Gegenstand dieser Arbeit ist die Erweiterung der Anwendbarkeit des Shooting-and-Bouncing-Rays-Verfahrens (SBR) auf elektrisch große Strukturen mit lokalisierten Teilstrukturen hoher geometrischer Komplexität oder resonanten Verhaltens. Zur effizienten Lösung dieser Probleme wird die Struktur in Teilgebiete zerlegt, die mit unterschiedlichen Lösungsverfahren berechnet werden können.
Für die Kopplung der Teilgebiete über elektrische und magnetische Flächenstromdichten wird eine Methode zur akkuraten Einprägung im SBR-Verfahren entwickelt, welche auf einer räumlichen Unterteilung der Flächenstromdichten sowie einer genaueren Integration der Feldlösung für den Bereich des reaktiven Nahfelds basiert. Weiterhin wird eine Methode zur effizienten Auswertung der Feldlösung auf den Austauschflächen von der PO auf das SBR-Verfahren übertragen. Die Genauigkeit der Verfahren wird durch numerische Studien verifiziert.
Aufbauend auf obige Erweiterungen wird eine Formulierung zur Berechnung der Signalübertragung zwischen schwach gekoppelten Antennen in der Nähe elektrisch großer Strukturen - wie zum Beispiel Automobilen oder Flugzeugen - eingeführt. Durch Ausnutzung eines Reaktionstheorems ist die direkte und effiziente Bestimmung der Streuparameter an den Wellenleitertoren beliebiger reziproker Antennen möglich.
Für stark gekoppelte Probleme wird das SBR-Verfahren in ein flexibles Rahmenwerk zur hybriden und iterativen Lösung der Maxwellschen Gleichungen eingebettet. Die Genauigkeit des Gesamtverfahrens für elektrisch extrem große Strukturen wird anhand eines Streuproblems für ein realistisches Flugzeugmodell demonstriert.
Aktualisiert: 2020-10-29
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Aktualisiert: 2023-04-01
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Realistische Computergraphik beschäftigt sich mit der Synthese fotoähnlicher, realistischer Bilder aus dreidimensionalen Bildbeschreibungen. In diesem Buch wird zunächst eine kompakte Übersicht über den Stand der Technik dieses aktuellen Teilgebietes der Graphischen Datenverarbeitung gegeben. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung effizienter Algorithmen, Datenstrukturen und Maschinen für das aus der Strahlenoptik der Physik abgeleitete Strahlverfolgungsverfahren (Ray Tracing), das die Synthese von Bildern höchster Qualität, einschließlich Schlagschatten, Spiegelung und Brechung, erlaubt, aber einen entsprechend hohen Berechnungsaufwand erfordert. Die neuen, hier vorgestellten Strukturen und ihre Analyse erlauben eine erhebliche Aufwandsverminderung, die das Strahlverfolgungsverfahren in der Praxis einsetzbar machen, wie an Implementierungen demonstriert wurde. Die verwendeten Techniken sind auch von allgemeinem Interesse in der geometrischen Datenverarbeitung.
Aktualisiert: 2022-03-12
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befaßt sich mit den Grundlagen der zwei- und dreidimensionsalen Computergrafik und deren Anwendung in PC-basierten Systemen. Neben der Darstellung mathematischer Grundlagen, einfacher Techniken und fortgeschrittener Bilderzeugungsalgorithmen steht die Umsetzung und Anwendung im Vordergrund. Radiosity-, Ray-Tracing- und andere Darstellungsverfahren können mit der beiliegenden Software in einer breit verfügbaren Systemumgebung ausprobiert werden. Leserinnen und Leser haben somit die Möglichkeit, die Methoden durch spielerischen Umgang mit der Software zu erlernen, sie für eigene Projekte zu nutzen oder sogar zu erweitern. Alle Programme sind im Pascal-Quelltext verfügbar.
Aktualisiert: 2023-03-14
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Das virtuelle, optische Messen wird in der industriellen Anwendung häufig vernachlässigt. Um optische Messergebnisse jedoch vorhersehbar und zuverlässig zu machen, ist es erforderlich Sensoren zu modellieren und die Resultate, sogenannte virtuelle Messergebnisse zu analysieren. In dieser Arbeit werden zwei virtuelle, optische Sensoren mit unterschiedlichen Messprinzipien unter paraxialen Annahmen modelliert. Zudem werden Untersuchungen zum Übertragungsverhalten der Sensoren angestellt. Beim ersten Sensor handelt es sich um einen winkelauflösenden Streulichtsensor zur Messung der statistischen Verteilung von Gradienten geometrischer Oberflächen.
