vierecke oder andere Flächen sind möglich. Beispielsweise wird die Oberfläche des Konstruktionsmodells 8 vernetzt, so daß Finite Elemente in Form von Flächenelementen entstehen. Die Methode der Finiten Elemente ist z. B. aus „Dubbel – Taschenbuch für den Maschinenbau", 20. Auflage, Springer-Verlag, 2001, C 48 bis C 50, bekannt. Im Konstruktionsmodell 8 wird eine bestimmte Menge von Punkten festgelegt, die Knotenpunkte heißen. Als Finite Elemente werden diejenigen Flächenelemente bezeichnet, deren Geometrien durch diese Knotenpunkte definiert werden.In the embodiment, the design model includes 8th a large amount of surface elements. Preferably, the surface elements have the shape of triangles, but also quadrilaterals or other surfaces are possible. For example, the surface of the design model becomes 8th networked, so that finite elements arise in the form of surface elements. The method of finite elements is z. B. from "Dubbel - Paperback for Mechanical Engineering", 20th Edition, Springer-Verlag, 2001, C 48 to C 50, known 8th a certain set of points called nodes are set. Finite elements are those surface elements whose geometries are defined by these nodes.

Vorgegeben ist weiterhin eine Betrachtungsrichtung v →. Die zu erzeugende Darstellung 9 soll den Gegenstand aus dieser Betrachtungsrichtung v → zeigen.Furthermore, a viewing direction v → is specified. The representation to be generated 9 should show the object from this viewing direction v →.

3 zeigt ein Flußdiagramm für das Verfahren. Dieses Flußdiagramm veranschaulicht die Erzeugung der Darstellung. In einem Schritt S1 wird die Oberfläche des Oberflächenmodells 8 vernetzt. Als Ergebnis E1 entstehen Flächenelemente. 3 shows a flowchart for the method. This flowchart illustrates the generation of the representation. In a step S1, the surface of the surface model becomes 8th networked. As a result E1 surface elements arise.

In einem Schritt S2 wird für jedes Flächenelement FE jeweils ein Normalenvektor n → berechnet. Dieser Normalenvektor n → steht senkrecht auf dem Flächenelement FE.In a step S2 is for every surface element FE is calculated in each case a normal vector n →. This normal vector n → stands perpendicular to the surface element FE.

In einem Schritt S3 werden diejenigen Flächenelemente ermittelt, die aus der Betrachtungsrichtung v → heraus sichtbar sind. Die sichtbaren Flächenelemente bilden das Ergebnis E2.In In a step S3, those surface elements are determined which are visible from the viewing direction v → out. The visible surface elements form the result E2.

In einem Schritt S4 werden Bildpunkte des Oberflächenmodells ausgewählt. Die zu erzeugende Darstellung 9 umfaßt diese Bildpunkte und zeigt diese mit jeweils einem berechneten Farbton und einer berechneten Lichtintensität an. Vorzugsweise werden Bildpunkte dieser sichtbaren Flächenelemente als Bildpunkte der zu erzeugenden Darstellung 9 ausgewählt. Die ausgewählten Bildpunkte bilden das Ergebnis E3.In a step S4, pixels of the surface model are selected. The representation to be generated 9 includes these pixels and displays them each with a calculated hue and a calculated light intensity. Preferably, pixels of these visible surface elements as pixels of the representation to be generated 9 selected. The selected pixels form the result E3.

Für jeden ausgewählten Bildpunkt BP wird in einem Schritt S5 ein Gesamt-Helligkeitswert HW_BP berechnet. Die weiteren Schritte vonFor each chosen Pixel BP becomes a total brightness value in a step S5 HW_BP calculated. The next steps of

4 zeigt ein Flußdiagramm, das im Detail illustriert, wie im Schritt S5 von 3 der Gesamt-Helligkeitswerts HW_BP eines ausgewählten Bildpunkts BP berechnet wird. Für jeden ausgewählten Bildpunkt BP wird im Schritt S9 jeweils ein Normalenvektor n → berechnet. Dieser Normalenvektor n → steht senkrecht auf dem Oberflächenmodell 8 und zeigt vom Oberflächenmodell 8 nach außen. Im Ausführungsbeispiel wird jeder Normalenvektor n → normiert, so daß ∥n →∥ = 1 gilt. 4 FIG. 10 is a flowchart illustrating in detail how in step S5 of FIG 3 the total brightness value HW_BP of a selected pixel BP is calculated. For each selected pixel BP, a normal vector n → is calculated in each case in step S9. This normal vector n → is perpendicular to the surface model 8th and shows from the surface model 8th outward. In the exemplary embodiment, each normal vector n → is normalized, so that ∥n → ∥ = 1.

Falls der Bildpunkt im Inneren des Flächenelements liegt, wird vorzugsweise der Normalenvektor des Flächenelements als der Normalenvektor n → des Bildpunkts verwendet. Falls der ausgewählte Bildpunkt ein Eckpunkt mehrerer Flächenelemente ist, wird vorzugsweise aus den Normalenvektoren der angrenzenden Flächenelemente ein gemittelter Normalenvektor berechnet und als der Normalenvektor n → des Bildpunkts verwendet. Hierfür wird die Summe aller Normalenvektoren der angrenzenden Flächenelemente berechnet, und die Summe wird vorzugsweise auf die Länge 1 normiert.If the pixel inside the surface element is preferably the normal vector of the surface element is used as the normal vector n → of the pixel. If the selected pixel a corner point of several surface elements is preferably from the normal vectors of the adjacent surface elements an average normal vector is calculated and expressed as the normal vector n → des Pixel used. Therefor becomes the sum of all normal vectors of the adjacent surface elements calculated, and the sum is preferably normalized to the length of 1.

