Faszination Bildsynthese!

Ich möchte heute einmal darauf eingehen für wie faszinierend ich doch die Möglichkeiten der grafischen Leistungsfähigkeit heute halte. Allein schon die Tatsache, dass wir vor dem Renderingzeitalter (was nicht einmal 20 Jahre zurückliegt) froh waren verschiedene Farbtöne auf noch richtig dicke Pixel unterscheiden zu können und heutzutage die ersten 3D-fähigen Monitore inklusive HD-Auflösung an den Start gehen. Es zeigt sich einfach wie weitreichend und noch unausgeschöpft die Synthesemöglichkeiten sind.
Aus diesem Grund möchte ich euch hiermal eine kleine theoretische Einführung dazu liefern, was bei der Umsetzung eines 2-dimensional aufgenommenen Bildes in eine 3-dimensional gerenderte Grafik geschieht.

Im Grunde genommen läuft das ganze in 3 Prozessen ab:

• Verdeckungsanalyse - die räumliche Vorstellung des Betrachters auf das Bild
• Shading - Simulation aufgrund der Beobachtung auf die Verdeckungsanalyse
• Lichtverteilung - der Kern der optischen Betrachtung, schließlich erscheint uns etwas auf dem 2-dimensionalen Bildschirm erst 3-dimensional, wenn das Bild verschiedene Beleuchtungsstrukturen aufweist

Nichtsdestotrotz wäre die Bildsynthese (Rendering) nie möglich ohne eine hochleistungsfähige Grafikkarte.
Hier mal eine kleine Beschreibung, was die Grafikkarte in einer Geschwindigkeit von 6-15fps beim Rendering leistet:

Zunächst werden alle Grundobjekte des Bildes so transformiert, dass der virtuelle Beobachter entlang der z- (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- und Culling-Techniken beschnitten oder entfernt. Schließlich wird eine Transformation angewandt, die die Vertex-Koordinaten an den gewünschten Zeichenbereich des Bildschirms verschiebt. Die z-Koordinaten bleiben dabei weiter erhalten, da sie für die spätere Verdeckungsberechnung benötigt werden.

Zusammenfassend möchte ich noch klar stellen, was für eine wichtige Rolle die diversen Beleuchtungstechniken spielen, ob sie nun Raytacing oder Radiosity (2 der bekanntesten Beleuchtungstechniken)heissen - wichtig ist immer, dass der Betrachter förmlich das Gefühl bekommt mitten im Geschehen dabei zu sein und räumliche Unterschiede wahr zu nehmen (auch wenn sie nicht wirklich real geschehen) - aber das zeigt uns nur wieder wie leicht sich unsere Augen täuschen lassen.