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Dokumentenidentifikation DE102004017884B3 17.11.2005
Titel Verfahren zur rechnerischen Ermittlunng des sichtbaren Leuchtmusters einer Leuchte, insbesondere einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs
Anmelder AUDI AG, 85057 Ingolstadt, DE
Erfinder Reich, Andreas, 85049 Ingolstadt, DE
DE-Anmeldedatum 13.04.2004
DE-Aktenzeichen 102004017884
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 17.11.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 17.11.2005
IPC-Hauptklasse G06T 15/50
IPC-Nebenklasse G06T 15/20   
Zusammenfassung Verfahren zur rechnerischen Ermittlung des sichtbaren Leuchtmusters einer wenigstens eine Leuchtquelle aufweisenden Leuchte, insbesondere einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs, wobei ein dreidimensionales virtuelles Modell der Leuchte verwendet und zu jeder Leuchtquelle der durch Reflexion, Refraktion und/oder Absorption an Leuchtenabschnitten beeinflusste Verlauf einer beliebigen Anzahl von von der Leuchtquelle ausgesandter Strahlen ermittelt und anhand der die Leuchte verlassenden Strahlen ein Strahlenvektorfeld am Leuchtenausgang ermittelt wird, anhand welchem in Abhängigkeit des wählbaren virtuellen Blickwinkels eines Betrachters auf die Leuchte und damit das Strahlenvektorfeld das blickwinkelspezifische Leuchtmuster ermittelt wird.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur rechnerischen Ermittlung des sichtbaren Leuchtmusters einer Leuchte, insbesondere einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs.

Heckleuchten dienen dazu, die Geometrie des Fahrzeugs den umgebenden Verkehrsteilnehmern anzuzeigen. Weiterhin werden Zustände des Fahrzeugs wie beispielsweise ein Bremsvorgang oder ein geplanter Abbiegevorgang über entsprechende Leuchtmittel in der Heckleuchte angezeigt. Diese Eigenschaften werden durch gesetzliche Vorschriften geregelt. Dabei muss das jeweils abgegebene Leuchtmuster hinreichend klar, prägnant und eindeutig sein, um von umgebenden Verkehrsteilnehmern wahrgenommen und entsprechend interpretiert werden zu können. Für eine hohe Anmutung des Fahrzeugs ist es weiterhin erforderlich, dass das aus den lichttechnischen Funktionen entstehende Nachtdesign der Heckleuchte sich im Gesamtdesign des Fahrzeugs einordnet, homogen in der Ausleuchtung ist und klar begrenzt an den Kammergrenzen sowie prägnant ist. Das Nachtdesign, also das bei Dunkelheit wahrnehmbare Leuchtmuster ist in Hardware erst darstellbar, wenn ein Leuchtenmuster aufgebaut ist, welches bezüglich der Oberflächenqualität und der verwendeten Materialien wie auch der Materialverarbeitung sehr exakt dem späteren Serienprodukt entspricht. Diese Voraussetzung macht ein solches Leuchtenmuster sehr teuer, die Anfertigung ist relativ langwierig.

Zu diesem Zweck ist es bekannt, ein Leuchtmuster durch Simulation nachzubilden. Hierfür ist ein Raytracing-Verfahren bekannt, bei dem ausgehend vom Beobachterauge, das simulativ als Kamera mit einer Bildaufnahmeebene betrachtet wird, für jeden Bildpunkt im Kamerabild ein Strahl zur Leuchte ausgesendet wird. Dieser dringt in die Leuchte ein, wird dort reflektiert, absorbiert oder refrektiert, je nach dem auf welchen Punkt der Leuchte er trifft. Je nach dem, wie gut er nun die Wendel der Lampe innerhalb der Heckleuchte trifft, hat dies Auswirkungen auf die Helligkeit und Farbe des dargestellten Bildpunktes. Dieser Berechnungsschritt muss für jede Kameraposition bzw. Änderung der Kameraattribute (Brennweite, Auflösung etc.) neu gestartet werden, da sich dadurch natürlich die Position der ausgehenden Strahlen ändert. Dies bedeutet aber, dass der Berechnungsaufwand um so größer wird, je mehr Bilder von der Leuchte angefertigt werden müssen.