Vorgegeben wird eine Beleuchtungsrichtung r →. Diese Beleuchtungsrichtung r → ist eine Richtung einer auf den Gegenstand einwirkenden Beleuchtung, beispielsweise die Richtung, aus der die Sonne auf den Gegenstand einstrahlt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Beleuchtungsrichtung r → durch einen Vektor vorgegeben, der vom Oberflächenmodell 8 weg in Richtung der ersten Lichtquelle zeigt. Die erste Lichtquelle ist im Ausführungsbeispiel eine diffuse Lichtquelle, z. B. das Tageslicht bei wenigstens teilweise bedecktem Himmel. Vorzugsweise ist die Intensität der Beleuchtung rotationssymmetrisch bezüglich einer gedachten Rotationsachse durch den Gegenstand. Der Richtungsvektor r → liegt in dieser Ausgestaltung auf der Rotationsachse der rotationssymmetrischen Beleuchtung. Beispielsweise wird die Beleuchtungsrichtung durch einen Richtungsvektor vorgegeben, der vom Oberflächenmodell weg zeigt und auf der Rotationsachse liegt. Der Richtungsvektor r → zeigt also vom Gegenstand weg in Richtung der Lichtquelle, z. B, in Richtung zur Sonne oder zum Zenit. Weil es zwei Richtungsvektoren gleicher Länge, die auf der Rotationsachse liegen, gibt, wird vorzugsweise derjenige gewählt, der in die Richtung desjenigen Halbraums zeigt, aus dem mehr Licht auf den Gegenstand einwirkt. Beispielsweise zeigt der Richtungsvektor r → in Richtung des Zenits, also von der Erdoberfläche senkrecht nach oben.A lighting direction r → is specified. This illumination direction r → is a direction of an illumination acting on the object, for example the direction from which the sun shines on the object. In this embodiment, the illumination direction r → is given by a vector derived from the surface model 8th pointing away towards the first light source. The first light source is in the embodiment, a diffuse light source, for. B. the daylight at least partially cloudy sky. Preferably, the intensity of the illumination is rotationally symmetrical with respect to an imaginary rotation axis through the object. The direction vector r → lies in this embodiment on the axis of rotation of the rotationally symmetrical illumination. For example, the direction of illumination is given by a direction vector which points away from the surface model and lies on the axis of rotation. The direction vector r → thus points away from the object in the direction of the light source, z. B, towards the sun or zenith. Because there are two directional vectors of equal length lying on the axis of rotation, it is preferable to choose one pointing in the direction of that half-space from which more light is applied to the article. For example, the direction vector r → points in the direction of the zenith, that is from the earth's surface vertically upwards.

Für jeden ausgewählten Bildpunkt wird in einem Schritt S10 von 4 der cosinus cos(θ) des Winkels θ zwischen dem Normalenvektor n → des Bildpunkts und dem vorgegebenen ersten Richtungsvektor r → zur diffusen Lichtquelle mittels des Skalarprodukts berechnet, und zwar gemäß der Rechenvorschrift

For each selected pixel, in step S10 of FIG 4 the cosine cos (θ) of the angle θ between the normal vector n → of the pixel and the predetermined first direction vector r → to the diffused light source is calculated by means of the dot product, according to the calculation rule

Dieser Winkel θ liegt zwischen 0 Grad und 180 Grad. Vorzugsweise wird er im Bogenmaß ausgedrückt, liegt also zwischen 0 und π. Vorzugsweise werden sowohl der Normalenvektor n → als auch der Beleuchtungsrichtungs-Vektor r → auf die Länge 1 normiert, so daß gilt: cos(θ) = <n →, r →>.This Angle θ is between 0 degrees and 180 degrees. Preferably, it is expressed in radians ie between 0 and π. Preferably, both the normal vector n → and the illumination direction vector r → become the length 1 normalized, so that cos (θ) = <n →, r →>.

Der Standard ISO 15469:2004 beschreibt verschiedene Typen von Himmelsbeleuchtungen, darunter die rotationssymmetrischen Typen CIE 1, 3 und 5 sowie den als Typ 16 geführten „traditionellen bedeckten Himmel". In 2 werden Graphen von Helligkeitsfunktionen verschiedener derartiger Himmelsbeleuchtungen gezeigt. Auf der x-Achse ist der Winkel θ zwischen der Normalen n → auf einem beleuchteten Gegenstand und der Beleuchtungsrichtung r → aufgetragen. Auf der y-Achse ist die vom Winkel θ abhängende und auf das Intervall 0,1 normierte Beleuchtungsintensität aufgetragen.The ISO 15469: 2004 standard describes various types of sky lighting, including the rotationally symmetric types CIE 1, 3 and 5, and the type 16 "traditional clouded sky" 2 graphs of brightness functions of various such sky lights are shown. On the x-axis, the angle θ is plotted between the normal n → on an illuminated object and the illumination direction r →. The y-axis plots the illumination intensity dependent on the angle θ and normalized to the interval 0.1.

Die Kurve 12 beschreibt die Helligkeitsfunktion des isotropen Himmels, der im Typ CIE 5 („sky of uniform luminance") standardisiert ist. Die Kurve 12 zeigt den Graphen der Helligkeitsfunktion HF_iso mit HF_iso(θ) = [cos(θ) + 1]/2 The curve 12 describes the brightness function of the isotropic sky, which is standardized in the CIE 5 ("sky of uniform luminance") 12 shows the graph of the brightness function HF_iso HF_iso (θ) = [cos (θ) + 1] / 2

Die Kurve 12 in 2 hängt nur vom cosinus des Winkels θ ab, aber nicht vom Winkel θ selber.The curve 12 in 2 depends only on the cosine of the angle θ, but not on the angle θ itself.

