Titelaufnahme

Titel
A comparative perceptual study of soft shadow algorithms
VerfasserHecher, Michael
Begutachter / BegutachterinWimmer, Michael
Erschienen2012
UmfangX, 69 Bl.
HochschulschriftWien, Techn. Univ., Dipl.-Arb., 2012
Anmerkung
Zsfassung in dt. Sprache
SpracheEnglisch
DokumenttypDiplomarbeit
Schlagwörter (DE)weiche Schatten / psychophysische Studie / Computergraphik
Schlagwörter (EN)soft shadows / psychophysical study / computer graphics
URNurn:nbn:at:at-ubtuw:1-60498 Persistent Identifier (URN)
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A comparative perceptual study of soft shadow algorithms [15.36 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Obwohl diverse Algorithmen zur Echtzeitsimulation von "weichen" Schatten existieren, gibt es bis jetzt keine methodische Studie, welche verschiedene dieser Algorithmen in Bezug auf ihre Plausibilität und Qualität hin untersucht. Deshalb wurde im Zuge dieser Arbeit eine Studie entworfen, mit der auf systematische Weise Eigenschaften identifiziert werden sollen, die für die wahrgenommene Qualität von weichen Schatten in virtuellen Szenen relevant sind. Da es viele Faktoren gibt, welche die Wahrnehmung von weichen Schatten beeinträchtigen könnten (z.B.

Komplexität, Bewegung und Texturen von Objekten bzw. die Komplexität der Schatten), wurde eine Studie konzipiert und durchgeführt, auf deren Basis zukünftige Arbeit aufbauen können. Das neuartige Evaluationskonzept der Studie erfasst dabei nicht nur den vorherrschenden Fall des unerfahrenen Benutzers, sondern auch jene von geschulten und erfahrenen Anwendern. Dadurch gehen die erworbenen Kenntnisse, welche Teilnehmer durch die Studie gewonnen haben, nicht verloren und können zur Auswertung anderer Erfahrungsgrade genutzt werden. Im Gegensatz zu früheren Studien hatten Teilnehmer statt zwei, drei Antworten zur Auswahl. Zusätzlich zu den Möglichkeiten "links besser" bzw. "rechts besser" wurde die Option "sind gleich" angeboten.

Dies ist nützlich, wenn "links" und "rechts" so ähnlich sind, dass sie der Benutzer als ident empfindet. Solche Fälle erzeugen Rauschen, da sich Teilnehmer willkürlich entscheiden müssen. Des Weiteren sind solche Situationen frustrierend, wenn nicht die dritte Wahlmöglichkeit zur Verfügung steht. Die Ergebnisse der Studie sind nützlich, um zukünftige Schattenalgorithmen zu entwickeln und um diese besser evaluieren zu können. Darüber hinaus wird es Entwicklern ermöglicht, bessere Kosten-Nutzen-Entscheidungen für ihre Anwendungen zu treffen. Ein wichtiges Ergebnis der Studie ist, dass, wenn kein Vergleich mit einer Referenzlösung zur Verfügung steht, die menschliche Wahrnehmung relativ unempfindlich in Bezug auf die Plausibilität weicher Schatten ist. Daher sind in praktischen Anwendungsfällen einfache, aber robuste Algorithmen, plausiblen, aber fehleranfälligen Algorithmen vorzuziehen.

Zusammenfassung (Englisch)

While a huge body of soft shadow algorithms has been proposed, there has been no methodical study for comparing different real-time shadowing algorithms with respect to their plausibility and visual appearance. Therefore, a study was designed to identify and evaluate scene properties with respect to their relevance to shadow quality perception. Since there are so many factors that might influence perception of soft shadows (e.g., complexity of objects, movement, and textures), the study was designed and executed in a way on which future work can build on. The novel evaluation concept not only captures the predominant case of an untrained user experiencing shadows without comparing them to a reference solution, but also the cases of trained and experienced users. We achieve this by reusing the knowledge users gain during the study. Moreover, we thought that the common approach of a two-option forced-choice-study can be frustrating for participants when both choices are so similar that people think they are the same. To tackle this problem a neutral option was provided. For time-consuming studies, where frustrated participants tend to arbitrary choices, this is a useful concept. Speaking with participants after the study and evaluating the results, supports our choice for a third option. The results are helpful to guide the design of future shadow algorithms and allow researchers to evaluate algorithms more effectively. They also allow developers to make better performance versus quality decisions for their applications. One important result of this study is that we can scientifically verify that, without comparison to a reference solution, the human perception is relatively indifferent to a correct soft shadow.

Hence, a simple but robust soft shadow algorithm is the better choice in real-world situations. Another finding is that approximating contact hardening in soft shadows is sufficient for the ``average'' user and not significantly worse for experts.