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	<title>Bildsynthese - Versionsgeschichte</title>
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	<updated>2026-06-08T00:58:30Z</updated>
	<subtitle>Versionsgeschichte dieser Seite in Wikipedia (Deutsch) – Lokale Kopie</subtitle>
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		<id>https://wiki-de.moshellshocker.dns64.de/index.php?title=Bildsynthese&amp;diff=306475&amp;oldid=prev</id>
		<title>imported&gt;Rmcharb: Änderung 265527821 von ~2026-13556-96 rückgängig gemacht; bitte WP:KORR beachten</title>
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		<updated>2026-03-23T07:27:51Z</updated>

		<summary type="html">&lt;p&gt;Änderung &lt;a href=&quot;/index.php/Spezial:Diff/265527821&quot; title=&quot;Spezial:Diff/265527821&quot;&gt;265527821&lt;/a&gt; von &lt;a href=&quot;/index.php/Spezial:Beitr%C3%A4ge/~2026-13556-96&quot; title=&quot;Spezial:Beiträge/~2026-13556-96&quot;&gt;~2026-13556-96&lt;/a&gt; rückgängig gemacht; bitte &lt;a href=&quot;/index.php?title=WP:KORR&amp;amp;action=edit&amp;amp;redlink=1&quot; class=&quot;new&quot; title=&quot;WP:KORR (Seite nicht vorhanden)&quot;&gt;WP:KORR&lt;/a&gt; beachten&lt;/p&gt;
&lt;p&gt;&lt;b&gt;Neue Seite&lt;/b&gt;&lt;/p&gt;&lt;div&gt;[[Datei:Render Types.png|mini|Mit verschiedenen Methoden gerenderte 3D-Szene]]&lt;br /&gt;
&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Bildsynthese&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; oder &amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;Rendern&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039;&amp;#039; (von {{enS|&amp;#039;&amp;#039;(to) render&amp;#039;&amp;#039;}}, {{deS|&amp;#039;&amp;#039;etwas erbringen, herausgeben, leisten&amp;#039;&amp;#039;}}) bezeichnet in der [[Computergrafik]] die Erzeugung eines Bildes aus Rohdaten. Rohdaten können geometrische Beschreibungen im 2D- oder 3D-Raum (auch [[Szenengraph|Szene]] genannt), [[Hypertext Markup Language|HTML]], [[Scalable Vector Graphics|SVG]] etc. sein.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Eine Szene ist ein virtuelles [[3D|räumliches]] Modell, das Objekte und deren Materialeigenschaften, Lichtquellen, sowie die Position und Blickrichtung eines Betrachters definiert.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Computerprogramme zum Rendern von Bildern werden &amp;#039;&amp;#039;Renderer&amp;#039;&amp;#039; genannt. Unterschieden werden z.&amp;amp;nbsp;B. die Rendering Engine für Computerspiele, die [[HTML-Renderer]] etc.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Beim Rendern müssen üblicherweise folgende Aufgaben gelöst werden:&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
* die Ermittlung der vom virtuellen Betrachter aus sichtbaren Objekte &amp;#039;&amp;#039;([[Sichtbarkeitsproblem|Verdeckungsberechnung]])&amp;#039;&amp;#039;&lt;br /&gt;
* die Simulation des Aussehens von Oberflächen, beeinflusst durch deren Materialeigenschaften &amp;#039;&amp;#039;([[Shading]])&amp;#039;&amp;#039;&lt;br /&gt;