Aus der Druckschrift US 6,038,387 ist ein Verfahren zum Entwurf der Lichtverteilung von Leuchteinrichtungen bekannt, bei dem zunächst die innere Struktur einer LED-Vorrichtung unter Berücksichtigung der Geometrie verschiedener Bestandteile modelliert wird. Dabei wird die Art und Weise, in der zum einen direktes Licht und zum anderen reflektiertes Licht einen Linsenbereich durchdringen, mittels Raytracing simuliert. Anschließend wird die ermittelte Lichtverteilung mit einer gewünschten Lichtverteilung verglichen, um gegebenenfalls die Geometrie des Linsenbereichs in Abhängigkeit des Ergebnisses der Simulation anzupassen.

Lichtstrahlen, die von der Leuchtvorrichtung ausgesandt werden, werden in ihrem Verlauf durch den Linsenbereich hindurch verfolgt, um anschließend die sich ergebende Lichtverteilung zu bestimmen, wobei die entstehenden Leuchtmuster beziehungsweise Verteilungen bezüglich eines Schirms angegeben werden, der sich in einer gewissen Entfernung vom Linsenbereich befindet. Es werden also im Rahmen eines „forward ray tracing" Lichtstrahlen, die von einer Lichtquelle ausgehen, weiterverfolgt, wobei sie auf Objekte treffen, an denen eine Reflektion beziehungsweise Brechung stattfindet. Auch nach einer Brechung beziehungsweise Reflektion werden die Strahlen noch weiterverfolgt, bis sie entweder das Auge eines Betrachters erreichen oder im Raum verschwinden, wodurch sich eine aufwändige Vorgehensweise ergibt, da sich der Anteil der Strahlen, die tatsächlich das Betrachterauge beziehungsweise den Bildschirm erreichen, äußerst gering ist. Der zugrunde liegende Blickwinkel kann nur variiert werden, indem das Verfahren neu gestartet wird und Lichtstrahlen direkt von der Quelle bis zu einem durch den neuen Blickwinkel definierten Schirm verfolgt werden.

Des Weiteren ist es aus der US 2002/0145370 A1 bekannt, für eine Lampenvorrichtung eines Kraftfahrzeugs ein Lichtverteilungsmuster durch eine Computersimulation zu erhalten. Bei dem hierzu zu verwendenden Raytracing-Verfahren wird wiederum das Licht einer modellierten Lichtquelle verfolgt. Das von der Lichtquelle ausgesandte Licht wird reflektiert und anschließend an einer Linse gebrochen, um einen vorgelagerten Bildschirm zu treffen. Mit Hilfe dieses „forward raytracing" wird das gewünschte Leuchtmuster ähnlich wie in der US 6,038,387 erhalten.

In der Benutzerdokumentation „POV-RayTM Version 3.1 g" vom Mai 1999 wird ein verbreiteter Raytracer spezifiziert, dem das „backward ray tracing" zugrunde liegt, bei dem Strahlen von einer Kamera zurück in eine Szene verfolgt werden, also von einem vorgegebenen Blickwinkel aus zurück zur Lichtquelle. Für eine Änderung der Kameraposition beziehungsweise des Blickwinkels ist die Berechnung jeweils neu zu starten.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zur Leuchtmusterermittlung, insbesondere zur Bestimmung des Heckleuchtennachtdesigns anzugeben, das gegenüber dem bisher bekannten Simulationsverfahren verbessert ist.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem ersten Schritt ein dreidimensionales virtuelles Modell der Leuchte verwendet und zu einer oder jeder Leuchtquelle der durch Reflektion, Refraktion und/oder Absorption an Leuchtenabschnitten beeinflusste Verlauf einer beliebigen Anzahl von von der Leuchtquelle ausgesandten Strahlen errechnet und anhand der die Leuchte verlassenden Strahlen ein vom Blickwinkel eines Betrachters unabhängiges Strahlenvektorfeld am Leuchtenausgang ermittelt wird, anhand welchem in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit des benutzerseitig wählbaren virtuellen Blickwinkels des Betrachters auf die Leuchte und damit das Strahlenvektorfeld das blickwinkelspezifische Leuchtmuster ermittelt wird.

