{"id":12740,"date":"2019-11-07T15:47:22","date_gmt":"2019-11-07T14:47:22","guid":{"rendered":"http:\/\/biblus.accasoftware.com\/de\/?p=12740"},"modified":"2025-01-21T16:25:24","modified_gmt":"2025-01-21T15:25:24","slug":"rendering-techniken-der-visualisierung","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/biblus.accasoftware.com\/de\/rendering-techniken-der-visualisierung\/","title":{"rendered":"Rendering: Definition, Typologie und Techniken der Visualisierung"},"content":{"rendered":"

Das Rendering wird von Planern und Unternehmen h\u00e4ufig verwendet: Sehen wir, was es ist, die Arten von Renderings und die Techniken der Visualisierung<\/p>\n

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Seit vielen Jahren gilt das Rendering als bester „Freund“<\/em> von Planern und Unternehmen, da es sich als hervorragendes Kommunikationsmittel erwiesen hat. Es hilft Kunden und Auftraggebern, Entwurfsentscheidungen zu verstehen, aber es ist auch ein Werkzeug zur Analyse und Kontrolle der produzierten Arbeit.<\/p>\n

Was ist Rendern?<\/h2>\n

Der Begriff Rendering definiert den Prozess, welcher mithilfe einer speziellen Software, digitale Bilder aus dreidimensionalen Modellen erhalten werden k\u00f6nnen<\/strong>. Diese Bilder sollen Innen- oder Au\u00dfenumgebungen fotorealistisch simulieren (Innenrendering<\/a> und 3D-Au\u00dfenrendering<\/a>), Materialien, Beleuchtung, Objekte eines Projekts und eines 3D-Modells.<\/p>\n

\"Fotorealistisches

Es ist ein computergeneriertes Bild, das einer dreidimensionalen Modellierung auf der Grundlage von Projektdaten folgt. Das erzeugte geometrische Modell wird mit Bildern (Texturen) und Farben bedeckt, die mit den realen Materialien identisch sind, und wird dann mit Lichtquellen beleuchtet, die das nat\u00fcrliche oder k\u00fcnstliche Licht reproduzieren.<\/p>\n

F\u00fcr den Fall, in dem die Parameter in Anlehnung an die in der Natur vorhandenen (tats\u00e4chliches Sonnenlicht), HD-Texturen, reale Perspektivaufnahmen usw. eingestellt werden. dann kann das Rendering als fotorealistisch bezeichnet werden.<\/p>\n

Typologien von Rendering<\/h2>\n

Es gibt zwei Haupttypen von Renderings<\/strong>. Der Unterschied liegt in der Geschwindigkeit, mit der die Bilder berechnet und finalisiert werden.<\/p>\n

Real Time Rendering oder Echtzeitrendering<\/h3>\n

Echtzeit-Rendering wird haupts\u00e4chlich in Spielen und interaktiven Grafiken verwendet<\/strong>, da Bilder aus 3D-Informationen sehr schnell berechnet werden m\u00fcssen. Daher wird es eine spezielle Grafikhardware geben, um eine schnelle Verarbeitung der Bilder zu gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n

Offline-Rendering<\/h3>\n

Offline-Rendering wird in Situationen eingesetzt, in denen der Bedarf an Verarbeitungsgeschwindigkeit geringer ist<\/strong>. Effekte funktionieren dort, wo visuelle Komplexit\u00e4t und Fotorealismus auf einem sehr hohen Niveau liegen. Es gibt keine Unvorhersehbarkeit, im Gegensatz zum Echtzeitrendern.<\/p>\n

\"Helligkeit

Rendering: Visualisierungstechniken<\/h2>\n

Z-Buffer<\/h3>\n

Einer der einfachsten Algorithmen zur Bestimmung von Sichtfl\u00e4chen, verwendet zwei Datenstrukturen wie den Z-Buffer<\/strong> (ein Speicherbereich, in dem f\u00fcr jedes Pixel die dem Betrachter am n\u00e4chsten liegende Z-Koordinate gespeichert ist) und den Framebuffer<\/strong> (der die Farbinformationen \u00fcber die im Z-Buffer enthaltenen Pixel enth\u00e4lt). F\u00fcr jedes Pixel wird der gr\u00f6\u00dfte Z-Wert gespeichert (unter der Annahme, dass die Z-Achse vom Bildschirm in Richtung der Augen des Beobachters verl\u00e4uft) und bei jedem Schritt wird der im Z-Buffer enthaltene Wert nur aktualisiert, wenn der betreffende Punkt, die gr\u00f6\u00dfere Z-Koordinate als die aktuelle im Z-Buffer hat. Die Technik wird auf jeweils ein Polygon angewendet. Beim Scannen eines Polygons sind keine Informationen zu den anderen Polygonen verf\u00fcgbar.<\/p>\n