In 2 wird weiterhin eine gestrichelte Linie 11 gezeigt. Diese gestrichelte Linie 11 ist der Graph einer Helligkeitsfunktion einer gerichteten Lichtquelle. Eine künstliche Lichtquelle ist eine solche gerichtete Lichtquelle und weist eine Helligkeitsfunktion so wie oder ähnlich der Linie 11 auf. Die Helligkeitsfunktion HF_punkt weist die Form HF_punkt(θ) = max [cos(θ), 0]auf.In 2 will continue to be a dashed line 11 shown. This dashed line 11 is the graph of a brightness function of a directional light source. An artificial light source is such a directed light source and has a brightness function as well as similar to the line 11 on. The brightness function HF_punkt has the form HF_point (θ) = max [cos (θ), 0] on.

Der Verlauf 13 in 2 zeigt den Graphen der Helligkeitsfunktion HF_trad des „traditionellen bedeckten Himmels". Ein mathematisches Modell für diesen „traditionellen bedeckten Himmel" wurde in P. Moon, D. E. Spencer: „Illumination from a Non-Uniform Sky", Illuminating Engineering No. 37 (1942), pp.707-726, eingeführt. Der „traditionelle bedeckte Himmel" wurde 1996 zum CIE-Standard erhoben. Seine Helligkeitsfunktion HF-trad hat die Form:

The history 13 in 2 shows the graph of the luminance function HF_trad of the "traditional overcast sky." A mathematical model for this "traditional overcast sky" was presented in P. Moon, DE Spencer: "Illumination from a Non-Uniform Sky," Illuminating Engineering No. 37 (1942). , pp.707-726, was introduced in 1996 as the CIE Standard. Its brightness function HF-trad has the form:

Wie oben beschrieben, werden Bildpunkte der Flächenelemente ausgewählt. Für jeden dieser Bildpunkte wird ein Basis-Farbton FT_BP vorgegeben. Dieser Basis-Farbton FT_BP beschreibt die Mattheit oder diffuse Reflexion, also ein Farbton, der nicht von der Betrachtungsrichtung v → abhängt. Beispielsweise wird für jedes Flächenelement der oben beschriebenen Zerlegung ein solcher Basis-Farbton vorgegeben, und jeder Bildpunkt des Flächenelements erhält denselben Basis-Farbton. Möglich ist auch, für jeden Eckpunkt eines Flächenelements einen Basis-Farbton vorzugeben und den Basis-Farbton eines Bildpunkts im Inneren durch Interpolation über die Basis-Farbtöne der Eckpunkte zu berechnen. Die Interpolation hängt von der Position des Bildpunkts im Flächenelement ab.As described above, pixels of the area elements are selected. For each these pixels become a basic hue FT_BP specified. This basic color FT_BP describes the dullness or diffuse reflection, ie a hue that does not depend on the viewing direction v →. For example will for each surface element given the above-described decomposition such a basic hue, and each pixel of the surface element receives the same basic hue. Possible is also, for every vertex of a surface element to specify a basic hue and the base hue of a pixel inside through interpolation over the basic shades to calculate the vertices. The interpolation depends on the position of the pixel in the surface element from.

Diese Basis-Farbtöne der Bildpunkte lassen sich unabhängig von der Menge der vom Bildschirmgerät 2 verarbeitbaren Eingangssignale sowie unabhängig von den Beleuchtungen und deren Farbtönen und Lichtintensitäten festlegen und verändern.These basic color tones of the pixels can be independent of the amount of the screen device 2 determine and change the input signals that can be processed, as well as the lighting and its color shades and light intensities.

Vorzugsweise wird der Basis-Farbton jedes Bildpunkts BP unter Verwendung eines RGB-Vektors vorgegeben. Jeder Basis-Farbton FT_BP mit einem RGB-Vektor umfaßt dann drei Werte, nämlich einem Rotwert FT_BP_r, einem Grünwert FT_BP_g und einem Blauwert FT_BP_b. Der Rotwert gibt an, welcher prozentuale Anteil von einfallendem rotem Licht reflektiert wird.Preferably, the basic hue of each pixel BP is given using an RGB vector. Each basic hue FT_BP with an RGB vector then comprises three values, namely a red value FT_BP_r, a green value FT_BP_g and a blue value FT_BP_b. The red value indicates which percentage Proportion of incident red light is reflected.

Entsprechend geben der Grünwert und der Blauwert an, welcher Anteil von grünem bzw. blauem Licht reflektiert wird. Das Verhältnis der Werte zueinander bestimmt den Basis-Farbton. Der Basis-Farbton gibt an, in welcher Farbe und Helligkeit weißes Licht reflektiert wird.Corresponding give the green value and the blue value, which reflects the proportion of green or blue light becomes. The relationship of the values to each other determines the basic hue. The basic color tone indicates in which color and brightness white light is reflected.

Vorgegeben wird weiterhin eine Farbton-Lichtintensität LI_LQ der Beleuchtung durch diffuses Tageslicht. Auch diese Farbton-Lichtintensität ist ein RGB-Vektor mit einem Rotwert LI_LQ_r, einem Grünwert LI_LQ_g und einem Blauwert LI_LQ_b.set continues to be a hue light intensity LI_LQ of lighting through diffused daylight. Also, this hue light intensity is on RGB vector with a red value LI_LQ_r, a green value LI_LQ_g and a blue value LI_LQ_b.