Das erfindungsgemäße Simulationsverfahren ist zweistufig aufgebaut und geht anders als der Stand der Technik vom Strahlenverlauf der von einer Leuchte abgegebenen Strahlen aus. Ausgehend von der Lampenwendel werden zufällig Strahlen in alle Richtungen geschickt, die am Leuchtengehäuse geometrie- und materialabhängig einer Reflektion, Refraktion oder Absorption unterworfen werden. Ein Teil dieser Simulationsstrahlen verlässt die Leuchte. Am Leuchtenausgang, der zweckmäßigerweise über eine virtuelle Abschlussscheibe der Leuchte definiert wird, werden nun diese Strahlen simulativ quasi gestoppt. Im Ergebnis erhält man ein Strahlenvektorfeld, gebildet aus allen am Leuchtenausgang, vorzugsweise der Abschlussscheibe anstehenden Strahlen, seien es reflektierte oder refraktierte oder aber gestreute Strahlen. Jeder Strahlenvektor des Vektorfelds besitzt einen Fußpunkt auf der Lichtabschlussscheibe, eine Richtung, gegebenenfalls einen Wellenlängenwert sowie einen Betrag des Vektors.

In einem zweiten Schritt wird nun auf Basis dieses Strahlenvektorfelds in Abhängigkeit eines vom Benutzer wählbaren virtuellen Blickwinkels des Betrachters das jeweilige Leuchtmuster ermittelt, in dem vorzugsweise punktweise anhand des Strahlenvektorfelds Farbwerte anhand der punktweise erfassten Strahlenvektoren ermittelt werden, anhand welcher Farbwerte anschließend das Leuchtmuster dargestellt wird. Die Vektoren werden nun in jedem sichtbaren Oberflächenpunkt der Leuchte einsortiert, so dass eine schnelle Analyse trotz sehr großer Datenmengen (es werden mehrere Millionen, bis hin zu mehr als 100 Millionen Vektoren abgebildet) möglich ist. Anhand dieser Vektoren ist es nun möglich, sehr genau in punktweiser Auflösung ein blickwinkelbezogenes Leuchtmuster zu erfassen. Werden mehrere virtuelle Blickwinkel betrachtet und die blickwinkelspezifischen Leuchtmuster ermittelt, und wird auch hier der Betrachter nach Art einer Kamerabildebene simuliert, so kann über eine Reihe von Bewegungsschritten ein Kameraschwenk definiert werden.

Im Gegensatz zum Vorgehen im Stand der Technik bietet die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine wesentlich schnellere Erstellung eines Simulationsleuchtmusters. Denn der zeitaufwendige Berechnungsschritt, nämlich der der Strahlensimulation und der Erstellung des Strahlenvektorfelds, wird im Rahmen der gesamten Simulation nur einmal gestartet. Das Ergebnis dieses ersten Simulations- oder Berechnungsschritts ist kamera- bzw. blickwinkelunabhängig und kann im Anschluss wesentlich schneller blickwinkelspezifisch analysiert werden, so dass die einzelnen blickwinkelabhängigen Leuchtmuster wesentlich schneller und mit geringerem Rechenaufwand erstellt werden können. Denn Grundlage für das jeweilige blickwinkelspezifische Leuchtmuster ist stets das blickwinkelunabhängige Strahlenvektorfeld.

