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Alle Kapitel anzeigenRaytracing-Reflexion/Allgemien
Spiegelnde Eigenschaften wie Glanzlicht und Reflexionen werden im Material, Raytracingtiefe für Raytracing-Reflexion wird im Renderer eingestellt. Je nach Material können diese Eigenschaften unterschiedlich definiert werden. Manche 3d-Programme bieten ein Lambert-Material an, welches keine Glanzlichter und keine Raytracing-Reflexionen berechnen kann. Die gängigen Materialien wie Phong und Blinn bieten zusätzlich zu den Glanzlichteinstellungen auch Raytracing-Reflexionen.
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| Die spiegelnde Schattierung oder auch Glanzlicht (Specular Highlight oder Specular Shading) wird je nach Material (Phong, Blin, Anisotropic,...) unterschiedlich eingestellt. Raytracing-Reflexionen werden in den Raytracing-Einstellungen im Material gesteuert. |
Unterschied: Spiegelnde Schattierung/Raytracing-Reflexion
Wie unterscheiden sich spiegelnde Schattierungen und Raytracing-Reflexionen:
- Spiegelnde Schattierungen werden ausschließlich direkt von der Lichtquelle berechnet und berücksichtigen keine zusätzlichen Objekte bzw. Texturen.
- Spiegelnde Schattierungen können ohne Raytracing berechnet werden.
- Spiegelnde Schattierungen werden in der Regel schneller berechnet.
- Raytracing-Reflexionen können nicht in echtzeitfähigen 3d-Anwendungen berechnet werden.
- Raytracing-Reflexionen produzieren realistische Glanzlichter und berücksichtigen die Umgebung.
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| (a) spiegelndes Glanzlicht Die spiegelnde Lichtquelle, in diesem Fall ein Fenster, kann durch ein Modell bzw. auch durch eine Textur simuliert werden. In diesem Fall wurde eine Polygonfläche mit einer Textur so positioniert, dass sich die gewünschte Spiegelung mit dem Glanzlicht der Spotlichtquelle deckt. Die Farbe Schwarz wird nicht reflektiert. |
Raytrace-Tiefe bei Reflexionen
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| Die Raytrace-Tiefe bei Raytracing-Reflexion gibt den Wert an, wie oft ein Strahl für Raytrace-Reflexion abprallen darf, bevor dieser von der Lichtquelle eingefangen wird. Die Abbildung zeigt eine Szene, in der vier Spiegel gegenüber positioniert sind. Bei einer Raytrace-Tiefe von 1wird das Objekt 1x gespiegelt. Die Spiegelungen in den Tassen wird in der Spiegelung nicht berücksichtigt. Bei einer Raytrace-Tiefe von 2 wird das Objekt 2x gespiegelt. Die Spiegelung in den Tassen wird in der ersten Spiegelung berücksichtigt, in der zweiten Spiegelung nicht. Ein sehr hoher Wert für Raytracing-Tiefe verursacht eine lange Renderzeit. |
Die Stärke der Spiegelung wird im Material eingestellt. Raytracing - Reflexionen erzeugen in der Standardeinstellung perfekte Reflexionen auf anderen Objekten. Perfekte Spiegelungen kommen in der Natur nicht vor. Bei realen Oberflächen sind die Reflexionen meist verzerrt oder weich auslaufend. Generell können weiche Raytracing-Effekte die Natürlichkeit einer 3d-Grafik enorm steigern. Weiche Raytracing-Effekte verursachen jedoch auch enorme Renderzeiten. Manche 3d-Programme bzw. Renderer bieten die Möglichkeit, die Weichheit für Raytracing einzustellen. Die Stärke der Reflexion bzw. weiche Reflexionen können aber auch durch andere nicht so rechenintensive Möglichkeiten gesteuert werden.
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| Die Abbildung zeigt unterschiedliche Raytracing-Reflexion-Einstellungen im Holzmaterial. Das linke Rendering zeigt die Tischoberfläche mit einer Reflectivity von 0.5, das zweite Rendering zeigt deutlich intensivere Reflexionen: Reflectivity =1 Die folgenden zwei Abbildungen zeigen eine weiche Raytracing-Reflexion. Beide Bilder wurden in Mental Ray berechnet. Reflection Blur definiert die Weichheit. Je mehr Reflection Rays für die Berechnung der Weichheit eingestellt werden, desto genauer kann die Weichheit berechnet werden. Es darf auch mit längeren Renderzeiten gerechnet werden. |
Vergleich: perfekte Spiegelung / weich auslaufende Spiegelung
Weiche Reflexionen bzw. Blurry Reflections stehen einerseits nicht bei jedem Renderer zur Verfügung und andererseits sind die Methoden sehr renderintensiv. Durch Texturmapping kann der Wert für die Reflexion gesteuert werden. Diese Technik wird auch Reflectivity-Mapping genannt. Dadurch können ähnliche Effekte wie bei Blurry Reflections erzielt werden.
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| Die Abbildung zeigt eine Simulation einer weich auslaufenden Reflexion in dem Programm Maya. Dem Reflexionswert wird eine Map zugewiesen. Bei dem linken Bild wurde ein Farbverlauf von weiss (100% Reflectivity) auf scharz (0% Reflectivity) eingesetzt. Im rechten Bild wird zusätzlich eine Störung (noise)im Farbverlauf hinzugefügt, um eine natürliche Zufälligkeit zu simulieren. Links unten ist am Shading Network des Holzmaterials ersichtlich wie die Textur die Reflexion steuert. Zusätzlich bekommt das Material noch einen Input für Materialfarbe (Color)und Relief (Bump). |
Reflexions-Mapping ist eine Technik, bei der eine Spiegelung durch eine Textur-Map oder durch eine Prozedurale -Map ohne Raytracingberechnung simuliert wird. Dabei wird die Map so auf die Oberfläche projiziert, daß der gewünschte Eindruck einer Reflexion entsteht. Reflexions-Maps werden in Szenen verwendet, um eine nicht existierende Umgebung zu simulieren. Die Intensität der Spiegelung kann wie bei Raytracing-Reflexionen im Material gesteuert werden. Bei vielen Oberflächenarten erzeugen niedrigere Reflexionswerte jedoch realistischere Ergebnisse. Eine polierte Tischoberfläche zeigt zum Beispiel hauptsächlich eine Holzmaserung, die Reflexionen sind nur wage erkennbar. Reflexion-Mapping wird ohne Raytracing und folglich in der Regen auch schneller berechnet. Die Verwendung von Raytracing-Reflexion und Reflexion-Mapping ist möglich und im gegebenen Fall auch sinnvoll.
Beispiel: Kombination Raytracing-Reflexion/Refelxions-Mapping
Die zwei wichtigsten Gründe für Reflexions-Mapping:
- Simulation einer nicht existierenden Umgebung.
- Renderzeit: Raytracing-Reflexionen sind im Gegensatz zu simmulierte Reflexionen durch Mapping rechenintensiver.
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| Beide Kaffeemaschinen wurden ohne Raytracing gerendert, die linke Kaffeemaschine wurde ohne Reflexionen, die rechte mit eine Reflexions-Map gerendert. Die Reflexions-Map wurde sphärisch auf das Objekt projiziert. |