Zu berechnen ist die Farbton-Lichtintensität HW_BP jedes ausgewählten Bildpunkts BP. Diese hängt von der vorgegebenen Farbton-Lichtintensität LI_LQ der Tageslicht-Beleuchtung, vom Winkel θ sowie vom Basis-Farbton FT_BP des Bildpunkts ab. Der Rotwert HW_BP_r, der Grünwert HW_BP_g und der Blauwert HW_BP_b sind so zu berechnen, daß gilt: HW_BP_r = LI_LQ_r·HF_iso(θ)·FT_BP_r HW_BP_g = LI_LQ_g·HF_iso(θ)·FT_BP_g HW_BP_b = LI_LQ_b·HF_iso(θ)·FT_BP_b To calculate is the hue light intensity HW_BP of each selected pixel BP. This depends on the given hue light intensity LI_LQ of the daylight illumination, on the angle θ and on the basic hue FT_BP of the pixel. The red value HW_BP_r, the green value HW_BP_g and the blue value HW_BP_b must be calculated in such a way that the following applies: HW_BP_r = LI_LQ_r · HF_iso (θ) · FT_BP_r HW_BP_g = LI_LQ_g · HF_iso (θ) · FT_BP_g HW_BP_b = LI_LQ_b · HF_iso (θ) · FT_BP_b

Die Erfindung zeigt einen Weg auf, diese Werte besonders schnell und mit wenig Rechenzeit durchzuführen.The Invention shows a way to make these values particularly fast and easy to perform with little computing time.

In diesem Ausführungsbeispiel ist jeder Rotwert, jeder Grünwert und jeder Blauwert ein Zahlwert zwischen –1 und +1. Möglich sind aber auch andere Codierungen von Farbton-Lichtintensitäten. Die Spezifikation von OpenGL erlaubt für einen Rotwert, einen Grünwert und/oder einen Blauwert auch andere Codierungen. OpenGL wird in M. Segal, K. Akeley: „The OpenGL Graphics System – A Specification (Version 1.2.1)" vom 1. April 1999 spezifiziert.In this embodiment is every red value, every green value and each blue value is a number between -1 and +1. Possible are but also other codings of hue-light intensities. The specification of OpenGL allows for a red value, a green value and / or a blue value also other codings. OpenGL will be in M. Segal, K. Akeley: "The OpenGL Graphics System - A Specification (Version 1.2.1) "from April 1, 1999 specified.

Im Schritt S11 von 4 wird unter Verwendung von cos(θ) ein Funktionswert HF_punkt(θ) der Helligkeitsfunktion einer gerichteten Lichtquelle berechnet. Vorzugsweise wird diejenige Helligkeitsfunktion verwendet, die in 2 durch den Graphen 11 dargestellt ist und für die HF_punkt (θ) = max [cos(θ), 0] gilt.In step S11 of 4 is calculated using cos (θ) a function value HF_punkt (θ) of the brightness function of a directional light source. Preferably, the brightness function used in 2 through the graph 11 and for which HF_point (θ) = max [cos (θ), 0].

Ein erster Helligkeitswert HW1_BP jedes Bildpunkts BP wird in einem Schritt S12 von 4 berechnet. Dieser erste Helligkeitswert HW1_BP des Bildpunkts BP wird dergestalt berechnet, daß er aus einer Beleuchtung des Gegenstands durch eine gerichteten Ersatz-Lichtquelle aus der vorgegebenen Beleuchtungsrichtung r →. Als Codierung der Farbton-Lichtintensität der gerichteten Ersatz-Lichtquelle wird die Hälfte der vorgegebenen Farbton-Lichtintensitäts-Codierung LI_LQ verwendet.A first brightness value HW1_BP of each pixel BP is determined in a step S12 of FIG 4 calculated. This first brightness value HW1_BP of the pixel BP is calculated such that it results from an illumination of the object by a directed replacement light source from the predetermined illumination direction r →. As the coding of the hue light intensity of the directed substitute light source, half of the predetermined hue light intensity coding LI_LQ is used.

Der erste Helligkeitswert HW1_BP hat die Form einer Farbton-Lichtintensität und weist einen Rotwert HW1_BP_r, einen Grünwert HW1_BP_g und einen Blauwert HW1_HP_b auf. Diese drei Werte werden vorzugsweise durch die Rechenvorschriften HW1_BP_r = [LI_LQ_r·HF_punkt(θ)·FT_BP_r]/2 HW1_BP_g = [LI_LQ_g·HF_punkt(θ)·FT_BP_g]/2 HW1_BP_b = [LI_LQ_b·HF_punkt(θ)·FT_BP_b]/2berechnet.The first brightness value HW1_BP has the form of a hue light intensity and has a red value HW1_BP_r, a green value HW1_BP_g and a blue value HW1_HP_b. These three values are preferably determined by the calculation rules HW1_BP_r = [LI_LQ_r · HF_point (θ) · FT_BP_r] / 2 HW1_BP_g = [LI_LQ_g · HF_point (θ) · FT_BP_g] / 2 HW1_BP_b = [LI_LQ_b · HF_point (θ) · FT_BP_b] / 2 calculated.