Wie beschrieben, wird das Strahlenvektorfeld zweckmäßigerweise an der Außenfläche einer virtuellen Abschlussscheibe der Leuchte, die auch eine reale Leuchte aufweist, bestimmt. Nachdem auch die Lichtabschlussscheibe, die von den Strahlen durchdrungen wird, einen Einfluss auf das Leuchtmuster hat, gehen ihre lichttechnischen Eigenschaften und Parameter, die Einfluss auf die letztendliche Visualisierung des Leuchtmusters haben, in Form einer speziellen Materialbeschreibung im Rahmen der Analyse und Auswertung des Strahlenvektorfelds ein.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Strahlenvektorfeld für Lichtstrahlen wenigstens einer bestimmten Wellenlänge ermittelt und die einzelnen Strahlenvektorfelder für jeweils eine bestimmte Wellenlänge ermittelt werden, wobei die Strahlenvektorfelder zur Bestimmung des Leuchtmusters überlagert werden. Ausgehend von der Lampenwendel werden gemäß dieser Erfindungsausgestaltung Simulationsstrahlen mit einer vorbestimmten Wellenlänge emittiert, wobei verschiedene Wellenlängen in diskreten Schritten oder zufällig verteilt vorzugsweise aus dem sichtbaren Lichtbereich zwischen 360nm bis 780nm der Simulation zugrunde gelegt werden. Dies ist dahingehend zweckmäßig, als das üblicherweise emittierte weiße Licht einer Leuchte sich aus einer Vielzahl unterschiedlicher Wellenlängen zusammensetzt, zum anderen, da Strahlen unterschiedlicher Wellenlänge in ein und demselben Punkt der Leuchte sich gegebenenfalls anders verhalten.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die einzelnen Strahlenvektoren oder aus einzelnen Vektoren gebildete Strahlenvektorbündel eines Strahlenvektorfelds in Abhängigkeit des betrachteten Blickwinkels stärker oder weniger stark gewichtet werden. Hierbei wird der Umstand berücksichtigt, dass für jeden sichtbaren Oberflächenpunkt die ihm zugewiesenen Vektoren in ihrer Ausrichtung zur Kamera unterschiedlich liegen, mithin also zu dem jeweiligen Bildpunkt in der Kameraebene einen unterschiedlichen Beitrag liefern. Die Gewichtung ist sowohl hinsichtlich der Stärke als auch der Farbe möglich.

Nachdem eine übliche Fahrzeugheckleuchte in der Regel mehrere separat ansteuerbare Leuchtquellen aufweist und jede Leuchte einen separaten Beitrag zum Leuchtmuster liefert, und sich die einzelnen Beiträge bei gleichzeitigem Betrieb zweier oder mehrerer Leuchtquellen überlagern, sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, dass die aus den von verschiedenen Leuchtquellen erzeugten Strahlenvektorfelder errechneten Farbwerte zur Darstellung unterschiedlicher Schaltzustände der Leuchte überlagert dargestellt werden, so dass auch diesen unterschiedlichen Betriebszuständen Rechnung getragen werden kann.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung der prinzipiellen Vorgänge zur rechnerischen Ermittlung des Leuchtmusters,

2 eine Prinzipdarstellung einer Simulation der Strahlenverläufe,

3 eine Prinzipdarstellung eines Strahlenvektorfelds auf der Abschlussscheibe, und

4 eine Prinzipdarstellung der Ermittlung der blickwinkelspezifischen, punktweise relevanten Strahlenvektoren.

1 zeigt in Form einer Prinzipdarstellung den grundsätzlichen Ablauf der rechnerischen Leuchtmusterermittlung.

Die Simulationskette besteht dem Grunde nach aus zwei Teilen, nämlich zum einem dem Rechnungsprozess zur Ermittlung der Strahlenvektorfelder, und zum anderen dem Postprocessingschritt zur Ermittlung der blickwinkelspezifischen Bilddarstellung bzw. Visualisierung.

