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— 3D Welt: 2D, 3D, 4D —

Einführung

Der Raum wird mit Dimensionen beschrieben. Ein Punkt ohne Ausdehnung hat keine Dimension. Eine Linie (——) hat eine Dimension, nämlich ihre Länge.

Eine Fläche hat zwei Dimensionen, Länge und Breite. Die Bildschirmoberfläche, auf welcher diese Seite angezeigt wird, hat zwei Dimensionen, ebenso jedes auf Papier gedruckte Erzeugnis.

Der Mensch hat zwei Augen und damit ist seiner Wahrnehmung auch die dritte Dimension erschlossen: Länge, Breite und Höhe oder die räumliche Tiefe. Der Bildschirm, der vor Ihnen steht hat drei Dimensionen, jeder andere Gegenstand auch, ebenso der Raum, in welchem Sie sich befinden.

3D Bilder
Die meisten Bilder, die wir betrachten, werden auf einer Fläche abgebildet und wirken daher zweidimensional und flach. Mit geeigneten Mitteln kann der Eindruck von Dreidimensionalität erzeugt werden: Hologramme; zwei seitlich leicht verschobene Bilder nebeneinander dargestellt und mit einer geeigneten Optik jedem Auge sein Bild zuführen; Anaglyphe.

Obwohl das Landschaftsfoto flach auf dem Papier erscheint, wissen wir, dass die Berge weiter hinten stehen, als die große Blume. Mit Raytracing Programmen können dreidimensionale Welten und Räume erzeugt werden, die zweidimensional und flach abgebildet werden. Die Dreidimensionalität ist aber gegeben, da man den Beobachtungsstandort beliebig verstellen kann.

4D
Die vierte Dimension wird gemeinhin der Zeit zugeordnet. Der Ferienfilm ist in diesem Sinne vierdimensional, wenn ihm beim Abspielen auf der Leinwand auch die dritte Dimension fehlt. Mit Raytracing Programmen kann die Kamera animiert und damit ein Film erstellt werden. Diese Filme können sogar mit geeigneten Zusatzprogrammen vertont werden, aber das nennt man dann doch nicht 5-D.


3D mit Raytracern – die dreidimensionale Welt

Mit Raytracing-Programmen werden dreidimensionale Körper erstellt und in einem dreidimensionalen Raum angeordnet. Die Körper können Objekte sein oder Teile von Landschaften, Vegetation und anderem. Die Körper können hohl oder massiv sein. Sind sie hohl, kann ihnen ein Material übergestülpt werden, sind sie massiv, werden sie mit dem Material gefüllt.

Materialien können sich abhängig der Höhe oder der Steilheit einer Flanke verändern. Ein Material besteht aus mehreren Texturen. Das aus Texturen bestehende Material interagiert mit dem auf es geworfene und von ihm reflektierten Licht. Verschiedene Raytracer-Programme stellen verschiedene Werkzeuge zum Erzeugen von Materialien und zur Auftragung am Objekt zur Verfügung.

Ist eine Szene fertig gestellt, wird sie gerendert, d.h. als zweidimensionales Bild aus der Sicht einer einäugigen Beobachterkamera dargestellt. Auch wenn die Szene flach und ohne Tiefe erscheint, handelt es sich trotzdem um die Abbildung eines Raums.

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Das Beispiel einer einfachen Insellandschaft zeigt die Räumlichkeit. Von links nach rechts: Nach langer Fahrt über das Meer erreicht man die der Insel vorgelagerten Sandbänke und sieht drei Bäume nahe dem Strand. Bei einem Flug über die Insel entdeckt man einen Fluss zwischen zwei Bergketten und blickt zu den drei Bäumen. Bei der Rückkehr von einer längeren Wanderung im Gebirge zurück an den Strand entdeckt man die drei Bäume und ist froh, bald das Ziel zu erreichen. Ups! Die Bäume stehen ja im Meerwasser. Da werden sie wohl kaum lange überleben. Es ist ganz offensichtlich: Hier wurde nicht sorgfältig genug gearbeitet.

Diese Bildserie wurde aus einem in Bryce 5 realisierten einfachen Projekt entnommen. Die Materialien sind einfach und stammen aus der Bibliothek.


Panorama einer Landschaft – 360° Rundsicht

Sehr weitwinklig aufgenommene Landschaften werden oft als Panorama bezeichnet. Das Fischauge erreicht mit 180° den größten Winkel. Ein vollständiges Panorama zeigt die Umgebung mit 360°; so, wie sie ein Betrachter von einem Punkt aus sehen würde, drehte er sich einmal vollständig um seine eigene Achse. Bei einem Panorama gibt es seitwärts kein Ende und es muss auf der Innenseite eines Zylinders oder einer Kugel angezeigt werden. Wird es auf einem flachen Schirm angezeigt, muss man sich das linke und rechte Ende des Bildes als zusammengefügt vorstellen.

Panorama

Mit Raytracing-Programmen können auch Panorama-Ansichten gerendert werden. Das Bild zeigt im oberen Teil das Panorama der oben gezeigten Insellandschaft. Bei der unteren Hälfte wurden das linke und rechte Ende des oberen Bildes zusammengefügt, dafür ist nun die Mitte an die Ränder gerutscht. Auffallend an dieser Darstellung sind die Verzerrungen. Das liegt daran, dass ein Bild für die Anzeige auf einer gebogenen Fläche gerendert wurde, das Bild aber auf einer ungekrümten Ebene betrachtet wird (Beispiel: Weltkarte der runden Erde).

QTVR - Panoramafilme

Das Bild- und Filmanzeigeprogramm QuickTime kennt seit der Version 3 den «Virtual Reality» (virtuelle Realität) Zusatz und kann Panoramabilder interaktiv anzeigen. Es wird dabei nur ein Ausschnitt des Panoramas gezeigt. Der Ausschnitt kann aber beliebig geschoben werden, auch sind ein- und auszoomen möglich. Damit können Panoramabilder sinnvoll auf einem Computerbildschirm betrachtet werden.


Bewegte Szenen: Die vierte Dimension – Verschiedene Typen

In einem Film bewegen sich Objekte (Autos) oder Menschen und die Umgebung verändert sich nicht, weil die Kamera ruhig steht. Es kann sich aber auch die Kamera bewegen und dann verändert sich auch die Umgebung. Ein Zeitraffer-Film zeigt schnell über den Himmel rasende Wolken oder wie sich der Schnee die Bergflanke hinauf zum Gipfel zurückzieht, wenn sich die Jahreszeit ändert.

Mit Raytracing Programmen können auch verschiedene Elemente einer Szene animiert werden:

  • Gegenstände,
  • die Kamera,
  • die Wolken am Himmel,
  • Materialien.

Leider können selten gleichzeitig mehrere Elemente animiert werden.

Eigenständiges Hobby

Wer sich daran macht, einigermaßen brauchbare Filme zu erstellen, beginnt ein neues Steckenpferd. Die Szenen müssen folgerichtig erstellt sein, will man sie mit der Kamera erkunden. Die Geschwindigkeit der Animation kann an jedem Punkt verschieden sein. Die Kamera kann durch Gegenstände rasen, was nicht unbedingt erwünscht ist.

Erste Resultate fallen ähnlich bedenklich aus, wie die ersten Versuche mit der neuen Videokamera in den Ferien. Betrachtet man sein Wunderwerk wird einem Übel, weil alles so wackelt und ruckelt.

Das Rendern einer Animation benötigt viel Zeit. Bei 15 Bildern pro Sekunde (das Minimum) müssen für einen 10 Sekunden dauernen Film 150 Bilder gerendert werden.

 
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