* die Berechnung der Lichtverteilung innerhalb der Szene, die sich unter anderem durch die indirekte Beleuchtung zwischen Körpern äußert.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Daneben erfordert die Erzeugung von [[Computeranimation]]en einige zusätzliche Techniken. Ein wichtiger Einsatzbereich ist die interaktive Synthese von Bildern in [[Echtzeit]], bei der meist [[Hardwarebeschleunigung]] zum Einsatz kommt. Bei der realistischen Bildsynthese hingegen wird auf hohe Bildqualität oder physikalische Korrektheit Wert gelegt, während die benötigte Rechenzeit eine untergeordnete Rolle spielt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Datei:Recursive raytrace of a sphere.png|mini|Ein gerendertes Bild mit Reflexions- und [[Schärfentiefe]]neffekten]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Echtzeitrendern ==&lt;br /&gt;
Beim Echtzeitrendern wird eine Reihe von Bildern schnell berechnet und die zugrundeliegende Szene vom Anwender interaktiv verändert. Die Berechnung erfolgt ausreichend schnell, so dass die Bildfolge als dynamischer Prozess empfunden wird. Ab einer [[Bildfrequenz]] von etwa 6 fps ist eine interaktive Benutzung möglich, bei 15 fps lässt sich mit Sicherheit von Echtzeit sprechen.&amp;lt;ref&amp;gt;Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: &amp;#039;&amp;#039;Real-Time Rendering,&amp;#039;&amp;#039; S. 1&amp;lt;/ref&amp;gt; Auf modernen Computern wird das Echtzeitrendern durch Hardwarebeschleunigung mittels [[Grafikkarte]]n unterstützt. Mit wenigen Ausnahmen unterstützt Grafikhardware nur Punkte, Linien und Dreiecke als [[Grafisches Primitiv|grafische Grundobjekte]].&amp;lt;ref&amp;gt;Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: &amp;#039;&amp;#039;Real-Time Rendering,&amp;#039;&amp;#039; S. 7&amp;lt;/ref&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Grafikpipeline ===&lt;br /&gt;
{{Hauptartikel|Grafikpipeline}}&lt;br /&gt;
Beim Echtzeitrendern beschreibt die Grafikpipeline den Weg von der Szene bis zum fertigen Bild. Es handelt sich um eine Modellvorstellung, die je nach System variieren kann. Die Grafikpipeline ist oftmals in Teilen ähnlich wie [[Pipeline (Prozessor)|Prozessorpipelines]] implementiert, bei denen Berechnungen parallel ausgeführt werden. Eine Grafikpipeline kann in drei große Schritte aufgeteilt werden: Anwendung, Geometrie und [[Rasterung]].&amp;lt;ref&amp;gt;Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: &amp;#039;&amp;#039;Real-Time Rendering,&amp;#039;&amp;#039; S. 11&amp;lt;/ref&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Der &amp;#039;&amp;#039;Anwendungsschritt&amp;#039;&amp;#039; nimmt alle Änderungen an der Szene vor, die vom Anwender im Rahmen der Interaktion festgelegt werden, und gibt sie an den nächsten Schritt der Pipeline weiter. Daneben kommen hier Techniken wie [[Kollisionserkennung (algorithmische Geometrie)|Kollisionserkennung]], Animation, [[Morphing]] und Beschleunigungsverfahren mittels räumlicher Unterteilungsschemata zum Einsatz.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Datei:View volume.svg|mini|Darstellung einer Szene mit virtuellem Betrachter und Sichtvolumen (hellgrau), das von den beiden [[Clippingebene]]n begrenzt wird. Das Sichtvolumen wird im Zuge der Projektion in einen Würfel transformiert, sodass nähere Objekte größer als weiter entfernte erscheinen.]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Der &amp;#039;&amp;#039;Geometrieschritt&amp;#039;&amp;#039; übernimmt einen Großteil der Operationen mit den [[Vertex|Vertices]], den Eckpunkten der Grundobjekte. Er lässt sich in verschiedene Unterschritte aufteilen, die nacheinander Transformationen in verschiedene [[Koordinatensystem]]e vornehmen. Um die perspektivische Abbildung zu vereinfachen, arbeiten fast alle geometrischen Operationen des Geometrieschrittes mit [[Homogene Koordinaten|homogenen Koordinaten]]. Dabei werden Punkte durch vier Koordinaten und Transformationen durch 4×4-[[Matrix (Mathematik)|Matrizen]] definiert.