Ausgangspunkt für die Ermittlung eines Strahlenvektorfelds, die z. B. unter Verwendung eines Monte-Carlo-.Raytracer-Softwaretools erfolgt. ist ein virtuelles dreidimensionales Modell einer Leuchte, wie es in exemplarischer zweidimensionaler Form in 2 dargestellt ist. Dort ist eine „virtuelle" Leuchte 1 mit einer Leuchteinrichtung 2 in Form einer Glühlampe gezeigt. Zu dem virtuellen Modell ist die gesamte Geometrie der Leuchte 1 sowie auch Informationen betreffend die Materialien und deren optische Eigenschaften im Hinblick auf eine Reflektion, Refraktion und Absorption hinterlegt.

In einem ersten Schritt a) werden nun rechnerisch die Strahlenverläufe einer beliebigen Anzahl von „virtuellen" Strahlen, die von der Leuchte 2 emittiert werden, ermittelt. Die Strahlen werden in alle Richtungen ausgesandt, wie 2 exemplarisch zeigt. Dies geschieht zu unterschiedlichen Wellenlängen vornehmlich des sichtbaren Lichts, wobei die Wellenlängen in diskreten Schritten bzw. zufällig aus dem Bereich vorzugsweise von 360nm bis 780nm gewählt werden. In 2 sind verschiedene einzelne Strahlen dargestellt, wobei die durchgezogenen Strahlen einer ersten Wellenlänge und die gestrichelten Strahlen einer zweiten Wellenlänge entsprechen. Wie durch die einzelnen Strahlen gezeigt, ergibt sich ein eigenwilliger, von den Eigenschaften der die Kammer 3 begrenzenden Kammerabschnitte bestimmter Strahlenverlauf. Die Strahlen werden an reflektierenden Flächen reflektiert, dort kann auch eine Strahlteilung oder Streuung erfolgen, an manchen Kammerabschnitten ist auch eine Absorption denkbar.

Sind sämtliche Strahlenverläufe zu den einzelnen Wellenlängen ermittelt, werden wellenlängenspezifisch die Strahlenvektorfelder an der Lichtabschlussscheibe 4 ermittelt. Verlässt ein Strahl die virtuelle Lichtabschlussscheibe 4, so wird er von der Berechnung „gestoppt". Das Ergebnis dieser Berechnung ist ein Strahlenvektorfeld, wie es exemplarisch in 3 dargestellt ist. Jeder Vektor im Strahlenvektorfeld 5, das als Ebene die der Abschlussscheibe 4 zeigt, besitzt einen Fußpunkt auf der Lichtabschlussscheibe 4, eine Richtung, einen Wellenlängenwert sowie einen Betrag des Vektors. Die zu den jeweiligen Strahlenwellenlängen, wie sie in 2 gezeigt sind, gehörenden Vektoren sind ebenfalls unterschiedlich dargestellt. Der jeweilige unterschiedliche Betrag ergibt sich aus der Länge der einzelnen Vektoren. Während 3 ein Strahlenvektorfeld mit unterschiedlichen wellenlängenspezifischen Vektoren zeigt, werden diese Vektorfelder aber für jede Wellenlänge separat berechnet und als separater, wellenlängenspezifischer File abgespeichert. Am Ende des Schrittes b) in 1 liegen also eine von der Anzahl der verschiedenen Wellenlängen abhängige Anzahl an abgespeicherten Strahlenvektorfeldern vor. Beispielsweise werden 20 verschiedene Wellenlängen simuliert.

