Was ist die Rendering-Gleichung?
Die Rendering-Gleichung ist ein Aspekt der Computergrafik, der behandelt, wie Licht von Oberflächen ausgestrahlt und reflektiert wird, damit Grafikdesigner realistische dreidimensionale (3D-) Szenen erstellen können. Zwei Faktoren, die Designer berücksichtigen müssen, sind direktes und indirektes Licht oder Licht von einer Quelle und Licht, das von Oberflächen reflektiert wird. Eines der Hauptmedien, das die Rendering-Gleichung verwendet, ist die 3D-Animation, da die Szenen und Charaktere ohne Licht flach und unangenehm aussehen würden. Videospiele verwenden ebenfalls diese Gleichung, aber es gibt einzigartige Herausforderungen, da Spiele in Echtzeit gerendert werden müssen. Obwohl diese Rendering-Technik für die Nachahmung von Licht geeignet ist, gibt es ab 2011 Einschränkungen, die eine perfekte Nachahmung von Licht in der realen Welt verhindern.
Diese Gleichung ist etwas komplex und enthält eine Reihe von Variablen. Es ist auch möglich, es auf verschiedene Arten zu schreiben, aber eine Reihe von Variablen sollte immer berücksichtigt werden. In der Gleichung ist L 0 ausgehendes Licht; x ist ein Punkt auf einer Oberfläche und ω ist die Richtung. Le ist emittiertes Licht und Li ist einfallendes Licht. Eine Version der Gleichung sieht folgendermaßen aus:
L o (x, ω) = L e (x, ω) + ∫ Ω ƒ r (x, ω ', ω) L i (x, ω') (- ω '• n) d ω'
Dies bedeutet, dass ausgehendes Licht mit einer bestimmten Richtung von einem bestimmten Punkt gleich dem von diesem Punkt emittierten Licht plus einem Integral (∫ Ω ) der bidirektionalen Reflexionsverteilungsfunktion, des einfallenden Lichts und der Abschwächung des einfallenden Lichts ist über alle durch n bestimmten Richtungen (ω ′) in der Halbkugel.
Designer müssen bei der Verwendung der Rendering-Gleichung zwei Arten von Licht berücksichtigen. Direktes Licht ist jedes Licht, das direkt von einer Lichtquelle wie einer Glühbirne oder der Sonne kommt. Designer müssen dafür sorgen, dass das Licht von der Quelle mit der richtigen Intensität ausgestrahlt wird, damit es korrekt von den Oberflächen reflektiert wird. Indirektes Licht ist Licht, das nicht direkt von der Quelle kommt, z. B. Licht, das sich um eine Oberfläche krümmt. Dazu müssen die Designer sicherstellen, dass das Licht die Textur einer Oberfläche genau beschreibt und dass sich Licht und Schatten fehlerfrei vermischen.
Computergenerierte 3D-Animationen verwenden die Rendering-Gleichung, um realistische Szenen zu erstellen. Da 3D-Animationen das reale Leben imitieren, sei es stilistisch oder realistisch, ist dieses Licht erforderlich, um Szenen real aussehen zu lassen. Ohne Licht würden Oberflächen und Charaktere viel von ihrer Tiefe verlieren, und viele Betrachter könnten denken, dass die Szenen unangenehm aussehen. Gleichzeitig verwenden 3D-Animationen, die für sehr kleine Kinder oder mit kleinen Budgets erstellt wurden, möglicherweise eine eingeschränkte Lichtgleichung, die nicht so realistisch ist, aber für Designer einfacher zu verwenden ist.
Videospiele verwenden häufig die Rendering-Gleichung, was für Designer jedoch eine Herausforderung darstellt. Mit 3D-Animationen können Designer das Licht korrigieren, wenn es falsch aussieht. Ein Spieledesigner muss Licht so programmieren, dass es funktioniert und in Echtzeit gerendert wird. Dies erfordert oft eine verkleinerte Gleichung, die Licht schnell laden kann.
Während die Rendering-Gleichung ein realistisch aussehendes Licht erzeugen kann, gibt es Einschränkungen, die das Kopieren des realen Lebens verhindern. In der realen Welt kann Licht auf eine Weise reagieren, die sehr schwer zu programmieren ist. Zum Beispiel kann Licht mit verschiedenen Wellenlängen absorbiert und abgestoßen werden oder es kann zu einem späteren Zeitpunkt anstatt sofort emittiert werden. beide sind sehr schwer zu programmieren. Gleichzeitig ist es unwahrscheinlich, dass die meisten Zuschauer diese Probleme bemerken, da sich die meisten Zuschauer oder Spieler auf die Aktion der Animation oder des Spiels konzentrieren.