Scanline<\/h3>\n

Es handelt sich dabei um eine der \u00e4ltesten Methoden. Es verbindet den Algorithmus zum Bestimmen der sichtbaren Oberfl\u00e4chen mit dem Algorithmus zum Bestimmen der gemeldeten Schatten. Die Algorithmen, die auf der Scanlinie arbeiten, sind bildgenau und beziehen ihren Namen aus der Tatsache, dass f\u00fcr jede Scanlinie die Abst\u00e4nde<\/strong> (Intervalle) der sichtbaren Pixel bestimmt werden<\/strong>. Er unterscheidet sich vom Z-Buffer dadurch, dass er mit jeweils einer Scanline arbeitet.<\/p>\n

\"Betonung

Raycasting<\/h3>\n

Raycasting ist in der Lage, eine 3D-Perspektive in einer 2D-Map zu erzeugen. Mit Raycasting kann ein Strahl vom Pixel durch die Kamera erhalten und der Schnittpunkt aller Objekte im Bild berechnet werden. Anschlie\u00dfend wird der Pixelwert von der n\u00e4chstgelegenen Kreuzung erhalten und als Basis f\u00fcr die Projektion festgelegt. Ein wichtiger Vorteil von Ray Casting im Vergleich zum \u00e4lteren Scanline-Algorithmus ist die einfache Handhabung fester oder nicht flacher Oberfl\u00e4chen wie Kegel und Kugeln. Anwendung findet diese Methode im medizinischen Bereich: Computertomographie<\/strong> (CT), Magnetresonanztomographie<\/strong> (MRT) oder Positronen-Emissions-Tomographie<\/strong> (PET).<\/p>\n

\"Architektonisches

Ray tracing<\/h3>\n

Bei Raytracing berechnet man Lichtstrahlen, um ein m\u00f6glichst realistisches Beleuchtungsmodell mit akkuratem Schattenwurf, Reflexionen und indirektem Licht zu erhalten. Diese basiert unter der Annahme, dass von allen Lichtstrahlen, die eine Quelle verlassen, nur diejenigen zum Bild beitragen, die nach dem Auftreffen auf das Objekt den Betrachter erreichen. Die Lichtstrahlen k\u00f6nnen den Betrachter sowohl direkt als auch durch Wechselwirkungen mit anderen Oberfl\u00e4chen erreichen. Nat\u00fcrlich ist es nicht m\u00f6glich, die Linie jedes einzelnen Strahls zu folgen; wenn wir jedoch den Weg der Strahlen umkehren und nur diejenigen betrachten, die von der Position des Beobachters ausgehen, k\u00f6nnen wir die Strahlen bestimmen, die zum Bild beitragen. Das ist die Idee hinter dem Raytracing-Verfahren, das den Weg der Lichtstrahlung zur\u00fcck zum Betrachter simuliert.<\/p>\n

Die Beliebtheit des Raytracing bildet die Grundlage f\u00fcr eine realistische Lichtsimulation im Vergleich zu anderen Rendering-Modellen<\/strong> (z.B. Scanline oder Raycasting). Effekte wie Reflexion und Schatten, die mit anderen Methoden schwer zu simulieren sind, sind das nat\u00fcrliche Ergebnis des Algorithmus. Eine relativ einfache Implementierung f\u00fchrt zu beeindruckenden Ergebnissen, wobei Raytracing oft den Einstieg in der grafischen Programmierung darstellt.<\/p>\n

\"Rendering

Radiosity<\/h3>\n

Hier ein weiteres bildgenaues Verfahren, das die fotorealistische Qualit\u00e4t des Bildes weiter verbessert, weil es auch das physikalische Ph\u00e4nomen der Interreflexion zwischen Objekten ber\u00fccksichtigt. In der Realit\u00e4t erscheint eine Oberfl\u00e4che, die eine reflektierende Lichtkomponente enth\u00e4lt, nicht nur in unserem Bild, sondern auch in benachbarte Oberfl\u00e4chen. Das zur\u00fcckgestrahlte Licht tr\u00e4gt Informationen \u00fcber das Objekt<\/strong>, das es ausgel\u00f6st hat, insbesondere die Farbe. Somit sind die Schatten „weniger schwarz“ und die Farbe des nahezu gut beleuchteten Objekts wird wahrgenommen, ein Ph\u00e4nomen, das oft als „Farbverlust“ bezeichnet wird. Der Radiosity-Algorithmus identifiziert und zerlegt in einem ersten Schritt die Oberfl\u00e4chen in kleinere Komponenten und verteilt dann die direkte Lichtenergie. In einer zweiten Phase wird die diffuse Energie berechnet, unter der Annahme, dass die Oberfl\u00e4chen das Licht auf die gleiche Weise reflektieren. Au\u00dferdem werden die Oberfl\u00e4chen berechnet, die mehr Energie reflektieren und sie neu verteilen.<\/p>\n

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\"usbim\"