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der Szene beitragen und damit eine diffuse Beleuchtung ersetzen. Einen ambienten
Termwie bei Radiosity kennt RayTracing nicht. Auch die Beleuchtung einer Facette
mit der reflektierten Farbe einer anderen ist mit RayTracing nicht möglich, d. h., die
Farbe einer Facette färbt nicht ab auf ihre unmittelbare Umgebung wie bei Radiosity
(Abb.
9.43
).
Das fehlende ambiente Licht ist auch für den typischen scharfen Schattenwurf
bei RayTracing verantwortlich. Weil die Lichtquellen normalerweise keine mathe-
matischen Punkte sind, erzeugen sie weiche Schatten mit einem Halbschatten, der
den Kernschatten umgibt. Da von reflektierenden Körpern auch immer Licht auf
einen Schatten fällt, ist dieser selten tiefschwarz.
RayTracing berücksichtigt die Spiegelungen und Brechungen an Facetten. Da-
bei gibt es drei Möglichkeiten: Entweder wird der Strahl an einer Facette gespiegelt,
gebrochen oder absorbiert. Meistens treten diese Effekte in unterschiedlicher Aus-
prägung gemeinsam auf, sodass aus einem Strahl oft zwei werden können und jeder
für sich weiter verfolgt werden muss. Für diffuse Reflektionen ist RayTracing des-
halb nicht geeignet, weil ein eintreffender Lichtstrahl in alle - also unendlich viele -
Richtungen reflektiert wird und es nicht möglich ist, unendlich viele Strahlen wei-
ter zu verfolgen. RayTracing realisiert daher nur ideale Spiegelung, Brechung und
Transmission.
Einer der Gründe für den Erfolg von RayTracing liegt in seiner leichten Er-
weiterbarkeit. Mit steigender Rechenleistung kamen mehrere Erweiterungen und
Varianten auf, die die Möglichkeiten von RayTracing beträchtlich erweitern [„Ray-
tracing“/Wiki]:
Diffuses RayTracing
(stochastisches oder distributed RayTracing) wurde 1984
von Cook et al. veröffentlicht[
15
]. Beispielsweise lassen sich weiche Schatten
mit Kern- und Halbschatten erzeugen, indem die Richtungen der Schattenstrah-
len zufällig verteilt die Oberfläche der Lichtquelle abtasten. Der Nachteil ist,
dass dabei Bildrauschen entsteht, wenn zu wenige Strahlen verwendet werden.
Path Tracing und Light RayTracing
Obwohl diffuses RayTracing zahlreiche
Effekte ermöglicht, ist es nicht in der Lage, die globale Beleuchtung mit Effekten
wie diffuser Interreflexion und Kaustiken zu simulieren. James Kajiya beschreibt
1986 eine Rendergleichung, die die mathematische Basis für alle Methoden der
globalen Beleuchtung bildet [
16
]. Seine Methode ist heute als Path Tracing be-
kannt, da ein Strahl sich vom Beobachter aus seinen „Weg“ durch die Szene
sucht.
Bidirektionales Path Tracing
, wurde unabhängig voneinander 1993 und 1994
von Lafortune und Willems sowie von Veach und Guibas entwickelt. Es ist eine
direkte Erweiterung des Path Tracing, bei der Strahlen sowohl vom Beobachter
als auch von den Lichtquellen aus gesendet und anschließend kombiniert wer-
den.
Metropolis Light Transport (MLT)
ist eine Erweiterung des bidirektionalen
Path Tracing und wurde 1997 von Veach und Guibas vorgestellt [
17
]. Bei MLT