Die Berechnung der Strahlenvektorfelder erfolgt ohne Berücksichtigung irgendeines Betrachterblickwinkels, unter welchem auf die Leuchte virtuell geblickt werden soll. Diese blickwinkelspezifische Leuchtmusterermittlung erfolgt erst im zweiten Schritt der gesamten Simulation. Das heißt, die im ersten Schritt vorgenommene Ermittlung der Strahlenvektorfelder ist die Basis für jedwede nachfolgende blickwinkelspezifische Weiterverarbeitung.

Wie 1 zeigt, werden vom Anwender im Schritt c) nun die Betrachter- oder Kamerapositionen, unter denen auf die Leuchte im Rahmen der Simulation geblickt wird, über ein Eingabemittel definiert. Es wird also der jeweilige Blickwinkel bestimmt. Zusätzlich werden, wenn wie im Rahmen der Visualisierung üblich eine idealisierte Kamera als Betrachter verwendet wird, entsprechende Betrachter- oder Kameraparameter wie beispielsweise die Brennweite, der Kameraabstand, die Auflösung etc. in diesem Schritt c) vom Benutzer im Visualisierungs-Softwaretool definiert.

Im Schritt d) erfolgt nun die Analyse der einzelnen wellenlängenspezifischen Strahlenvektorfelder in Abhängigkeit der im Schritt c) definierten Betrachter- oder Kamerapositionen und der Betrachter- oder Kameraparameter. Hierzu greift dieses Analysetool, das als Standalone-Tool arbeitet, auf die einzelnen Strahlenvektorfelder, wie sie im Schritt b) bestimmt wurden, zurück. Vom Schritt c) her wird für jede zu berücksichtigende Kameraposition oder für jeden Bewegungsschritt der Kamera (eine Reihe von Bewegungsschritten der Kamera definieren einen Kameraschwenk) neben einer Reihe von Analyseparametern auch eine Kameratransformationsmatrix übergeben.

Im Schritt d) wird nun für jeden sichtbaren Punkt oder Flächenbereich auf der Leuchte bzw. auf der Leuchtenabschlussscheibe die Vektorenschar definiert, die bezogen auf die Betrachter- oder Kameraposition im Hinblick auf die gegebenenfalls definierten Betrachter- oder Kameraparameter von dem Betrachter „erfasst" werden. Das heißt, die Vektoren werden in jedem sichtbaren Oberflächenpunkt entsprechend sortiert. Hierzu wird, siehe 4, ein Punkt oder eine begrenzte Fläche 6 auf der Lichtabschlussscheibe 4 virtuell definiert, im gezeigten Beispiel ist ein Kreis als Oberflächenpunkt definiert worden. In der rechten Darstellung in 4 wird nun unter Berücksichtigung des Blickwinkels, dargestellt durch den Richtungspfeil P, des Betrachters die Bestimmung der blickwinkelspezifischen, relevanten Vektoren vorgenommen. Das heißt, die relevanten, bildpunktspezifischen Vektoren werden in die Kameraebene projiziert. Gezeigt ist ein Öffnungswinkel &agr;, der bezogen auf die Kameraebene den „Erfassungsbereich" aller relevanten Vektoren des Oberflächenbereichs 6 bezogen auf die Kameraebene definiert. Wie 2 zeigt, fallen einige der aus dem Oberflächenbereich 6 „laufenden" Vektoren in diesen Fassungsbereich, werden also berücksichtigt, während andere so gerichtet sind, dass sie nicht in die Kameraebene projiziert werden können. Vektoren, die nicht aus dem Oberflächenbereich 6 stammen, bleiben gänzlich unberücksichtigt.

In diesem Schritt erfolgt ferner, sofern vorgesehen, eine unterschiedliche starke Gewichtung der „einsortierten" Vektoren. Diese Gewichtung kann beispielsweise abhängig von der Richtung der Vektoren sein. Solche Vektoren, die quasi achsparallel zur Blickwinkelrichtung, definiert durch den Pfeil P, sind, werden beispielsweise stärker gewichtet als solche, die unter einem relativ großen Winkel dazu liegen. Auch ist eine Gewichtung hinsichtlich der Stärke möglich.