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Zunächst werden alle Grundobjekte der Szene so transformiert, dass der virtuelle Beobachter entlang der &amp;#039;&amp;#039;z&amp;#039;&amp;#039;- (Tiefen-)achse blickt. Falls die Szene Lichtquellen enthält, wird für jeden Vertex anhand der Materialeigenschaften des entsprechenden Dreiecks eine Farbe berechnet. Das vom Betrachter aus sichtbare Volumen der Szene ist ein Pyramidenstumpf ([[Frustum]]). Im nächsten Schritt wird dieses Frustum in einen Würfel transformiert, was einer [[Zentralprojektion]] entspricht. Teilweise oder vollständig außerhalb des Sichtvolumens liegende Grundobjekte werden mittels [[Clipping (Computergrafik)|Clipping]]- und Culling-Techniken beschnitten oder entfernt. Schließlich wird eine Transformation angewandt, die die Vertex-Koordinaten an den gewünschten Zeichenbereich des Bildschirms verschiebt. Die &amp;#039;&amp;#039;z&amp;#039;&amp;#039;-Koordinaten bleiben dabei weiter erhalten, da sie für die spätere Verdeckungsberechnung benötigt werden.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Im &amp;#039;&amp;#039;Rasterungsschritt&amp;#039;&amp;#039; werden alle verbleibenden, projizierten Grundobjekte [[Rasterung|gerastert]], indem die zu ihnen gehörenden Pixel eingefärbt werden. Da bei überlappenden Dreiecken nur die sichtbaren Teile angezeigt werden sollen, wird ein [[Z-Buffer]] verwendet, der die Verdeckungsberechnung übernimmt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Grafik-APIs ===&lt;br /&gt;
Zur Ansteuerung von Grafikpipelines werden üblicherweise Grafik-[[Programmierschnittstelle|APIs]] verwendet, die die Grafikhardware abstrahieren und dem Programmierer viele Aufgaben abnehmen. Wesentlich zur Entwicklung des Echtzeitrenderns hat der ursprünglich von [[Silicon Graphics]] eingeführte Standard [[OpenGL]] beigetragen. Die aktuellen Neuerungen von OpenGL und [[Microsoft]]s [[DirectX]] finden hauptsächlich in modernen [[Computerspiel]]en ihre Anwendung. Außer DirectX und OpenGL gab es noch andere Ansätze, wie [[Glide]], die sich allerdings nicht durchsetzen konnten. Im professionellen Bereich hat OpenGL große Bedeutung. DirectX ist hingegen stark auf die Entwicklung von Spielen optimiert. DirectX ist eine [[proprietäre Software]], die nur unter [[Microsoft Windows|Windows]] verfügbar ist; sie ist kein offener Standard.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Historische Techniken ===&lt;br /&gt;
{{Siehe auch|Geschichte der Computergrafik}}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die erste interaktive Technik zur Verdeckungsberechnung wurde 1969 von Schumacker und anderen veröffentlicht.&amp;lt;ref&amp;gt;[[Ivan Sutherland]] u. a.: &amp;#039;&amp;#039;A Characterization of Ten Hidden-Surface Algorithms.&amp;#039;&amp;#039; ACM Computing Surveys (CSUR) 6, 1 (March 1974): 1–55, hier S. 23, {{ISSN|0360-0300}}&amp;lt;/ref&amp;gt; [[Schumacker-Algorithmus|Schumackers Algorithmus]]&amp;lt;ref&amp;gt;R. A. Schumaker u. a.: &amp;#039;&amp;#039;Study for Applying Computer-Generated Images to Visual Simulation.&amp;#039;&amp;#039; AFHRL-TR-69-14. US Air Force Human Resources Laboratory, 1969&amp;lt;/ref&amp;gt; diente der [[Flugsimulation]] für die US-Streitkräfte, eine Anwendung, bei der stets massiv in Grafikhardware investiert wurde.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