Ein zweiter Helligkeitswert HW2_BP jedes Bildpunkts BP wird in einem Schritt S13 von 4 berechnet. Dieser zweite Helligkeitswert HW2_BP des Bildpunkts BP wird dergestalt berechnet, daß er aus einer Beleuchtung des Gegenstands durch eine weitere gerichtete Ersatz-Lichtquelle aus der der vorgegebenen Beleuchtungsrichtung r → entgegengesetzten Richtung und mit einer Farbton-Lichtintensität, deren Codierung gleich der Hälfte der negativen vorgegebenen Farbton-Lichtintensitäts-Codierung LI_LQ ist, resultiert.A second brightness value HW2_BP of each pixel BP is changed in step S13 of FIG 4 calculated. This second brightness value HW2_BP of the pixel BP is calculated such that it consists of illumination of the object by a further directed substitute light source from the direction opposite to the predetermined illumination direction r → and with a hue light intensity whose encoding is equal to half the negative predetermined hue Light intensity coding is LI_LQ results.

Weil der Winkel zwischen der Beleuchtungsrichtung r → und der Normalen n → gleich θ ist, beträgt der Winkel zwischen der entgegengesetzten Richtung und der Normalen gleich π – θ.Because the angle between the illumination direction r → and the normal n → equals θ, the angle is between the opposite direction and the normal is equal to π - θ.

Auch der zweite Helligkeitswert HW2_BP hat die Form einer Farbton-Lichtintensität und weist einen Rotwert HW2_BP_ r, einen Grünwert HW2_BP_g und einen Blauwert HW2_BP_b auf.Also the second brightness value HW2_BP has the form of a hue light intensity and has a red value HW2_BP_ r, a green value HW2_BP_g and a blue value HW2_BP_b on.

Diese drei Werte werden vorzugsweise durch die Rechenvorschriften HW2_BP_r = [(–LI_LQ_r)·HF_punkt(π – θ)·FT_BP_]/2 HW2_BP_g = [(–LI_LQ_g)·HF_punkt(π – θ)·FT_BP_g]/2 HW2_BP_b = [(–LI_LQ_b)·HF_punkt(π – θ)·FT_BP_b]/2berechnet.These three values are preferably determined by the calculation rules HW2_BP_r = [(-LI_LQ_r) * HF_point (π-θ) * FT_BP_] / 2 HW2_BP_g = [(-LI_LQ_g) * HF_point (π-θ) * FT_BP_g] / 2 HW2_BP_b = [(-LI_LQ_b) * HF_point (π-θ) * FT_BP_b] / 2 calculated.

In den zweiten Helligkeitswert fließt eine Codierung durch einen negativen Wert für die Lichtintensität ein, nämlich –LI_LQ_r. Ein solcher negativer Wert läßt sich beispielsweise als ein Schattenwurf interpretieren, der den ersten Helligkeitswert HW1_BP reduziert, oder als eine Absorption von Licht.In the second brightness value is encoded by one negative value for the light intensity, namely -LI_LQ_r. Such a negative value can be For example, interpret as a shadow that the first Brightness value HW1_BP reduced, or as an absorption of light.

Ein dritter Helligkeitswert HW3_BP jedes Bildpunkts BP wird in einem Schritt S14 von 4 berechnet. Dieser dritte Helligkeitswert HW2_BP des Bildpunkts BP wird dergestalt berechnet, daß er aus einer Beleuchtung des Gegenstands resultiert, die aus jeder Richtung die gleiche vorgegebene Farbton-Lichtintensität aufweist. Der dritte Helligkeitswert HW3_BP hängt also nicht vom Winkel θ ab.A third brightness value HW3_BP of each pixel BP is changed in step S14 of FIG 4 calculated. This third brightness value HW2_BP of the pixel BP is calculated to result from illumination of the object having the same predetermined hue light intensity from each direction. The third brightness value HW3_BP does not depend on the angle θ.

Auch der dritte Helligkeitswert HW3_BP hat im Ausführungsbeispiel die Form einer Farbton-Lichtintensität und weist einen Rotwert HW3_BP_r, einen Grünwert HW3_BP_g und einen Blauwert HW3_BP_b auf. Diese drei Werte werden vorzugsweise durch die Rechenvorschriften HW3_BP_r = LI_LQ_r·FT_BP_r/2 HW3_BP_g = LI_LQ_g·FT_BP_g/2 HW3_BP_b = LI_LQ_b·FT_BP_b/2berechnet.In the exemplary embodiment, the third brightness value HW3_BP also has the form of a hue light intensity and has a red value HW3_BP_r, a green value HW3_BP_g and a blue value HW3_BP_b. These three values are preferably determined by the calculation rules HW3_BP_r = LI_LQ_r · FT_BP_r / 2 HW3_BP_g = LI_LQ_g · FT_BP_g / 2 HW3_BP_b = LI_LQ_b · FT_BP_b / 2 calculated.

Heutige Datenverarbeitungssysteme weisen üblicherweise eine Schnittstelle auf, die zu OpenGL oder einer anderen standardisierten Graphik-Schnittstelle kompatibel ist. Die drei Helligkeitswerte resultieren aus der Beleuchtung durch zwei gerichtete Lichtquellen sowie eine räumlich konstante Lichtquelle („ambientes Licht"). Daher lassen sich die drei Helligkeitswerte mit einer üblichen Datenverarbeitungsanlage leicht berechnen. Die Farbton-Lichtintensität sowie die Position einer gerichteten Lichtquelle sind leicht einstellbare Parameter. OpenGL erlaubt auch negative Werte für einen Rotwert, einen Grünwert oder einen Blauwert.today Data processing systems usually have an interface on to OpenGL or any other standardized graphics interface is compatible. The three brightness values result from the lighting by two directed light sources and a spatially constant light source ("Ambientes light"). Therefore you can the three brightness values with a conventional data processing system easy to calculate. The hue light intensity as well as the position of a Directional light source are easily adjustable parameters. OpenGL also allows negative values for a red value, a green value or a blue value.