Aktualisiert: 2023-01-27
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Realistische Computergraphik beschäftigt sich mit der Synthese fotoähnlicher, realistischer Bilder aus dreidimensionalen Bildbeschreibungen. In diesem Buch wird zunächst eine kompakte Übersicht über den Stand der Technik dieses aktuellen Teilgebietes der Graphischen Datenverarbeitung gegeben. Der Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung effizienter Algorithmen, Datenstrukturen und Maschinen für das aus der Strahlenoptik der Physik abgeleitete Strahlverfolgungsverfahren (Ray Tracing), das die Synthese von Bildern höchster Qualität, einschließlich Schlagschatten, Spiegelung und Brechung, erlaubt, aber einen entsprechend hohen Berechnungsaufwand erfordert. Die neuen, hier vorgestellten Strukturen und ihre Analyse erlauben eine erhebliche Aufwandsverminderung, die das Strahlverfolgungsverfahren in der Praxis einsetzbar machen, wie an Implementierungen demonstriert wurde. Die verwendeten Techniken sind auch von allgemeinem Interesse in der geometrischen Datenverarbeitung.
Aktualisiert: 2023-04-04
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Das Ray Tracing-Bildsynthese-Verfahren ist bekannt sowohl für einen hohen Grad des Realismus der generierten Bilder als auch für gleichermaßen lange Berechnungszeiten. In den letzten Jahren wurde durch zahlreiche Forschungen die Geschwindigkeit des Verfahrens grundlegend verbessert, so dass heute bereits schon Szenen mittlerer Komplexität in Echtzeit auf einem einzelnen Rechner synthetisiert werden können.
Diese Arbeit trägt dazu bei, das Ray Tracing-Verfahren im Kontext der Echtzeit-Visualisierung weiter zu entwickeln. Es wird gezeigt, dass sich entgegen der verbreiteten Meinung Effizienz, Flexibilität und Benutzbarkeit nicht zwangsläufig gegenseitig ausschließen. Durch Messergebnisse wird belegt, dass trotz eines gewissen, durch die Architektur bedingten, Überbaus eine hohe Leistungsfähigkeit erreicht wird. Ein besonderes Alleinstellungsmerkmal dieser Arbeit ist die direkte Verwendung von NURBS-Flächen im Kontext des Ray Tracing. Es wird ein Verfahren präsentiert, mit dem es möglich ist, derartige komplexe Freiform-Flächen ohne jegliche Triangulierung zu verwenden. Dies bietet mitunter die Vorteile von einem geringen Speicherverbrauch oder einer maximalen geometrischen Präzision, wie sie mit Dreiecken auf herkömmliche Weise nicht erreicht werden kann.
Aktualisiert: 2019-10-03
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Aktualisiert: 2023-04-04
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Funkidentifikation oder RFID (engl. "radio frequency identification") wird in zunehmendem Masse zur Erkennung unterschiedlichster Objekte und Lebewesen in den verschiedensten Anwendungsbereichen eingesetzt. Dem technischen Grundprinzip nach werden hierbei Informationen durch Funkübertragung zwischen einem elektronischen Abfragegerät und einem überwiegend mobilen, drahtlosen, elektrischen Informationsspeicher, kurz Transponder, ausgetauscht. Der Datenspeicher des Transponders kann per Funk gelesen und in der Regel auch beschrieben werden. Durch mittlerweile recht preisgünstig gewordene Komponenten ist der Einsatz von RFID sehr attraktiv und weit verbreitet. In dieser Studie wird der Einsatz einer Strahlverfolgungs-Software, kurz "Ray Tracer", zur Planung, Analyse und Bewertung für das RFID-Anwendungsumfeld untersucht. Die Anwendung eines Ray Tracers zur Charakterisierung von RFID-Übertragungsstrecken ist neuartig. Bisherige Analysen stützen sich lediglich auf empirische Ergebnisse, die jedoch mehrere Nachteile mit sich bringen. Funkuntersuchungen mit einem Ray Tracer haben den Vorteil, in der Entwurfs- und Planungsphase einer RFID-Anwendung losgelöst vom physikalischen Einsatzort durchführbar zu sein, denn letzterer liegt nun als dreidimensionales Umgebungsmodell im Computer vor. Per Rechnersimulation lassen sich somit im Vorfeld einer RFID-Installation viele verschiedene Systemkonstellationen auf Funktion und Zuverlässigkeit erproben, um schliesslich optimale Betriebsparameter zu erhalten, mit denen das RFID-System im realen Einsatz zu konfigurieren ist. Weiterhin wird die Fragestellung geklärt, inwieweit RFID-Anwendungen mit dem verwendeten Ray Tracer "PARAY" realitätsgetreu nachzubilden sind. Dazu gehört auch ein exemplarischer Vergleich von Pegelmessungen und Kanalsimulationen. Es wird gezeigt, dass sowohl der physikalische Funkkanal in der Luftschnittstelle zwischen RFID-Abfragegerät und Transponder als auch die Übertragung von Kanaldaten unter Berücksichtigung von RFID-Kommunikationsprotokollen auf simulative Weise realitätsnah nachgebildet werden können. Der Schwerpunkt liegt dabei auf dem verbreiteten Kommunikationsprinzip des modulierten Radarquerschnitts bei passiven Transpondern (ohne eigene Spannungsversorgung), das überwiegend bei RFID-Systemen im UHF-Band verwendet wird. Abschliessend belegen Anwendungs-Fallbeispiele die sehr hohe Übereinstimmung der RFID-Systemeigenschaften mit den berechneten Simulationsvorhersagen.
Aktualisiert: 2019-12-20
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