In der Frühzeit der Computerspiele mit interaktiver 3D-Grafik wurden alle rechenaufwändigen Grafikoperationen noch vom [[Hauptprozessor]] des Rechners übernommen. Daher konnten nur sehr einfache und eingeschränkte Renderverfahren genutzt werden. Der [[Ego-Shooter]] &amp;#039;&amp;#039;[[Wolfenstein 3D]]&amp;#039;&amp;#039; (1992) etwa verwendete zur Verdeckungsberechnung [[Raycasting]], womit sich nur eine festgelegte Höhendimension und rechtwinklig aneinandergrenzende Räume darstellen ließen. &amp;#039;&amp;#039;[[Doom]]&amp;#039;&amp;#039; kombinierte Raycasting mit zweidimensionalem [[Binary Space Partitioning]], um die Effizienz zusätzlich zu steigern und komplexere Szenen rendern zu können.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Shading und direkte Beleuchtung ==&lt;br /&gt;
Als &amp;#039;&amp;#039;Shading&amp;#039;&amp;#039; (dt.: &amp;#039;&amp;#039;Schattierung&amp;#039;&amp;#039;) wird allgemein die Berechnung der Farben an Oberflächen anhand der zugehörigen [[Material (3D-Computergrafik)|Materialeigenschaften]] und dem direkt von den Lichtquellen eintreffenden Licht bezeichnet. Das Shading kommt sowohl beim Echtzeitrendern als auch beim realistischen Rendern zum Einsatz. Die indirekte Beleuchtung von anderen Oberflächen bleibt dabei zunächst unberücksichtigt. Einen Spezialfall stellen nichtfotorealistische Shading-Techniken &amp;#039;&amp;#039;([[Non-photorealistic Rendering]])&amp;#039;&amp;#039; dar, bei denen zum Beispiel aus ästhetischen Gründen Verfremdungen erzeugt werden, etwa [[Cel Shading]] für comicähnliche Bilder.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Lichtquellen und Schatten ===&lt;br /&gt;
Bei der Modellierung sind verschiedene, oft physikalisch nicht korrekte Arten von Lichtquellen üblich. &amp;#039;&amp;#039;Directional Lights&amp;#039;&amp;#039; senden parallele Lichtstrahlen ohne Abschwächung in eine bestimmte Richtung, Punktlichtquellen emittieren Licht in alle Richtungen, und &amp;#039;&amp;#039;Spot Lights&amp;#039;&amp;#039; emittieren Licht nur in einem kegelförmigen Bereich. In Wirklichkeit besitzen Lichter eine bestimmte Fläche; die Lichtintensität nimmt quadratisch mit der Entfernung ab. Dies wird bei der realistischen Bildsynthese berücksichtigt, während beim Echtzeitrendern meistens nur einfache Lichtquellen verwendet werden.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Schatten (Computergrafik)|Schatten]] sind ein wichtiges Element von Computergrafiken, da sie dem Anwender Rückschlüsse über die Platzierung von Objekten im Raum geben. Weil Lichtquellen eine bestimmte Größe haben, wirken Schatten in Wirklichkeit mehr oder weniger verschwommen. Dies wird bei realistischen Renderverfahren berücksichtigt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Lokale Beleuchtungsmodelle ===&lt;br /&gt;
