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Raytracing-Verfahren
Das Raytracing stellt eine Methode zum Rendern dar. Bei dem Raytracing-Verfahren wird zu jedem Pixel ein Strahl (Ray) durch den Betrachtungsraum erzeugt, der die Flächen schneidet. Der Schnittpunkt mit der geringsten Tiefe definiert die Darstellungsfarbe des Pixels. Das Raytracing-Verfahren wird auch zur Beleuchtungsermittlung verwendet. Dabei wird für jedes Pixel der Beleuchtungswert ermittelt. Vom Pixel ausgehend wird ein Strahl zur Lichtquelle gesendet und geprüft ob er die Lichtquelle erreicht. Trifft er zuvor auf ein Hindernis, so wird die Beleuchtungsintensität des Pixels in Abhängigkeit der Lichtdurchlässigkeit des Hindernisses herabgesetzt. Mit dem Raytracing-Verfahren lassen sich Effekte wie Reflexion, Spiegelung darstellen.

Radiosity-Verfahren
Dieser Algorithmus geht von der Erhaltung der Lichtenergie in einer geschlossenen Szene aus. Jeder von einer Fläche abgestrahlten oder reflektierten Energie entspricht die Reflexion oder Absorption durch andere Flächen. Die gesamte von einer Fläche abgegebene Energie heißt Strahlung oder Radiosity. Sie besteht aus der Summe der abgestrahlten Energie, der reflektierten Energie und der Energie, die durch die Fläche hindurchtritt. Ansätze, die die Strahlung der Flächen einer Szene berechnen, heißen daher Radiosity-Verfahren. Im Gegensatz zu konventionellen Rendering-Algorithmen berechnen Radiosity-Verfahren erst unabhängig vom Blickpunkt alle Lichtinteraktionen einer Szene. Der Term für das ambiente Licht ist nicht mehr nötig, da sie die Reflexionen zwischen den Objekten genauer behandeln. Dann werden eine oder mehrere Darstellungen gerastert. Dabei fällt nur noch der Aufwand für die Ermittlung der sichtbaren Flächen und für die Schattierung durch Interpolation an.

	Umgebungslicht auch Ambiente Lichtquelle beruht auf der Erkenntnis, dass in fast allen Szenen eine gewisse Grundhelligkeit existiert. modelliert die Tatsache, dass das von verschiedenen Lichtquellen ausgesandte Licht durch mehrfache Reflexion gestreut wird. Durch ambiente Lichtquellen modelliertes Licht ist ungerichtet. Parameter: - Intensität - Farbe
	Gerichtete Lichtquelle Anlehnung an das fast parallel auf die Erde treffende Licht der Sonne Sie wird als unendlich weit entfernt angenommen und strahlt aus einer festgelegten Richtung auf alle Objekte einer Szene. Parameter: -Intensität -Farbe -Richtung
	Punktlichtquelle besitzt eine endliche Position innerhalb der Szene Ihre Beleuchtungswirkung entspricht einer in allen Richtungen gleichmäßig scheinenden, unendlich klein geschrumpften „Glühbirne“. Parameter: - Intensität - Farbe - Position
	Spotlichtquelle oder auch Strahler genannt beschränkter Strahlungsbereich, definiert durch eine Hauptstrahlungsrichtung s (Einheitsvektor) und einen max. Öffnungswinkel w Über einen Konzentrationsexponenten g kann die Intensität I in Abhängigkeit vom Winkel zur Hauptstrahlungsrichtung gesteuert werden: I=I₀max{ls,0}^y mit l: Einheitsvektor von der Lichtquelle zum beleuchteten Punkt Parameter: - Max. Intensität I0 - Farbe - Position - Hauptstrahlungsrichtung - Max. Öffnungswinkel - Konzentrationsexponent

Schattierungsarten

	Flat-Shading Für ein Polygon wird durch Auswertung des Beleuchtungsmodells für den Normalenvektor eine Farbe berechnet. Das Polygon wird mit dieser Farbe gefüllt. Visueller Effekt: - Gekrümmte Oberflächen erscheinen facettiert. - Keine Glanzlichter Für eine verbesserte schattierte Darstellung wird eine gekrümmte Fläche durch Polygone approximiert, wobei jedem Eckpunkt ein Normalenvektor zugeordnet wird. Im Jahre 1967 führten Romney, Warnock und Watkins das Flat Shading ein, welches jeder Fläche eines Objektes einen Farbton zugeordnet, der für die Fläche in Abhängigkeit von der Lichtquelle (Entfernung und Winkel zur Lichtquelle eines Flächenvektors) berechnet wird. Eine Farbangleichung an den Flächenkanten wird nicht durchgeführt, mit dem Resultat, dass ein abrupter Farbübergang zu den Nachbarflächen entsteht. Sollen Kurvenoberflächen dargestellt werden, erhält man eine qualitativ niederwertige Darstellung. Dieses einfachste Schattierungsmethode eignet sich nur zum Preview einer Szenendarstellung. Fotorealistische Darstellungen sind nicht möglich. PS: Realisierung durch Scanline-Algorithmus + flächen einfarbig füllen
	Gouraud-Shading Für ein Polygon wird das Beleuchtungsmodell für jeden Eckpunkt und seine zugehörige Normale ausgewertet und jeweils eine Farbe berechnet. Die Farbe im Inneren des Polygons ergibt sich durch Interpolation der Farben an den Eckpunkten. Visueller Effekt: - Gekrümmte Oberflächen erscheinen glatt. - Glanzlichter Das Gouraud-Shading, ein 1971 von Henri Gouraud vorgestelltes Verfahren, interpoliert die Eck-Farbwerte. Damit werden zwischen den Polygonflächen weiche Farbverläufe, d. h. eine gleichmäßige Schattierung erzeugt. Das Gouraud-Shading vermag lediglich matte Objektoberflächen darzustellen, die das Licht gleichmäßig und ungeordnet in alle Richtungen streuen. Folglich erhalten die Objekte ein plastikähnliches Aussehen (Transparenz, Schatten, Spiegelungen, Materialeigenschaften wie Texturen usw. werden nicht berücksichtigt). PS: Realisierung durch Scanline-Algorithmus + übergänge bei jedem Punkt berechnen.
	Phong-Shading Für jeden sichtbaren Bildpunkt des Polygons wird durch Interpolation der Normalen an den Eckpunkten ein Normalenvektor berechnet. Für jeden sichtbaren Bildpunkt wird durch Auswertung des Beleuchtungsmodells für den berechneten Normalenvektor eine Farbe berechnet. Visueller Effekt: - Gekrümmte Oberflächen erscheinen glatt. - Glanzlichter erscheinen realistischer Beim Phong-Shading werden der Normalen-Vektoren interpoliert. Dadurch sind neben weichen Farbverläufen auch Glanzpunkte möglich, was wesentlich realistischer wirkt. Hinweis: vergleichen Sie doch diese Bilder auch mit Ergebnissen anderer Visualisierungs-Methoden: Raytracing und Visualisierung allgemein. PS: Realisierung durch Scanline-Algorithmus + an jeden Punkte werden Normalvektoren gesetzt.

Grafische Datenverarbeitung