@phdthesis{Schollmeyer,
  author    = {Schollmeyer, Andre},
  title     = {Efficient and High-Quality Rendering of Higher-Order Geometric Data Representations},
  doi       = {10.25643/bauhaus-universitaet.3823},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:wim2-20181120-38234},
  school      = {Bauhaus-Universit{\"a}t Weimar},
  pages     = {143},
  abstract  = {Computer-Aided Design (CAD) bezeichnet den Entwurf industrieller Produkte mit Hilfe von virtuellen 3D Modellen. Ein CAD-Modell besteht aus parametrischen Kurven und Fl{\"a}chen, in den meisten F{\"a}llen non-uniform rational B-Splines (NURBS). Diese mathematische Beschreibung wird ebenfalls zur Analyse, Optimierung und Pr{\"a}sentation des Modells verwendet. In jeder dieser Entwicklungsphasen wird eine unterschiedliche visuelle Darstellung ben{\"o}tigt, um den entsprechenden Nutzern ein geeignetes Feedback zu geben. Designer bevorzugen beispielsweise illustrative oder realistische Darstellungen, Ingenieure ben{\"o}tigen eine verst{\"a}ndliche Visualisierung der Simulationsergebnisse, w{\"a}hrend eine immersive 3D Darstellung bei einer Benutzbarkeitsanalyse oder der Designauswahl hilfreich sein kann. Die interaktive Darstellung von NURBS-Modellen und -Simulationsdaten ist jedoch aufgrund des hohen Rechenaufwandes und der eingeschr{\"a}nkten Hardwareunterst{\"u}tzung eine große Herausforderung. Diese Arbeit stellt vier neuartige Verfahren vor, welche sich mit der interaktiven Darstellung von NURBS-Modellen und Simulationensdaten befassen. Die vorgestellten Algorithmen nutzen neue F{\"a}higkeiten aktueller Grafikkarten aus, um den Stand der Technik bez{\"u}glich Qualit{\"a}t, Effizienz und Darstellungsgeschwindigkeit zu verbessern. Zwei dieser Verfahren befassen sich mit der direkten Darstellung der parametrischen Beschreibung ohne Approximationen oder zeitaufw{\"a}ndige Vorberechnungen. Die dabei vorgestellten Datenstrukturen und Algorithmen erm{\"o}glichen die effiziente Unterteilung, Klassifizierung, Tessellierung und Darstellung getrimmter NURBS-Fl{\"a}chen und einen interaktiven Ray-Casting-Algorithmus f{\"u}r die Isofl{\"a}chenvisualisierung von NURBSbasierten isogeometrischen Analysen. Die weiteren zwei Verfahren beschreiben zum einen das vielseitige Konzept der programmierbaren Transparenz f{\"u}r illustrative und verst{\"a}ndliche Visualisierungen tiefenkomplexer CAD-Modelle und zum anderen eine neue hybride Methode zur Reprojektion halbtransparenter und undurchsichtiger Bildinformation f{\"u}r die Beschleunigung der Erzeugung von stereoskopischen Bildpaaren. Die beiden letztgenannten Ans{\"a}tze basieren auf rasterisierter Geometrie und sind somit ebenfalls f{\"u}r normale Dreiecksmodelle anwendbar, wodurch die Arbeiten auch einen wichtigen Beitrag in den Bereichen der Computergrafik und der virtuellen Realit{\"a}t darstellen. Die Auswertung der Arbeit wurde mit großen, realen NURBS-Datens{\"a}tzen durchgef{\"u}hrt. Die Resultate zeigen, dass die direkte Darstellung auf Grundlage der parametrischen Beschreibung mit interaktiven Bildwiederholraten und in subpixelgenauer Qualit{\"a}t m{\"o}glich ist. Die Einf{\"u}hrung programmierbarer Transparenz erm{\"o}glicht zudem die Umsetzung kollaborativer 3D Interaktionstechniken f{\"u}r die Exploration der Modelle in virtuellenUmgebungen sowie illustrative und verst{\"a}ndliche Visualisierungen tiefenkomplexer CAD-Modelle. Die Erzeugung stereoskopischer Bildpaare f{\"u}r die interaktive Visualisierung auf 3D Displays konnte beschleunigt werden. Diese messbare Verbesserung wurde zudem im Rahmen einer Nutzerstudie als wahrnehmbar und vorteilhaft befunden.},
  subject      = {Rendering},
  language  = {en}
}