[[Datei:Reflection models.svg|mini|hochkant=1.7|Lichtreflexion auf einer lambertschen (ideal diffusen), einer weniger rauen (glänzenden) und einer glatten (spiegelnden) Oberfläche]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Beleuchtungsmodell|Lokale Beleuchtungsmodelle]] beschreiben das Verhalten von Licht auf Oberflächen. Wenn ein [[Photon|Lichtteilchen]] auf einen Körper trifft, wird es entweder reflektiert, absorbiert oder – außer bei Metallen – ins Innere des Körpers [[Brechung (Physik)|gebrochen]]. Nur auf ganz glatten Oberflächen wird eintreffendes Licht gespiegelt; bei [[Dielektrikum|nichtmetallischen]] Körpern wird der relative Anteil des reflektierten und gebrochenen Lichtes durch die [[Fresnelsche Formeln|fresnelschen Formeln]] beschrieben.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Mikroskopische Unebenheiten führen dazu, dass das Licht nicht gespiegelt wird, sondern mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit in eine davon abweichende Richtung reflektiert wird. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung, die dieses Verhalten für ein Material beschreibt, wird [[Bidirektionale Reflexionsverteilungsfunktion|bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktion]] (BRDF) genannt. Lokale Beleuchtungsmodelle sind meist parametrierbare BRDFs. Ideal diffuse Oberflächen lassen beispielsweise mit dem [[Lambertsches Gesetz|lambertschen Gesetz]] und glänzende Oberflächen mit den [[Phong-Beleuchtungsmodell]] simulieren. Beim Echtzeitrendern wird oft eine Kombination aus einem diffusen, einem glänzenden und einem konstanten Faktor verwendet. Für die realistische Bildsynthese wurden weitere, physikalisch plausiblere Modelle entwickelt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Die BRDF geht davon aus, dass das an einem Punkt der Oberfläche eintreffende Licht auch genau dort wieder austritt. In Wirklichkeit streuen nichtmetallische Körper Licht in ihrem Inneren, wodurch sich ein weicheres Erscheinungsbild ergibt. Die Simulation dieser [[Volumenstreuung]] ist vor allem für die realistische Bildsynthese von Bedeutung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Interpoliertes Shading ===&lt;br /&gt;
[[Datei:Flat Gouraud Shading.jpg|mini|hochkant=1.2|Ein [[Körper (Geometrie)|Körper]] (präziser ein [[Polyeder]]), links mit Flat Shading, rechts mit Gouraud Shading gerendert, damit er wie eine [[Kugel]] (oder ein [[Rotationsellipsoid]]) aussieht. Die Beschreibung des Körpers liegt als [[Drahtgittermodell]] vor, denn relevant ist ausschließlich [[Fläche (Mathematik)|Fläche]], nicht das Volumen! Eine echte Kugel ließe sich mit sehr viel weniger Parametern beschreiben: [[Mittelpunkt]] + [[Radius]]. Stattdessen beschreibt man Oberflächen durch viele [[Vertex|Vertices]] und verbindet diese jeweils mit Geraden untereinander. Manche Modelle schreiben Dreiecke vor, andere Vierecke. Berechnungen werden auf diese Vertices angewandt. Dieses Methode wird nicht nur in der Bildsynthese angewandt, sondern z.&amp;amp;nbsp;B. auch bei [[Numerische Simulation|Numerischen Simulationen]] ([[Finite-Elemente-Methode|FEM]]).]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Beim Echtzeitrendern gibt es drei übliche Methoden, um die Beleuchtung eines Dreiecks zu berechnen. Beim [[Flat Shading]] wird die Farbe für ein Dreieck berechnet und das gesamte Dreieck mit dieser Farbe gefüllt. Dadurch werden die Facetten, aus denen sich das Modell zusammensetzt, deutlich sichtbar. Das von den meisten Grafikkarten unterstützte [[Gouraud Shading]] hingegen bestimmt die Farbe an jedem Eckpunkt eines Dreiecks, sodass bei der Rasterung zwischen diesen Farbwerten interpoliert wird und sich ein weicheres Erscheinungsbild als beim Flat Shading ergibt. Beim [[Phong Shading]] ist zusammen mit jedem Vertex die Normale an diesem Vertex verfügbar. Bei der Rasterung wird zwischen den Normalen interpoliert und das lokale Beleuchtungsmodell entsprechend dieser Normalen berechnet. Dieses Verfahren vermeidet einige Darstellungsprobleme des Gouraud Shading.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