Jeweils ein Gesamt-Helligkeitswert HW_BP jedes ausgewählten Bildpunkts BP wird im Schritt S5 von 3 berechnet. Dieser Gesamt-Helligkeitswert HW_BP hat die Form einer Farbton-Lichtintensität und weist einen Rotwert HW_BP_r, einen Grünwert HW_BP_g und einen Blauwert HW_BP_b auf. Diese drei Werte werden durch die Rechenvorschriften HW_BP_r = HW1_BP_r + HW2_BP_r + HW3_BP_r HW_BP_g = HW1_BP_g + HW2_BP_g + HW3_BP_g HW_BP_b = HW1_BP_b + HW2_BP_b + HW3_BP_b. In each case, a total brightness value HW_BP of each selected pixel BP is determined in step S5 of FIG 3 calculated. This total brightness value HW_BP has the form of a hue light intensity and has a red value HW_BP_r, a green value HW_BP_g and a blue value HW_BP_b. These three values are determined by the calculation rules HW_BP_r = HW1_BP_r + HW2_BP_r + HW3_BP_r HW_BP_g = HW1_BP_g + HW2_BP_g + HW3_BP_g HW_BP_b = HW1_BP_b + HW2_BP_b + HW3_BP_b.

Dieser Gesamt-Helligkeitswert HW_BP jedes Bildpunkts BP beschreibt realitätsnah die Beleuchtung durch diffuses Tageslicht. Der Rotwert HW_BP_r hat den Wert HW_BP_r = HW1_BP_r + HW2_BP_r + HW3_BP_r = [LI_LQ_r·HF_punkt(θ)·FT_BP_r]/2 + [(–LI_LQ_r)·HF_punkt(π – θ)·FT_BP_r]/2 + LI_LQ_r·FT_BP_r/2 = LI_LQ_r·[HF_punkt(θ) – HF_punkt(π – θ) + 1]·FT_BP_r/2. This total brightness value HW_BP of each pixel BP describes the illumination by diffused daylight in a realistic manner. The red value HW_BP_r has the value HW_BP_r = HW1_BP_r + HW2_BP_r + HW3_BP_r = [LI_LQ_r * HF_point (θ) * FT_BP_r] / 2 + [(-LI_LQ_r) * HF_point (π-θ) * FT_BP_r] / 2 + LI_LQ_r * FT_BP_r / 2 = LI_LQ_r * [HF_point ( θ) - HF_point (π - θ) + 1] · FT_BP_r / 2.

Vorzugsweise wird die gerichtete Ersatz-Lichtquelle durch die Helligkeitsfunktion HF_Punkt(θ) = max [cos(θ), 0]beschrieben. Dann ist HF_Punkt(θ) – HF_Punkt(π – θ) + 1 = max [cos(θ, 0] – max [cos(π – θ), 0] + 1 = cos(θ) + 1. Preferably, the directional replacement light source becomes the brightness function HF_point (θ) = max [cos (θ), 0] described. Then HF_point (θ) - HF_point (π - θ) + 1 = max [cos (θ, 0] - max [cos (π - θ), 0] + 1 = cos (θ) + 1.

Somit folgt: HW_BP_r = LI_LQ_r·[cos(θ) + 1]·FT_BP_r/2. Thus follows: HW_BP_r = LI_LQ_r · [cos (θ) + 1] · FT_BP_r / 2.

Weil HF_iso(θ) = [cos(θ) + 1]/2 gilt, ist HW_BP_r = LI_LQ_r·HF_iso(θ)·FT_BP_r. Because HF_iso (θ) = [cos (θ) + 1] / 2 holds HW_BP_r = LI_LQ_r · HF_iso (θ) · FT_BP_r.

Die entsprechenden Rechenvorschriften gelten für den Grünwert HW_BP_g und den Blauwert HW_BP_b. Somit liefert das erfindungsgemäße Verfahren tatsächlich den geforderten Rotwert, Grünwert und Blauwert jedes ausgewählten Bildpunkts.The corresponding calculation rules apply to the green value HW_BP_g and the blue value HW_BP_b. Thus, the inventive method provides indeed the required red value, green value and blue value of each selected Pixel.

In den Rechenvorschriften tritt ausschließlich der cosinus cos(θ) auf, aber nicht der Winkel (θ) selber oder eine andere Funktion des Winkels. Der cosinus läßt sich wie oben beschrieben schnell mit Hilfe des Skalarprodukts von r → und n → berechnen. Weitere Berechnungen würden mehr Rechenzeit erfordern. Diese werden nicht durch vorhandene Graphik-Hardware realisiert und erfordern zusätzliche Implementierung.In only the cosinus cos (θ) occurs, but not the angle (θ) yourself or another function of the angle. The cosinus settles as described above, calculate quickly using the scalar product of r → and n →. Further calculations would require more computing time. These are not realized by existing graphics hardware and require additional Implementation.

