Rasterung

Als letzte Stufe der Rendering-Pipeline wird das aus der Projektion entstandene zweidimensionale Bild gerastert. Nachdem die Intensität und Farbinformation des darzustellenden Punktes ermittelt wird, geht es beim Rastern oder auch Scan Conversion um die Bestimmung der Pixel.
Dabei sind zwei Aspekte zu bedenken:
1. Wie werden jene Pixel bestimmt, die die Kante eines Polygons definieren?
2. Wie werden Flächen bzw. Polygone gefüllt?

Einer der bekanntesten und ersten Methoden zum Raster von Linien ist der Algorithmus von Bresenham aus dem Jahr 1965. Für alle gängigen Rasteralgorithmen für Linien besteht das wichtigste Merkmal darin, dass eine lineare Folge von Pixeln ohne Lücke erzeugen werden muss.
Die zur rasternden Linien werden zeilenweise im Gerätekoordinatensystem berechnet. Vereinfacht dargestellt entsteht beim Schnittpunkt der Linie mit der Abtastzeile ein Pixel.

Abbildung: (a) zeigt die zu rasternde Strecke im Gerätekoordinatensystem; das Gerätekoordinatensystem ist durch eine gestrichelte Linie dargestellt (b) Darstellung der zu zeichnenden Pixel – (zur Verdeutlichung werden die dargestellten Pixel als Kreis dargestellt) (c) Gerasterte Strecke

Ist die Strecke durch quadratische Pixel gezeichnet, ist der so genannte Treppenstufeneffekt deutlich erkennbar. Dieser Effekt ist besonders bei niedrigen Bildschirmauflösungen bemerkbar. Bei größeren Bildschirmauflösungen bzw. einem hohen Betrachtungsabstand im Vergleich zu Pixelgröße wird dieser negative Effekt vermindert. Eine Gegenmaßnahme stellt das Anti-Aliasing-Verfahren dar. Der Eindruck einer visuell glatten Linie lässt sich durch Einfärben der Pixel mit unterschiedlichen Grau- bzw. Farbstufen erreichen. Dabei wird der Abstand des betrachteten Pixels zu Linie benutzt, um seinen Grauwert zu bestimmen. Je weiter die Pixelmitte von der Linie entfernt ist, desto niedriger ist der Grau- oder Farbwert des Pixels. bzw. desto mehr ähnelt dieser Wert der Hintergrundfarbe.

Anti-Aliasing bei gerasterten Strecken

Bei der Rasterung eines Polygons geht es um die Zeichnung der Pixel im Inneren des Polygons in der entsprechenden Polygonfarbe. Die Farbwerte der einzelnen Pixel werden durch zuvor durchgeführte Beleuchtungsmodelle und Schattierungsoperationen durchgeführt. Die Grundidee besteht darin, dass die Rasterzeilen nacheinander abgearbeitet werden. Wird in einer Rasterzeile ein Paar von Segment-Endpunkt eines Polygons ermittelt, wird zwischen diesen Punkten horizointal gefüllt.
Der Rasterprozess arbeitet rasterzeilenorientiert und wird von links nach rechts durchgeführt. Die zu füllenden Bereiche werden über die Schnittpunkte der jeweiligen Rasterzeilen mit den Polygonkanten bestimmt. Im ersten Schritt werden die Schnittpunkte der Rasterzeilen mit allen Kanten des Polygons ermittelt. Diese Schnittpunkte werden nach steigenden x-Koordinaten in einer Liste sortiert. Anhand der Liste wird ermittelt, ob es sich um Bereiche innerhalb bzw. auserhalb des Polygons handelt. Alle Pixel, die in Bereichen innerhalb des Polygons zwischen Paaren von Schnittpunkten liegen, werden mit der Polygonfarbe gefüllt.

(a) Darstellung der einzelnen Rasterzeilen (b) Darstellung der zu zeichnenden Pixel – (zur Verdeutlichung werden die dargestellten Pixel als Kreis dargestellt) (c) Rasterbild