Visualisierung - Computergrafik fur Ingenieure - page 256

Diagramm:
9.6.5.2 RayTracing
Das zuvor behandelte Radiosityverfahren hat physikalische Grundlagen und wird
als Strahlungsmethode bezeichnet. Dagegen ist RayTracing eine Strahlverfol-
gungsmethode und basiert auf den optischen Gesetzen für ideale Spiegelung und
Lichtbrechung, wobei das Licht immer als eine Gruppe von Strahlen verstanden
wird. Im Gegensatz zum RayCasting wird bei RayTracing das Abtasten mit dem
Auftreffen des Strahls auf eine Facette nicht beendet, sondern der Strahl wird wei-
terverfolgt. Es handelt sich nun nicht mehr nur um einen Sehstrahl, sondern um
einen Lichtstrahl [ 11 , 13 , 14 ]. Das Verfahren ermöglicht verschiedene, sehr an-
spruchsvolle Arten der Schattierung. Durch Verfolgung von Strahlen, die durch
Brechung oder Reflexion an einer Körperoberfläche entstehen, können realitätsnahe
Computergrafiken erzeugt werden.
Vom Prinzip her wird das Licht entgegen seiner natürlichen Ausbreitungsrich-
tung vom Beobachter durch jedes Pixel der Projektionsfläche zurück in die Szene
verfolgt, weshalb diese Vorgehensweise auch als backward RayTracing bezeichnet
wird. Die unausweichliche Folge ist, dass RayTracing vom Standort des Beob-
achters abhängt, denn wechselt er diesen, muss die Szene komplett neu berechnet
werden. Im Gegensatz dazu macht das foreward RayTracing wenig Sinn. Es erfor-
dert eine Menge Untersuchungen um alle Strahlen frühzeitig zu eliminieren, die an
der Projektionsfläche vorbei irgendwo im Unendlichen verschwinden.
Bei RayTracing wird davon ausgegangen, dass Licht immer nur aus einer Farbe
besteht, d. h., nur eine Wellenlänge hat. Separate Berechnungen für jede der drei
Farbkomponenten RGB sind deshalb nicht nötig. Die aktuelle Farbe eines Pixels
wird an den Schnittstellen der Strahlen mit dem Objekt abgegriffen und setzt sich
ggf. aus mehreren Anteilen zusammen. Weil nur einfarbiges Licht verwendet wird,
kann dieses Licht nicht mit einem Prisma in weitere Spektralfarben - mit anderen
Wellenlängen - zerlegt werden. Auch spezielle optische Effekte, wie etwa das Bün-
deln von Lichtstrahlen in Linsen oder Hohlspiegeln, können nicht erzeugt werden.
RayTracing hat also qua Definition keine diffuse Strahlung. Genau diese aber
verhilft Bildern zu mehr Realität. Um dieses Manko auszugleichen, simuliert man
ambientes Licht durch viele kleine Lichtquellen, die zur allgemeinen Beleuchtung