Aus einer Hausaufgabe schafft ein vietnamesischer Ingenieur den Grundstein für die 3D-Grafikindustrie

Für Grafikinteressierte dürfte der „Phong-Shading“-Algorithmus nicht allzu fremdartig sein, da er als Grundlage für die Entwicklung der weltweiten 3D-Grafikbranche gilt.

„Phong-Shading“ ist ein Begriff, der eine Technik zum Schattieren von Bildern auf einem Computer beschreibt. Grundsätzlich wird durch diese Technik das Bild durch seine Dreidimensionalität realitätsnäher. Dies gilt als einer der bahnbrechenden Algorithmen. Ohne ihn würden sich Grafikprogramme wie 3D Max, Maya, Cinema 4D, RenderMan … wahrscheinlich noch immer im Forschungsprozess befinden oder nicht existieren. Diese Technik ist mit dem Namen eines Vietnamesen, Bui Tuong Phong, verbunden.

Kurze Biographie von Bui Tuong Phong

Bui Tuong Phong wurde 1942 in Hanoi geboren. Er studierte am Lycée Albert Sarraut (heute Tran Phu School). Anschließend wanderte er 1954 mit seiner Familie nach Saigon aus und setzte sein Studium am Lycée Jean Jacques Rousseau (heute Le Quy Don High School, Bezirk 3, Ho-Chi-Minh-Stadt) fort.

Herr Bui Tuong Phong – der „Vater“ der Technologie, die die Grundlage der 3D-Grafikbranche bildet.

1964 erhielt er in Frankreich seinen Ingenieurabschluss, nachdem er in Grenoble und Toulouse studiert hatte. Zu dieser Zeit beteiligte er sich an der Erforschung von Computerbetriebssystemen, einem Konzept, für das die meisten Menschen damals „blind“ waren. Der berufliche Werdegang von Bui Tuong Phong begann mit bemerkenswerten Meilensteinen, seit er 1971 in die USA kam, um an der University of Utah zu promovieren. Diese Universität ist die Wiege, aus der eine Reihe von Talenten für berühmte Grafikunternehmen wie Pixar, Adobe, Silicon Graphics usw. hervorgehen. An einer Pionierschule für Informatik hatte er mehr Raum und Möglichkeiten, sich zu entfalten und weiterzuentwickeln. Bui Tuong Phong schloss seine Doktorarbeit im Jahr 1973 ab. Dieses Genie starb jedoch nur zwei Jahre später an Leukämie, gerade als er eine Einladung als Dozent an der Stanford University annahm.

Von links nach rechts: 2D-Bild, 3D-Bild ohne Schattierung, 3D-Bild mit Phong-Schattierung.

Von der Hausaufgabe zum grundlegenden Algorithmus für 3D-Grafiken

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Professor Ivan Sutherland gab Phong und drei Freunden (Jim Clark, Robert McDermott und Raphael Rom) eine Aufgabe: Erstellen Sie ein 3D-Computergrafikmodell eines realen Objekts. Das heißt, erstellen Sie ein Bild, das sofort als das erkennbar ist, was es ist. Die Gruppe entschied sich, den Volkswagen von Ivans Frau für den Bau eines Computermodells auszuwählen. Sie unterteilten das Auto in Punkte und Polygone, was die Messung und Dateneingabe erleichterte. Phong und Raphael waren klein, daher wurden sie vom Boden aufwärts gemessen. In der Zwischenzeit haben Robert und Jim mit ihren Körpern dafür gesorgt, dass das Dach heruntergeklappt wurde.

Phongs Team hat jeden Punkt gemessen und markiert, um detaillierte Daten für den Bau eines 3D-Modells des Volkswagens zu erhalten.

Das 3D-Modell der Volkswagen-Karosserie überzeugte Professor Ivan jedoch nicht, da es leblos wirkte. Die Studentengruppe bearbeitete und testete weiterhin verschiedene Optionen. In Woche 10, dem Abgabetermin des Projekts, kam Phong auf die Idee, die auf das Objekt scheinende Lichtquelle mithilfe der Mathematik zu simulieren. Auf der Grundlage seiner Untersuchungen optischer Phänomene entwickelte er eine Modellgleichung, die die Bildqualität ausglich, ohne den begrenzten Speicher der damaligen Computer zu überlasten. Es beschreibt außerdem Reflexionen und Streuungen in der Kurve und identifiziert den Schattenteil des Modells.

Ein 3D-Würfel wird auf einer Ebene (links) und mit der Phong-Shading-Technik (rechts) dargestellt.

Laut der Forschung von Bui Tuong Phong gilt ein 3D-Würfel erst dann als vollständig, wenn er ohne geometrische Fehler um 360 Grad gedreht werden kann. Mit den oben genannten Hausaufgaben und der Phong-Shading-Technik verfügen wir über die Grundlage, die weltweite Entwicklung der 3D-Grafikbranche zu unterstützen, wie sie heute ist.

Tuoitre.vn

Quelle: https://cuoi.tuoitre.vn/tu-mot-bai-tap-ve-nha-ky-su-viet-tao-ra-nen-tang-nganh-do-hoa-3d-20240715184321797.htm