Tiefenkarte - Depth map

In diesem Artikel geht es um Techniken, die sich auf das Aufzeichnen von Entfernungen aus einer Perspektive beziehen. Informationen zum Ändern der Geometrie von Oberflächen - oder der Illusion davon - in der Computergrafik finden Sie unter Heightmap- und Bump-Mapping .
Dreidimensionale (3D)
Computergrafik
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Grundlagen
Primäre Verwendungen
verwandte Themen

In 3D-Computergrafik und Computer Vision ist eine Tiefenkarte ein Bild oder ein Bildkanal, der Informationen enthält, die sich auf die Entfernung der Oberflächen von Szenenobjekten von einem Standpunkt beziehen. Der Begriff bezieht sich auf Tiefenpuffer , Z-Puffer , Z-Puffer und Z-Tiefe und kann analog zu diesem sein . Das "Z" in diesen letzteren Begriffen bezieht sich auf eine Konvention, dass die zentrale Sichtachse einer Kamera in Richtung der Z-Achse der Kamera und nicht auf die absolute Z-Achse einer Szene liegt.

Beispiele

  • Kubische Struktur

  • Tiefenkarte: Näher ist dunkler

  • Tiefenkarte: Näher an der Fokusebene ist dunkler

Hier sind zwei verschiedene Tiefenkarten zusammen mit dem Originalmodell zu sehen, von dem sie abgeleitet sind. Die erste Tiefenkarte zeigt die Luminanz proportional zur Entfernung von der Kamera. Nähere Oberflächen sind dunkler; Weitere Oberflächen sind heller. Die zweite Tiefenkarte zeigt die Luminanz in Bezug auf die Abstände von einer nominalen Brennebene. Oberflächen, die näher an der Brennebene liegen, sind dunkler. Oberflächen, die weiter von der Brennebene entfernt sind, sind heller (sowohl näher als auch weiter vom Blickwinkel entfernt).

Verwendet

Nebeleffekt
Flacher Tiefenschärfeeffekt

Tiefenkarten haben eine Reihe von Verwendungsmöglichkeiten, darunter:

  • Simulation der Wirkung gleichmäßig dichter halbtransparenter Medien innerhalb einer Szene - wie Nebel, Rauch oder große Wassermengen.
  • Simulation geringer Schärfentiefen - wobei einige Teile einer Szene unscharf zu sein scheinen. Tiefenkarten können verwendet werden, um ein Bild selektiv in unterschiedlichem Maße zu verwischen. Eine geringe Schärfentiefe kann ein Merkmal der Makrofotografie sein, und daher kann die Technik Teil des Prozesses der Miniaturfälschung sein .
  • Z-Pufferung und Z-Culling, Techniken, mit denen das Rendern von 3D-Szenen effizienter gestaltet werden kann. Sie können verwendet werden, um Objekte zu identifizieren, die nicht sichtbar sind und daher für einige Rendering-Zwecke ignoriert werden können. Dies ist besonders wichtig in Echtzeitanwendungen wie Computerspielen, bei denen eine schnelle Abfolge abgeschlossener Renderings rechtzeitig verfügbar sein muss, damit sie regelmäßig und fest angezeigt werden können.
  • Schattenzuordnung - Teil eines Prozesses zum Erstellen von Schatten, die durch Beleuchtung in 3D-Computergrafiken geworfen werden. Bei dieser Verwendung werden die Tiefenkarten aus der Perspektive der Lichter berechnet, nicht aus der Sicht des Betrachters.
  • Bereitstellung der Entfernungsinformationen, die zum Erstellen und Generieren von Autostereogrammen und in anderen verwandten Anwendungen erforderlich sind, um die Illusion einer 3D-Betrachtung durch Stereoskopie zu erzeugen .
  • Streuung unter der Oberfläche - kann als Teil eines Prozesses zum Hinzufügen von Realismus verwendet werden, indem die halbtransparenten Eigenschaften von durchscheinenden Materialien wie menschlicher Haut simuliert werden.
  • In Computer Vision werden Tiefenkarten mit Einzel- oder Mehrfachansicht oder andere Bildtypen verwendet, um 3D-Formen zu modellieren oder zu rekonstruieren . Tiefenkarten können mit 3D-Scannern erstellt oder aus mehreren Bildern rekonstruiert werden .
  • In Machine Vision und Computer Vision, damit 3D-Bilder mit 2D-Bildwerkzeugen verarbeitet werden können.
Generieren und Rekonstruieren von 3D-Formen aus Tiefenkarten oder Silhouetten mit einer oder mehreren Ansichten
  • Erstellen von Tiefenbilddatensätzen.

Einschränkungen

  • Einkanal-Tiefenkarten zeichnen die erste gesehene Oberfläche auf und können daher keine Informationen über die Oberflächen anzeigen, die durch transparente Objekte gesehen oder gebrochen oder in Spiegeln reflektiert werden. Dies kann ihre Verwendung bei der genauen Simulation von Tiefenschärfe- oder Nebeleffekten einschränken.
  • Einkanal-Tiefenkarten können nicht mehrere Entfernungen übermitteln, wenn sie in der Ansicht eines einzelnen Pixels auftreten. Dies kann auftreten, wenn mehr als ein Objekt die Position dieses Pixels einnimmt. Dies könnte beispielsweise bei Modellen mit Haaren, Fell oder Gras der Fall sein. Allgemeiner können Kanten von Objekten mehrdeutig beschrieben werden, wenn sie teilweise ein Pixel bedecken.
  • Abhängig von der beabsichtigten Verwendung einer Tiefenkarte kann es nützlich oder notwendig sein, die Karte bei höheren Bittiefen zu codieren. Beispielsweise kann eine 8-Bit-Tiefenkarte nur einen Bereich von bis zu 256 verschiedenen Entfernungen darstellen.
  • Je nachdem, wie sie erzeugt werden, können Tiefenkarten den senkrechten Abstand zwischen einem Objekt und der Ebene der Szenenkamera darstellen. Beispielsweise kann eine Szenenkamera, die direkt auf eine flache Oberfläche zeigt und senkrecht dazu steht, einen gleichmäßigen Abstand für die gesamte Oberfläche aufzeichnen. In diesem Fall sind geometrisch gesehen die tatsächlichen Abstände von der Kamera zu den Bereichen der ebenen Oberfläche, die in den Ecken des Bildes zu sehen sind, größer als die Abstände zum zentralen Bereich. Für viele Anwendungen ist diese Diskrepanz jedoch kein wesentliches Problem.

Verweise

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Siehe auch