LIGHTFIELDS

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Das Lichtfeld ist eine Funktion, welche die Lichtmenge beschreibt, die an jedem Punkt des dreidimensionalen Raums in alle Richtungen fällt.

Als erster beschrieb Michael Faraday in seinen Thoughts on Ray Vibration[1 1], dass Licht als Feld interpretiert werden kann, ähnlich dem magnetischen Feld, an dem Faraday für mehrere Jahre gearbeitet hatte. Der Begriff Lichtfeld wurde geprägt von Arun Gershun in einer Veröffentlichung über radiometrische Eigenschaften des Lichts im dreidimensionalen Raum[1 2]. In der jüngeren Geschichte der Computergrafik wurde dieser Begriff ein wenig umgedeutet.

Das 4-D-Lichtfeld: Wenn in einer Szene ein konkaves Objekt vorhanden ist (z. B. der innere Teil einer gekrümmten Hand), dann wird Licht, das von einem Punkt des Objektes ausstrahlt, nach kurzer Strecke von einem anderen Punkt des Objektes blockiert. Kein praktisches Messgerät könnte die plenoptische Funktion in einer solchen Szene bestimmen.Strahlung entlang eines Lichtstrahls bleibt konstant, sofern sie nicht durch irgendein Objekt in seiner Bahn blockiert wird.

Wenn hingegen die Szene nur auf konvexe Objekte beschränkt bleibt, dann kann die plenoptische Funktion ganz einfach (sogar mit einer Digitalkamera) bestimmt werden. Darüber hinaus enthält die Funktion in diesem Fall sogar redundante Informationen, da sich die Strahldichte entlang des Lichtstrahls nicht verändert. Die redundante Information ist genauer auf eine einzelne Dimension beschränkt, so dass eine vierdimensionale Funktion hier ausreicht. Parry Moon nannte diese 1981 Photonisches Feld[1 6], während Forscher aus dem Gebiet der Computergrafik es als 4-D-Lichtfeld[1 7] oder Lumigramm[1 8] bezeichnen. Formal ist das 4-D-Lichtfeld definiert als die Strahlungsdichte entlang Lichtstrahlen in einem leeren Raum.

Die Entsprechung zum 4-D-Lichtfeld in der Akustik ist das Schallfeld oder Wellenfeld, wie es in der Wellenfeldsynthese Anwendung findet. Dieses korrespondiert zum Kirchhoff-Helmholtz-Integral, das besagt, dass ohne Hindernisse im Raum das Schallfeld über der Zeit durch den Schalldruck auf einer Ebene gegeben ist. Dieses ist somit eine 2-D-Information für jeden beliebigen Punkt und, die Zeit einbeziehend, ein 3-D-Feld.

Dass das Schallfeld zwei Dimensionen besitzt (im Vergleich zum vierdimensionalen Lichtfeld), kommt daher, dass Licht in Strahlen transportiert wird (0-D an einem Raumpunkt zu einem Zeitpunkt, 1-D als Funktion der Zeit), während eine Wellenfront des Schalls wegen des huygensschen Prinzips als sphärische Wellen modelliert werden kann (2-D an einem Raumpunkt zu einem bestimmten Zeitpunkt, 3-D als Funktion der Zeit). Licht bewegt sich in einer einzigen Richtung (2-D-Information), während Schall sich in alle Richtungen ausbreitet.

Quelle: Wikipedia, Marc Levoy, Jonathan Shade: A light field of Michelangelo’s statue of Night (englisch) Stanford Computer Graphics Laboratory.

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