Für jeden ausgewählten Bildpunkt BP wurde wie oben beschrieben im Schritt S5 von 3 jeweils ein Gesamt-Helligkeitswert HW_BP mit dem Rotwert HW_BP_r, dem Grünwert HW_BP_g und dem Blauwert HW_BP_b. In einem Schritt S6 wird der Gesamt-Helligkeitswert HW_BP in ein vom Bildschirmgerät 2 verarbeitbares Eingangssignal ES_BP transformiert. Viele Bildschirmgeräte vermögen ausschließlich RGB-Vektoren zu verarbeiten, die aus drei 8-Bit-Werten bestehen. Diese drei Werte sind die drei Codierungen für den Rotwert, den Grünwert und den Blauwert. In diesem Falle ist also jedes Eingangssignal ein RGB-Vektor und besteht aus drei ganzen zahlen, die jeweils zwischen 0 und 255 liegen. Das Verfahren läßt sich aber auch für jede andere Form von verarbeitbaren Eingangsiqnalen anwenden.For each selected pixel BP, as described above, in step S5 of FIG 3 in each case an overall brightness value HW_BP with the red value HW_BP_r, the green value HW_BP_g and the blue value HW_BP_b. In a step S6, the total brightness value HW_BP is changed to from the display device 2 processable input signal ES_BP transformed. Many VDUs can only process RGB vectors consisting of three 8-bit values. These three values are the three encodings for the red value, the green value, and the blue value. In this case, each input signal is an RGB vector and consists of three integer numbers, each lying between 0 and 255. However, the method can also be used for any other form of processible input signals.

Vorzugsweise wird die Transformation wie folgt durchgeführt: Vorgegeben werden ein RGB-Vektor mit dem Rotwert LI_BG_max_r, dem Grünwert LI_BG_max_g und dem Blauwert LI_BG_max_b eines reinen Weiß mit der maximal vom Bildschirmgerät 2 darstellbaren Lichtintensität. Beispielsweise gilt LI_BG_max_r = LI_BG_max_g = LI_BG_max_r = 255. Das verarbeitbare Eingangssignal ES_BP für jeden Bildpunkt umfaßt einen RGB-Vektor mit dem Rotwert ES_BP_r, dem Grünwert ES_BP_g und dem Blauwert ES_BP_b. Die Transformation wird in dieser Ausgestaltung gemäß den Rechenvorschriften

berechnet. Hierbei bezeichnet floor(x) die größte ganze Zahl, die kleiner oder gleich x ist.Preferably, the transformation is carried out as follows: An RGB vector with the red value LI_BG_max_r, the green value LI_BG_max_g and the blue value LI_BG_max_b of a pure white with the maximum of the video display device is specified 2 displayable light intensity. For example, LI_BG_max_r = LI_BG_max_g = LI_BG_max_r = 255. The processable input signal ES_BP for each pixel comprises an RGB vector with the red value ES_BP_r, the green value ES_BP_g, and the blue value ES_BP_b. The transformation is in this embodiment according to the calculation rules

calculated. Where floor (x) denotes the largest integer less than or equal to x.

Eine rechnerverfügbare Darstellung 9 des beleuchteten Gegenstandes wird erzeugt. Dies geschieht in einem Schritt S7 von 3. Diese Darstellung 9 wird in dem Ausführungsbeispiel mit Hilfe des Oberflächenmodells 8 generiert. Sie umfaßt die ausgewählten Bildpunkte und deren Positionen und berechneten resultierenden Farbton-Lichtintensitäten.A computer-accessible representation 9 the illuminated object is generated. This is done in a step S7 of 3 , This illustration 9 becomes in the embodiment by means of the surface model 8th generated. It includes the selected pixels and their positions and calculated resulting hue light intensities.

In der bislang beschriebenen Ausführungsform wird die Darstellung 9 unmittelbar nach ihrer Erzeugung an das Bildschirmgerät 2 übermittelt und von diesem angezeigt. In einer Abwandlung dieser Ausführungsform wird statt dessen eine Datei erzeugt, die die erzeugte Darstellung 9 umfaßt. Diese Datei wird zu einem gewünschten Zeitpunkt an das Bildschirmgerät 2 übermittelt und von diesem angezeigt. Die Übermittlung wird z. B. mittels einer CD oder einem anderen mobilen Datenträger oder aber mittels des Internets oder eines anderen Datennetzes durchgeführt. Möglich ist, daß eine erste Datenverarbeitungsanlage die Datei mit der Darstellung 9 erzeugt und eine zweite Datenverarbeitungsanlage diese Datei auswertet und die Darstellung 9 anzeigt.In the embodiment described so far, the illustration 9 immediately after their production to the screen device 2 transmitted and displayed by this. In a modification of this embodiment, instead, a file is generated that contains the generated representation 9 includes. This file will be sent to the display device at the desired time 2 transmitted and displayed by this. The transmission is z. B. performed by means of a CD or other mobile data carrier or by means of the Internet or other data network. It is possible that a first data processing system, the file with the representation 9 generated and a second data processing system evaluates this file and the presentation 9 displays.

