Dreidimensionale Grafik

Ausgehend von einer Szene werden durch Bildsynthese, auch Rendern genannt, 3D-Computergrafiken berechnet. Dieser Prozess läuft im Gegensatz zur Modellierung automatisch ab. Man unterscheidet zwischen der interaktiven Synthese von Bildern in Echtzeit, bei der meist Hardwarebeschleunigung zum Einsatz kommt, und der realistischen Bildsynthese, bei der vor allem auf hohe Bildqualität oder physikalische Korrektheit Wert gelegt wird.

 

Geometrische Modellierung

Die geometrische Modellierung ist die computergestützte Beschreibung sowohl von zweidimensionalen Kurven als auch von dreidimensionalen Flächen und Körpern. Neben ihrer Verwendung in der Computergrafik bildet sie die Basis von ingenieurtechnischen und wissenschaftlichen Anwendungen, zum Beispiel physikalischen Simulationen.

Körper können auf verschiedene Weise repräsentiert werden; jedes Darstellungsschema besitzt Vor- und Nachteile im Hinblick auf Speicheranforderungen, Präzision und Komplexität. Nicht jedes Schema garantiert, dass immer physikalisch realisierbare Körper repräsentiert werden. Man unterscheidet zwischen direkten Darstellungsschemata, bei denen das Volumen des Körpers selbst beschrieben wird, und indirekten Schemata, bei denen die Beschreibung eines Körpers über dessen Kanten und Oberflächen erfolgt. Diese beiden Methoden können auch kombiniert werden.

Die beiden am häufigsten verwendeten Darstellungsschemata sind Constructive Solid Geometry (CSG) und Oberflächendarstellungen CSG ist ein direktes Darstellungsschema, bei dem Objekte mit Hilfe von Grundkörpern wie Kugeln, Quadern oder Zylindern modelliert werden. Auf diese Grundkörper werden Operationen wie Vereinigung, Schnitt und Differenz angewandt, sodass sich am Ende eine Formel ergibt, die beschreibt, wie die Grundkörper miteinander verknüpft werden. CSG ist besonders im CAD-Bereich gebräuchlich, da sich damit viele dort verwendete Objekte auf natürliche Weise beschreiben lassen.

 

Bei der Oberflächendarstellung (Boundary Representation) hingegen wird ein Körper anhand seiner Oberfläche beschrieben; es handelt sich also um ein indirektes Darstellungsschema. Die mittels Oberflächendarstellung modellierten Objekte werden meist aus so genannten Freiformflächen zusammengesetzt, die sich an Kontrollpunkten verformen lassen. Lokale Änderungen am Modell sind damit einfach möglich. Eine weitverbreitete Art von Freiformflächen sind Non-Uniform Rational B-Splines (NURBS). Vor der Darstellung werden NURBS aus Effizienzgründen üblicherweise in Polygon- oder Dreiecksnetze umgewandelt (trianguliert). Auch allgemeine zweidimensionale Kurven werden meist mittels Splines beschrieben, deren Kurvenverlauf durch Kontrollpunkte festgelegt wird. Hier sind Bézierkurven gebräuchlich, die für die Rasterung in Polygonzüge umgewandelt werden.

Das Ergebnis der 3D-Modellierung ist eine Szene, die neben der Objektgeometrie Materialeigenschaften, Lichtquellen sowie die Position und Blickrichtung eines virtuellen Betrachters enthält.

 

 

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