Diese Analyse, wie exemplarisch zu 4 beschrieben, wird nun bezüglich aller wellenlängenspezifischer Strahlungsvektoren vorgenommen, wobei für jeden Bildpunkt alle wellenlängenspezifischen Vektoren integriert werden. Hierbei kann gegebenenfalls eine weitere Gewichtung in Abhängigkeit der Farbe, also der einzelnen Wellenlängen der einzelnen erfassten Vektoren vorgenommen werden.

Sind alle relevanten Vektoren „gesammelt", erfolgt im Schritt e) die Ermittlung der einzelnen positionsspezifischen Bilder auf Basis der einzelnen, für jeden Oberflächenbereich bestimmten Vektorengruppen. Nachdem zu jedem Oberflächenbereich auf der Leuchtenabschlussscheibe die entsprechenden Vektoren „gesammelt" wurden, kann somit zur gesamten Fläche der Leuchtenabschlussscheibe ein Bild ermittelt werden. Dieses Bild beinhaltet die physikalischen Parameter, die zur Beschreibung des simulierten Bildes erforderlich sind, also die Leuchtdichte und der jeweilige Farbort. Es kann also durch Integration über alle Vektoren in einem Oberflächenpunkt eine Mischung der einzelnen, gegebenenfalls unterschiedlich gewichteten Wellenlänge der Vektoren erfolgen, so dass zu jedem Oberflächenbereich ein Farbwert im Farbraum ermittelt werden kann. In diesem Schritt ist es auch möglich, nicht nur den jeweils zu analysierenden Oberflächenpunkt zu berücksichtigen, sondern auch weitere, in seiner Umgebung liegende Bildpunkte, um den endgültigen physikalischen Farbwert in diesem Bildpunkt zu bestimmen.

Nachdem es sich um physikalische Werte handelt, ist in einem nachfolgenden Schritt die Ermittlung der zur Bildausgabe an einem Monitor dienenden Farbwerte, also der Rot-Grün-Blau-Farbwerte zu den einzelnen Bildern anhand der physikalischen Werte vorzunehmen. Das heißt, die einzelnen im Schritt e) ermittelten bildpunktspezifischen physikalischen Werte werden in entsprechende der Monitorausgabe dienende Farbwerte umgerechnet. Hier wird ein sog. Shader, vorzugsweise ein TCP-IP-Shader verwendet. Dieser Shader ist ein eigenes Softwaretool, in dem eine spezielle Materialbeschreibung der Lichtabschlussscheibe hinterlegt ist. Das heißt, in diesem Shader sind Informationen über das Reflektionsverhalten und die relevanten lichtoptischen Eigenschaften der Lichtabschlussscheibe hinterlegt, welche Eigenschaften natürlich das letztendlich sichtbare Leuchtmuster beeinflussen. Diese Informationen können auch Informationen hinsichtlich des Glanzes oder der Transparenz, bezogen auf unterschiedliche Betrachtungswinkel etc. umfassen.

Weiterhin ist es in diesem Schritt denkbar, einen weiteren Shader zu verwenden, in dem Informationen betreffend die gesamte Leuchtenumgebung oder aber die Umgebung der betrachteten Kammer hinterlegt sind. Wird beispielsweise im Rahmen der Simulation nur das Leuchtverhalten einer bestimmten Kamera simuliert, so ist für den Betrachter natürlich auch die Umgebung dieser Kammer, also beispielsweise weitere nebengeordnete Kammern der Leuchte wie auch bei Integration dieser Leucht in ein Kraftfahrzeug die anschließenden Kraftfahrzeugteile (Heckklappe, Stoßfänger etc.). zu sehen bzw. haben einen Einfluss auf die letztendliche Betrachteransicht. Um dies zu berücksichtigen, wird zweckmäßigerweise der zweite Shader verwendet, bei dem es sich um einen konventionellen Shader handeln kann. Das heißt, in diesem Fall werden zwei Shader kombiniert, sie können einander überlagert oder gemischt werden.