Liste der verwendeten Bezugszeichen und Symbole

List of used reference signs and symbols

Claims

Method for automatically generating a three-dimensional computer-accessible representation ( 9 ) of an object illuminated by daylight, wherein - a computer-available three-dimensional surface model ( 8th ) of the object, - a direction of illumination (r →) as a direction of the daylight illumination acting on the object, and - a coding (LI_LQ) for a brightness value of the daylight illumination, and the method comprising steps carried out automatically using a data processing system in that pixels (BP) of the surface model ( 8th ) are selected for each selected pixel (BP) - at least one normal (n →) on the surface model ( 8th ) in the pixel (BP) is calculated, - the angle (θ) between the normal (n →) and the illumination direction (r →) is calculated and - a brightness value of the pixel (BP) is calculated as a function of the angle (θ), and using the selected pixels and their brightness values, the representation ( 9 ) of the object is generated in such a way that a pixel (BP) is represented brighter, the greater its brightness value (HW_BP), characterized in that for each pixel (BP) - a first brightness value (HW1_BP) of the pixel (BP) is calculated such that the first brightness value (HW1_BP) results from illumination of the object by a directed replacement light source from the predetermined illumination direction (r →), wherein the first brightness value (HW1_BP) is from the angle (θ) and from an encoding of the brightness value the replacement of the light source depends on the predetermined brightness value coding (L2_LQ), - a second brightness value (HW2_BP) of the pixel (BP) is calculated in such a way that the second brightness value (HW2_BP) is calculated from a Illumination of the object by another directional substitute light source from one of the predetermined illumination directions (r →) In the opposite direction, the second brightness value (HW2_BP) depends on the angle (θ) and a coding of the brightness value of the further substitute light source and the coding of the brightness value of the further substitute light source equals the negative value of the brightness value coding of the substitute light source - a third brightness value (HW3_BP) of the pixel (BP) is calculated such that the third brightness value (HW3_BP) results from further illumination of the object having the same brightness value from each direction, the coding of the brightness value of the further illumination of the predetermined brightness value coding (LI_LQ) depends, and - the sum of the first brightness value (HW1_BP) as the brightness value (HW_BP) of the pixel (BP), the second brightness value (HW2_BP) and the third brightness value (HW3_BP) of the pixel (BP) is used.

Method according to claim 1, characterized, that the given brightness value coding of daylight lighting on Shade light intensity is a red value (LI_LQ_r), a green value (LI_LQ_g) and a blue value Includes (LI_LQ_b) when first brightness value (HW1_BP) of each selected pixel (BP) respectively calculates a first hue light intensity which is a red value (HW1_BP_r), a green value (HW1_BP_g) and a Blue value (HW1_BP_b), when second brightness value (HW2_BP) of each selected pixel (BP) respectively calculates a second hue light intensity is a red value (HW2_BP_r), a green value (HW2_BP_g) and a Blue value (HW2_BP_b), and as the third brightness value (HW3_BP) of each selected pixel (BP) each calculates a third hue light intensity is a red value (HW3_BP_r), a green value (HW3_BP_g) and a Blue value (HW3_BP_b).

A method according to claim 1 or claim 2, characterized characterized in that Daylight illumination using the brightness function (HF1) of the Isotropic sky is described.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that the Illumination of the object by the replacement light source by means of a brightness function (HF_punkt) of a directional light source is described.

Method according to claim 4, characterized in that that at the calculation of the first brightness value (HW1_BP) of a selected pixel (BP) as factor of the function value of the brightness function (HF_punkt) the directional light source for the angle (θ) is used.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that as Brightness value coding of the directional substitute light source half of the predetermined brightness value coding (LI_LQ) is used.

Method according to one of claims 1 to 6, characterized that as Brightness value coding of the other lighting half the Brightness value encoding (LI_LQ) of the directional replacement light source is used.

Computer program product included in the internal memory a computer can be loaded and includes software sections, with to which a method according to one of claims 1 to 7 can be carried out, if the product is running on a computer.

Computer program product on one of one Computer readable medium is stored and stored by a computer has readable program means that cause the computer to to carry out a method according to one of claims 1 to 7.

Digital storage medium with electronically readable Control signals, so with a programmable data processing system can work together the existence Method according to one of the claims 1 to 7 executable is.

Data processing system for automatically generating a three-dimensional computer-accessible representation ( 9 ) of an object illuminated by daylight, the data processing system having read access to a data memory with - a computer-accessible three-dimensional surface model ( 8th ) of the object, - a computer-accessible description of a lighting direction (r →) as a direction of the daylight illumination acting on the object, and - a computer-available coding (LI_LQ) for the brightness value of the daylight illumination and configured to carry out the following steps: Selecting pixels (BP) of the surface model ( 8th ), for each selected pixel (BP) - calculating at least one normal (n →) on the surface model ( 8th ) in the pixel (BP), - calculating the angle (θ) between the normal (n →) and the illumination direction (r →) and Calculating a brightness value of the pixel (BP) as a function of the angle (θ) using the selected pixels and their brightness values Generating the representation (FIG. 9 ) of the object such that a pixel (BP) is displayed brighter the greater its brightness value (HW_BP), characterized in that the data processing equipment is designed to perform the following steps for each selected pixel (BP): - calculating a first brightness value (HW1_BP) of the pixel (BP) such that the first brightness value (HW1_BP) results from illumination of the object by a directed replacement light source from the predetermined illumination direction (r →), the first brightness value (HW1_BP) being from the angle (HW1_BP) θ) and depends on a coding of the brightness value of the substitute light source and the coding of the brightness value of the substitute light source from the predetermined brightness value encoding (LI_LQ) depends, - calculating a second brightness value (HW1_BP) of the pixel (BP) such that the second brightness value (HW2_BP) from illumination of the object by another g The second brightness value (HW2_BP) depends on the angle (θ) and on a coding of the brightness value of the further substitute light source and the coding of the brightness value of the further substitute light source. Light source is equal to the negative value of the brightness value coding of the substitute light source, - Calculating a third brightness value (HW1_BP) of the pixel (BP) such that the third brightness value (HW3_BP) results from a further illumination of the object, the same from each direction Brightness value, wherein the coding of the brightness value of the further illumination depends on the predetermined brightness value coding (L2_LQ), and - using the sum of the first brightness value (HW1_BP), the second brightness value (HW2_BP) and the third brightness value (HW3_BP) of the pixel (BP) as the brightness value of the image pu nts (BP).