{{Absatz}}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Mapping-Techniken ===&lt;br /&gt;
[[Datei:FSTextures8.jpg|mini|Kugeln mit verschiedenen prozeduralen Texturen]]&lt;br /&gt;
[[Datei:Bump mapping.png|mini|hochkant=1.5|Bump Mapping zur Simulation von Oberflächenunebenheiten, in der Mitte die verwendete &amp;#039;&amp;#039;Bump Map&amp;#039;&amp;#039;]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Im Normalfall werden lokale Beleuchtungsmodelle einheitlich auf ein gesamtes Objekt angewandt. Mapping-Techniken dienen der Simulation von Oberflächendetails aufgrund von Farb- oder Strukturvariationen. Dabei werden die Material- oder Geometrieeigenschaften an jedem Punkt der Oberfläche anhand einer Funktion oder Rastergrafik variiert. Viele Mapping-Techniken werden auch von Grafikhardware unterstützt. Neben den im Folgenden aufgeführten Verfahren wurden viele weitere Mapping-Techniken entwickelt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
* [[Texture Mapping]] ist die älteste Mapping-Technik und dient dazu, ein zweidimensionales Bild &amp;#039;&amp;#039;(Textur)&amp;#039;&amp;#039; auf einer Oberfläche abzubilden oder sie damit zu „bekleben“. Neben [[Rastergrafik]]en werden auch &amp;#039;&amp;#039;prozedurale Texturen&amp;#039;&amp;#039; verwendet, bei denen die Farbe an einem Punkt durch eine mathematische Funktion bestimmt wird. Bei der Bestimmung eines Farbwertes sind verschiedene Filtermethoden möglich. Auf Grafikhardware ist [[Mip Mapping]] gebräuchlich, bei dem aus Effizienzgründen die Textur in verschiedenen [[Bildauflösung]]en vorliegt.&lt;br /&gt;
* [[Bumpmapping]] dient der Simulation von Oberflächenunebenheiten. Dabei werden die tatsächlichen [[Normalenvektor]]en an der Oberfläche durch eine &amp;#039;&amp;#039;Bump Map&amp;#039;&amp;#039; gestört. Die Geometrie eines Objekts wird dadurch allerdings nicht beeinflusst.&lt;br /&gt;
* [[Displacement Mapping]] dient ebenfalls der Simulation von Oberflächenunebenheiten, im Gegensatz zu Bump Mapping wird jedoch die Oberflächengeometrie tatsächlich verändert. Da dafür meist nicht ausreichend Vertices zur Verfügung stehen, werden zusätzliche Oberflächenpunkte eingefügt, die entsprechend einem [[Höhenfeld]] verschoben werden.&lt;br /&gt;
* [[Environment Mapping]] oder Reflection Mapping dient der Simulation von Spiegelungseffekten beim Echtzeitrendern. Dazu wird vom Betrachter ein Strahl zum reflektierenden Objekt ausgesendet und reflektiert. Im Gegensatz zum [[Raytracing]] (siehe unten) wird nicht der Schnittpunkt des reflektierten Strahls mit der am nächsten liegenden Oberfläche berechnet. Stattdessen wird anhand der Richtung des Strahls der Farbwert aus einem vorausberechneten Bild der Szene ermittelt.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Realistisches Rendern und globale Beleuchtung ==&lt;br /&gt;
