Fraktale Wolken, virtuelle Flammen

Dieses Buch ist im Institut fiir Graphisch-Interaktive Systeme des Fachbereichs Informatik der Technischen Hochschule Darmstadt in der Zeit zwischen Oktober 1987 und September 1992 als meine Dissertationsarbeit entstanden. Wahrend dieser Zeit haben viele Personen mir auf unterschiedliche Weise geholfen. Mit diesem Vorwort solI allen zutiefst gedankt werden. Der erste Dank gilt Prof. Encarnac;a.o, der sehr friih meine Aufmerksamkeit auf die Bedeutung und die Rolle der zeitvarianten Texturen im Bereich der Graphischen Datenverarbeitung lenktej der mich ermutigte, meine Forschungs­ aktivitaten auf diesen Bereich zu konzentrieren und der mir das Thema iiberliefi, der meine Forschungsaktivitaten stets unterstiitzte und schliefilich die aufwen­ dige Infrastruktur zur Verfiigung stellte, die diese Arbeit iiberhaupt ermoglicht hat. Prof. Peitgen hat bereits 1989 wahrend der EG-89 Konferenz meine ersten, damals noch unausgegorenen Ideen und Vorstellungen iiber die Wolkenmodel­ lierung gehort und fiir erfolgsversprechend befundenj damals ahnte er bestimmt nicht, dafi er spater Koreferent dieser Arbeit werden wiirde. Fiir seine Bereit­ schaft Koreferent dieser Arbeit zu werden sowie fiir seine fachliche Hilfe mochte ich mich bei ihm bedanken. Weiterhin gilt mein herzlicher Dank der Deutschen Forschungsgemein­ schaft (DFG), welche samtliche Forschungsaktivitaten im Rahmen des "Textur­ Editor" Projektes iiber die Zeit von vier Jahren finanziell gefordert hat.

1 Prolog.- 1.1 Problemdarstellung.- 1.2 Ziele.- 1.3 Anwendungsgebiete.- 1.4 Organisation des Buches.- 2 Stand der Technik.- 2.1 Zum Begriff der Textur.- 2.2 Definition zeitvarianter turbulenter Texturen.- 2.3 Visualisierung zeitvarianter Texturen.- 2.4 Auswertung, Mängel und Kritik.- 2.5 Begriffsbildung für die Visualisierungs verfahren.- 3 Statische Wolkenmodellierung.- 3.1 Motivation: Warum Fraktale?.- 3.2 Mathematische Grundlagen.- 3.3 Fraktaldefinition im Ortsbereich.- 3.4 Fraktaldefinition im Frequenzbereich.- 3.5 Ergebnisse und Diskussion.- 4 Animationsmethoden zeitvarianter Texturen.- 4.1 Grundlagen der spektralen Turbulenztheorie.- 4.2 Zeitvariante Fraktale im Frequenzbereich.- 4.3 Zeitvariante Fraktale im Ortsbereich.- 4.4 Ergebnisse und Diskussion.- 5 Visualisierung von Volumentexturen.- 5.1 Begriffsbildung und Taxonomie.- 5.2 Das Beleuchtungsmodell.- 5.3 Der Visualisierungsalgorithmus.- 5.4 Texturabbildung (Mapping).- 5.5 Abtastung von Volumentexturen (Sampling).- 5.6 Ergebnisse.- 5.7 Zusammenfassung und Diskussion.- 6 Implementierungen.- 6.1 Grundlagen der parallelen Verarbeitung.- 6.2 Parallelisierung der spektralen Methode.- 6.3 Parallelisierung der funktionalen Methode.- 6.4 Interaktives Echtzeit-Modellierungssystem.- 6.5 Anwendungen im Bereich der Animation.- 6.6 Anwendungen bei der wissenschaftlichen Visualisierung.- 6.7 Zusammenfassung und Diskussion.- 7 Epilog.- 7.1 Zusammenfassung.- 7.2 Ausblick.- 8 Literatur.- 9 Anhang: Farbbildbeispiele.