Abschließend erfolgt im Schritt g) die Ausgabe des auf diese Weise simulativ ermittelten Bildes.

An dieser Stelle ist noch darauf hinzuweisen, dass im Schritt f) selbstverständlich auch benutzerseitig eine Auswahl der „leuchtenden" Kammern vorgenommen werden kann. Besteht eine Leuchte aus mehreren Kammern, so liegen, wie bezüglich der Schritte a) und b) beschrieben, zu allen Kammern die Strahlenvektorfelder vor, das heißt, es wurde zu jeder einzelnen Kammer bzw. zu jeder einzelnen in einer Kammer befindlichen Leuchte der Strahlengang bei Betrieb der Leuchte ermittelt. Der Benutzer kann nun angeben, welchen Betriebszustand er dargestellt haben möchte, das heißt, welche Kammern bzw. Leuchtmittel leuchten sollen. Die Ermittlung der zur Bildausgabe dienenden, bildpunktweisen Oberflächenfarben berücksichtigt dann lediglich die kammerbezogenen Strahlenvektorfelder zu den angewählten Kammern. Die Einflüsse der nichtleuchtenden Leuchtmittel oder der nicht beleuchteten Kammern werden dann über den zweiten Shader berücksichtigt.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt eine sehr schnelle Erstellung eines Leuchtmusters bzw. eines ausgebbaren Bildes zu. Nachdem Grundlage für die Bildermittlung die betrachter- oder kameraunabhängige Ermittlung der Strahlenvektorfelder ist, die allen blickwinkelspezifischen Bildermittlungen zugrunde liegt, ist eine schnelle Analyse möglich, nachdem der eigentliche rechenintensive Schritt die Vektorfeldberechnung ist, die aber nur einmal durchgeführt werden muss.


Anspruch[de]
  1. Verfahren zur rechnerischen Ermittlung des sichtbaren Leuchtmusters einer wenigstens eine Leuchtquelle aufweisenden Leuchte, insbesondere einer Heckleuchte eines Kraftfahrzeugs, wobei in einem ersten Schritt ein dreidimensionales virtuelles Modell der Leuchte verwendet und zu jeder Leuchtquelle der durch Reflexion, Refraktion und/oder Absorption an Leuchtenabschnitten beeinflusste Verlauf einer beliebigen Anzahl von von der Leuchtquelle ausgesandten Strahlen ermittelt und anhand der die Leuchte verlassenden Strahlen ein vom Blickwinkel eines Betrachters unabhängiges Strahlenvektorfeld am Leuchtenausgang ermittelt wird, anhand welchem in einem zweiten Schritt in Abhängigkeit des wählbaren virtuellen Blickwinkels des Betrachters auf die Leuchte und damit das Strahlenvektorfeld das blickwinkelspezifische Leuchtmuster ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenvektorfeld an der Außenfläche einer virtuellen Abschlussscheibe der Leuchte bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Strahlenvektorfelds punktweise Farbwerte ermittelt und als Leuchtmuster dargestellt werden.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Strahlenvektorfeld für Lichtstrahlen wenigstens einer bestimmten Wellenlänge ermittelt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Strahlenvektorfelder für jeweils eine bestimmte Wellenlänge ermittelt werden, wobei die Strahlenvektorfelder zur Bestimmung des Leuchtmusters überlagert werden.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne Strahlenvektoren oder Strahlenvektorbündel eines Strahlenvektorfelds in Abhängigkeit des betrachteten Blickwinkels stärker oder weniger stark gewichtet werden.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die aus den von verschiedenen Leuchtquellen erzeugten Strahlenvektorfelder errechneten Farbwerte zur Darstellung unterschiedlicher Schaltzustände der Leuchte überlagert dargestellt werden.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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