Elektromagnetische Felder in der virtuellen Realität
Creators: name: Roth, Robert
Publisher: name: Bergische Universität Wuppertal
Year: 2024

description: Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung von Algorithmen zur Darstellung elektromagnetischer Felder in der virtuellen Realität. Dabei werden unter anderem didaktische und akademische sowie Anwendungsfälle aus der Spieleentwicklung untersucht und dargelegt, in welchen dieser Anwendungsfälle dieser Algorithmen zur Verbesserung des Benutzererlebnisses sowie der Qualität der dargestellten Ergebnisse zuträglich sein kann. Dazu werden die entwickelten Algorithmen vorgestellt und ihre Anwendung in verschiedenen Szenarien untersucht. Zunächst wird erläutert, wie Felder üblicherweise durch Methoden der Computergraphik dargestellt werden können und welche Probleme aus diesen Methoden erwachsen. Besonderes Augenmerk liegt dabei auf Abwägungen von Pfeilen, Linien und Isoflächen als geeignete Darstellungsmethoden und den mit ihm zusammenhängenden Problematiken. Im Anschluss daran werden die alternativen Techniken der schritt\-weisen Suche und des Shrink-Wrap-Verfahrens unter Berücksichtigung einer Simulation zur Darstellung von Isoflächen vorgestellt. Probleme, die sich aus der Startgeometrie beim Einsatz des Shrink-Wrap-Verfahrens ergeben, werden ebenfalls aufgezeigt und mögliche Anwendungsbereiche der schrittweisen Suche untersucht. Als Verfahren zur Erkennung von Fehlannahmen bezüglich der Äquivalenz zweier Punktladungen werden Punktbeinhaltungstests und in diesem Sonderfall anwendbare Alternativen sowie als Möglichkeiten der Reaktion auf diese Erkennung das Zusammenfügen und das selektive Einblenden von Meshes eingeführt.Schließlich werden die drei diskutierten Verfahren verglichen, um eine allgemeine Empfehlung für ihre Anwendbarkeit in verschiedenen Einsatzgebieten abzuleiten.Als Sonderfall für die schrittweise Suche wird der Anwendungsbereich der makro-kontrollierten Generierung von Videospielgeometrie vorgestellt und darauf aufbauende Verfahren zur Verbesserung und effizienteren Nutzung diskutiert. The present work deals with the development of algorithms for the representation of electromagnetic fields in virtual reality. Among other things, didactic and academic as well as use cases from game development are examined and it is explained in which of these use cases these algorithms can be beneficial for improving the user experience as well as the quality of the displayed results. For this purpose, the developed algorithms are presented and their application in different scenarios is examined. First, it is explained how fields can usually be represented by methods of computer graphics and which problems arise from these methods. Particular attention is paid to considerations of arrows, lines and isosurfaces as suitable methods of representation and the problems associated with it. Subsequently, the alternative techniques of stepwise search and the shrink-wrap method are presented, taking into account a simulation for the representation of isosurfaces. Problems arising from the starting geometry when using the shrink-wrap method are also pointed out and possible areas of application of the stepwise search are examined. As procedures for the detection of false assumptions regarding the equivalence of two point charges, point leg retention tests and alternatives applicable in this special case are introduced, as well as merging and selective blending of meshes as possibilities for reacting to this detection.Finally, the three methods discussed are compared in order to derive a general recommendation for their applicability in different fields of application. As a special case for step-by-step search, the application area of macro-controlled generation of video game geometry is presented and methods based on it for improvement and more efficient use are discussed.