Wie realistisch ein gerendertes Bild wirkt, hängt maßgeblich davon ab, inwieweit die Verteilung des Lichts innerhalb der Szene berechnet wurde. Während beim Shading nur die direkte Beleuchtung berechnet wird, spielt bei der indirekten Beleuchtung die Reflexion von Licht zwischen Objekten eine Rolle. Dadurch werden Effekte wie Räume, die nur durch einen schmalen Lichtspalt insgesamt erhellt werden, möglich. Die [[Lichtpfadnotation]] wird dazu verwendet, um die Fähigkeiten eines Renderalgorithmus bezüglich der Simulation der Beleuchtung anzugeben. Werden alle Arten der Lichtreflexion berücksichtigt, so spricht man von [[Globale Beleuchtung|globaler Beleuchtung]]. Sie muss für ein realistisches Ergebnis berücksichtigt werden und ist bei Echtzeitverfahren nicht oder nur sehr eingeschränkt möglich.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Mathematisch wird die globale Beleuchtung durch die [[Rendergleichung]] beschrieben, die anhand von [[Radiometrie|radiometrischen]] Größen angibt, wie viel Licht einen Oberflächenpunkt von einem anderen Oberflächenpunkt aus nach einer [[Reflexion (Physik)|Reflexion]] erreicht. Die Rendergleichung lässt sich mit [[Raytracing]], für Spezialfälle auch mit [[Radiosity (Computergrafik)|Radiosity]] berechnen. Neben diesen beiden großen Techniken zur realistischen Bildsynthese werden, vor allem in der [[Computer Generated Imagery|Filmtechnik]], Varianten des [[REYES (Computergrafik)|REYES]]-Systems verwendet.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Raytracing ===&lt;br /&gt;
[[Datei:Glass is Liquide.jpg|mini|Mit Raytracing berechnetes Bild. Lichtspiegelungen und -brechungen sind mit Raytracing vergleichsweise einfach möglich.]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Raytracing]] ist in erster Linie ein Algorithmus zur Verdeckungsberechnung, der auf der perspektivischen Aussendung von Strahlen vom Beobachter aus basiert. Jeder Strahl wird gegen alle Grundobjekte auf einen Schnittpunkt getestet und gegebenenfalls die Entfernung zu diesen Objekten berechnet. Das sichtbare Objekt ist dasjenige mit der geringsten Entfernung. In erweiterten Formen kann Raytracing auch Lichtreflexionen und -brechungen simulieren.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Um die globale Beleuchtung mittels Raytracing zu berechnen, muss die an diesem Pixel eintreffende „Lichtstärke“ mit Hilfe der Rendergleichung ermittelt werden. Dies geschieht mittels einer [[Monte-Carlo-Simulation]], bei der viele Lichtstrahlen zufällig an den Oberflächen ausgesandt werden. Derartige Raytracing-Techniken nennt man &amp;#039;&amp;#039;Monte-Carlo-Raytracing;&amp;#039;&amp;#039; das einfachste dieser Verfahren ist [[Path Tracing]]. Diese Algorithmen sind vergleichsweise zeitaufwändig, bei Szenen mit komplizierten Lichtverhältnissen und unterschiedlichen Materialien jedoch die einzige Möglichkeit. Bei geeigneter Implementierung liefern sie außerdem [[erwartungstreue]] Bilder. Das bedeutet, dass das Bildrauschen die einzige Abweichung zur korrekten, vollständig konvergierten Lösung darstellt. [[Photon Mapping]] wird dazu eingesetzt, die Berechnung der Lichtverteilung mittels Raytracing zu beschleunigen, kann aber zu sichtbaren Bildfehlern (Artefakten) führen.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
=== Radiosity ===&lt;br /&gt;
