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Raytracing / Rendering

Ray­tra­c­ing (engl. ray = Licht­strahl, to tra­ce = ver­fol­gen) ist ein Ver­fah­ren, Foto­gra­fie in einem vir­tu­el­lem Sze­nen­auf­bau zu simu­lie­ren. Die­se Sze­ne besteht aus Objek­ten, Licht­quel­len und einer Kame­ra. Dabei geht der Com­pu­ter gen­au anders­her­um vor wie es eine Kame­ra tun wür­de: Denn aus­ge­hend von der Kame­ra wird für jeden Pixel des letzt­end­li­chen Bil­des ein Licht­strahl in die Sze­ne aus­ge­sen­det. Die­ser trifft auf Objekto­ber­flä­chen und wird abhän­gig von der defi­nier­ten Ober­flä­chen­be­schaf­fen­heit wei­ter reflek­tiert oder trifft in bestimm­tem Win­kel auf Licht­quel­len. Der Pixel wird dann abhän­gig davon ein­ge­färbt, was der aus­ge­sen­de­te Licht­strahl »gese­hen« hat auf sei­nem Weg.

Ren­de­ring (engl.: to ren­der = machen, berech­nen) ist der Vor­gang der Berech­nung selbst.

Ray­tra­c­ing ist aber der letz­te Schritt: vor­er­st muss der Com­pu­ter mit den dar­zu­stel­len­den Objek­ten, Beleuch­tung und dem Betracht­erstand­ort (Kame­ra) »gefüt­tert« wer­den. Um das zu machen, gibt es sowohl kom­mer­zi­el­le (Cine­ma 4D, 3D-Studio MAX, Rhi­no­ce­ros 3D, Z-Brush …) wie auch freie/kostenlose Pro­gram­me (Blen­der, POV-Ray, …). Die aller­meis­ten haben eine gra­fi­sche Ober­flä­che, den Model­ler, wo man gleich sieht, was man tut — also das Anord­nen und Model­lie­ren der Objek­te, die Beleuch­tung und Posi­ti­on der Kame­ra. Die Objek­te lie­gen dann als Geo­me­trie­da­ten vor: Alle Eck­punk­te als Lis­te von 3D-Koordinaten (x, y, z), Kan­ten defi­nie­ren wel­che Punk­te ver­bun­den sind, Flä­chen fas­sen wie­der­um die Kan­ten zusam­men und haben eine Innen- und Außen­sei­te. Dann haben Objek­te noch Eigen­schaf­ten wie Tex­tur­ko­or­di­na­ten, wel­che die Art und Wei­se defi­nie­ren, wie ein Mate­ri­al (z. B. ein Bild) um das Objekt »gewi­ckelt« wer­den soll. Wei­ter­hin defi­nie­ren Mate­ria­li­en auch alle Eigen­schaf­ten, die eine Ober­flä­che im rea­len Leben haben kann: Far­be, Refle­xi­on, Trans­lu­zenz, Trans­pa­renz, metal­li­sch oder nicht usw. Licht­quel­len haben eine Posi­ti­on (x, y, z), Licht­far­be (r, g, b), Leuchtrich­tung (x, y, z) und dann so Para­me­ter wie Öff­nungs­win­kel des Licht­ke­gels, Streu­ung, Schat­ten wer­fend oder nicht usw. Kame­ras haben Posi­ti­on, Blick­rich­tung, Fokus­ebe­ne usw.

Die Ein­ga­be erfolgt meis­tens über gra­fi­sche Benut­zer­ober­flä­chen, in wel­cher die Objek­te model­liert bzw. kon­stru­iert, mit Tex­tu­ren nund ande­ren Mate­ri­al­ei­gen­schaf­ten ver­se­hen, zu funk­tio­nel­len Grup­pen zusam­men­ge­fasst und in einer Sze­ne­rie ange­ord­net und in der gewünsch­ten Art und Wei­se aus­ge­leuch­tet wer­den kön­nen. Die Kame­ra kann dar­in frei posi­tio­niert wer­den. Das letzt­end­li­che Bild ent­steht aus dem, was die­se Kame­ra sieht. Selbst­ver­ständ­li­ch lässt sich auch alles ani­mie­ren — z. B. eine Kame­ra­fahrt. Die Mög­lich­kei­ten sind sehr umfang­reich und es erfor­dert eini­ges an Zeit, sich da ein­zu­ar­bei­ten.

Für Leu­te, die gern pro­gram­mie­ren und die sich mit Mathe­ma­tik beschäf­ti­gen, kann ich nur den »Per­sis­ten­ce Of Visi­on Ray­tra­cer« (kurz: POV-Ray) emp­feh­len. Die­ser benutzt kei­nen Model­ler, anstatt des­sen eine sehr mäch­ti­ge Script­spra­che, um die oben genann­ten Aspek­te einer 3D-Szene zu defi­nie­ren. Dar­über hin­aus gibt es Datei-Ein-und-Ausgabe, Schlei­fen, Kon­di­tio­nal­ab­fra­gen (Wenn/Dann/Sonst), was für vie­le tech­ni­sche Anwen­dun­gen inter­es­sant ist. Da die Script­da­tei­en (.pov) rei­ne Text­for­mat sind, kön­nen sie leicht von ande­ren Anwen­dun­gen erzeugt wer­den, z. B. von Wolf­ram Mathe­ma­ti­ca.

 

 

Kategorie(n): , Tag(s): letzte Änderung: 18.04.2017, 12:13 Uhr