Saarbrücker Forscher entwickeln Spezial-Prozessor für Visualisierungsverfahren
Ray-Tracing bringt Licht und Schatten ins Computerbild

Moderne Computerspiele sind zwar schon sehr realistisch. Menschlich anmutende Figuren bewegen sich durch wirklichkeitsnahe Welten. Doch Computergrafiken wirken dennoch künstlich. Das liegt vor allem am Wechselspiel aus Licht und Schatten, das mit herkömmlichen Methoden nicht überzeugend wirkt.

HB DÜSSELDORF.Reflexionen oder indirekte Beleuchtung mussten bislang nachträglich in die Szenen eingebaut werden. Wirklich realistisch wirken die Bilder dennoch nicht. Anders ist es bei einer Visualisierungstechnik, die an der Universität des Saarlandes in Saarbrücken zu neuem Leben erweckt wurde: Ray-Tracing (Strahl-Verfolgung). Es revolutioniert die Computergrafik und liefert Animationen, die dank täuschend echter Licht- und Schatteneffekte der Wirklichkeit nahe kommen.

Das Verfahren wurde bereits 1971 entwickelt, ist aber so aufwendig, dass es damals nur für Spezialanwendungen genutzt wurde; zum Beispiel für Bilder in detaillierten Trickfilmszenen, an denen Computer tagelang rechnen mussten. Den Saarbrückern ist es gelungen, den Informatik-Oldtimer so schnell zu machen, dass er Szenen in Echtzeit ablaufen lassen kann.

Doch was unterscheidet Ray-Tracing von herkömmliche Computergrafik? Für gewöhnlich baut ein Computer eine Szene nach dem klassischen Rasterisierungsverfahren aus Tausenden von Dreiecken auf. Ein Gegenstand wie beispielsweise ein Sofa besteht aus einer Vielzahl solcher Dreiecke, die eingefärbt werden und so das Gesamtbild ergeben. Zwar kann der Computer ermitteln, ob das Sofa direkt von einer virtuellen Lichtquelle beschienen ist oder im Schatten steht und die Szene grob ausleuchten. Die entscheidenden Nuancen aber bleiben unberücksichtigt: Licht das von der Zimmerdecke gestreut wird oder Reflexe auf einem glatten Lederbezug.

Um eine solche Szene ins rechte Licht zu rücken, geht das Ray-Tracing-Verfahren einen anderen Weg. Der Computer berechnet Sehstrahlen. Vom jedem Bildpunkt (Pixel) wird ein virtueller Strahl ausgesendet. Der Computer überprüft, welches Objekt getroffen wurde, und zu welchen Lichtquellen sich der reflektierte Strahl zurückverfolgen lässt. "Wir gehen rückwärts und schauen, woher das Licht kommt", sagt Projektleiter Philipp Slusallek.

So lässt sich für jedes Pixel exakt bestimmen, ob es von direktem Licht getroffen wird oder von reflektiertem. Um Flächen wirklichkeitsnah erscheinen zu lassen, fütterte der Informatik-Professor den Computer zusätzlich mit Parametern, die die Beschaffenheit von Oberflächen beschreiben. Der Effekt ist verblüffend: Schaltet Slusallek vom Rasterisierungsverfahren zum Ray-Tracing, wandelt sich eine Szene vom ungelenken Bild in ein naturgetreues Licht- und Schattenmotiv.

50 Ray-Tracing-Bilder pro Sekunde können die Saarbrücker inzwischen mit einem einzigen Computer berechnen - zum Erstaunen der Fachwelt. Die Aufgabe, rund eine Million Bildpunkte über virtuelle Strahlen bis zur Lichtquelle zurückzuverfolgen, erschien gigantisch. Slusallek: "Allerdings hatte niemand geprüft, ob sich das Ray-Tracing-Konzept und die Rechenvorschriften nicht vereinfachen und schneller machen lassen."

Seite 1:

Ray-Tracing bringt Licht und Schatten ins Computerbild

Seite 2:

Serviceangebote
Zur Startseite
-0%1%2%3%4%5%6%7%8%9%10%11%12%13%14%15%16%17%18%19%20%21%22%23%24%25%26%27%28%29%30%31%32%33%34%35%36%37%38%39%40%41%42%43%44%45%46%47%48%49%50%51%52%53%54%55%56%57%58%59%60%61%62%63%64%65%66%67%68%69%70%71%72%73%74%75%76%77%78%79%80%81%82%83%84%85%86%87%88%89%90%91%92%93%94%95%96%97%98%99%100%