[[Datei:Radiosity - RRV, step 79.png|mini|Eine mit Radiosity gerenderte Szene mit direkt und indirekt beleuchteten, ideal diffusen Flächen]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Der [[Radiosity (Computergrafik)|Radiosity]]-Algorithmus ist in seiner Grundform nur auf ideal diffuse Flächen anwendbar und basiert auf der Unterteilung der Oberflächen in kleine Teilflächen &amp;#039;&amp;#039;(Patches).&amp;#039;&amp;#039; Unter diesen Voraussetzungen lässt sich mit den Rendergleichungen für jeden Patch ein [[lineares Gleichungssystem]] aufstellen, das numerisch gelöst wird; Radiosity gehört damit zu den [[Finite-Elemente-Methode]]n. Radiosity lässt sich zwar auf beliebige Materialien erweitern, die Präzision ist jedoch durch die Zahl der Patches und die resultierenden Speicheranforderungen begrenzt. Ein Vorteil gegenüber Raytracing ist, dass die Lichtverteilung blickpunktunabhängig berechnet wird und die Verdeckungsberechnung nicht Teil des eigentlichen Radiosity-Algorithmus ist. Dadurch eignet sich Radiosity besonders zum Rendern statischer oder wenig animierter Szenen in Echtzeit, sofern eine zeitaufwändige Vorausberechnung vertretbar ist.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Volumengrafik ==&lt;br /&gt;
[[Datei:CTSkullImage.png|mini|Mit den Mitteln der Volumengrafik gerendertes Bild eines Schädels]]&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
Bei der [[Volumengrafik]] werden die zu rendernden Objekte nicht als Oberflächen beschrieben, sondern als räumliche Datensätze in Form von [[Voxel]]gittern. Voxelgitter enthalten gitterförmig angeordnete Werte, die die „Dichte“ eines Objektes beschreiben. Diese Form der Datenrepräsentation ist besonders geeignet für Objekte, die keine klaren Umrisse haben, etwa Wolken. Zum Rendern von Voxelgittern sind besondere Techniken erforderlich. Da zahlreiche [[Bildgebendes Verfahren (Medizin)|bildgebende Verfahren]] Voxeldaten erzeugen, ist die Volumengrafik auch für die Medizin von Bedeutung.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Literatur ==&lt;br /&gt;
* Tomas Akenine-Möller, Eric Haines: &amp;#039;&amp;#039;Real-Time Rendering.&amp;#039;&amp;#039; AK Peters, Natick (Mass.) 2002, ISBN 1-56881-182-9. ([https://www.realtimerendering.com/ Website])&lt;br /&gt;
* Philip Dutré, u. a.: &amp;#039;&amp;#039;Advanced Global Illumination.&amp;#039;&amp;#039; 2. Auflage. AK Peters, Wellesley (Mass.) 2006, ISBN 1-56881-307-4. ({{doi|10.1201/9781315365473}}, [https://graphics.cs.kuleuven.be/publications/AGI2E/index.html Website]&amp;lt;!-- Originaleintrag bitte nicht löschen, bei Bedarf Kommentierung aufheben, THX! [http://www.advancedglobalillumination.com/ Website] --&amp;gt;)&lt;br /&gt;
* Andrew Glassner: &amp;#039;&amp;#039;Principles of Digital Image Synthesis.&amp;#039;&amp;#039; Morgan Kaufmann, London 1995, ISBN 1-55860-276-3.&lt;br /&gt;
* Matt Pharr, Greg Humphreys: &amp;#039;&amp;#039;Physically Based Rendering. From Theory to Implementation.&amp;#039;&amp;#039; Morgan Kaufmann, London 2004, ISBN 0-12-553180-X. ([https://pbrt.org/ Website])&lt;br /&gt;
* Ian Stephenson: &amp;#039;&amp;#039;Production Rendering: Design and Implementation.&amp;#039;&amp;#039; Springer, London 2005, ISBN 1-85233-821-0.&lt;br /&gt;
* Alan Watt: &amp;#039;&amp;#039;3D Computer Graphics.&amp;#039;&amp;#039; Addison-Wesley, Harlow 2000, ISBN 0-201-39855-9.&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Weblinks ==&lt;br /&gt;
{{Commons|3D computer graphics|3D-Computergrafiken}}&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
== Einzelnachweise ==&lt;br /&gt;
&amp;lt;references /&amp;gt;&lt;br /&gt;
&lt;br /&gt;
[[Kategorie:Bildsynthese| ]]&lt;/div&gt;</summary>
		<author><name>imported&gt;Rmcharb</name></author>
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