RenderingWas ist...?

Was ist Rendering?

Mein Computer kann Bilder machen wie eine Kamera – aber er hat keine Kamera. Wenn du das verwirrend findest, bist du hier genau richtig! Ich will dir kurz zusammenfassen, was Rendering ist und wie es funktioniert:

Damit ein Bild wie dieses entsteht, muss dein Computer ganz schön schwitzen…

Rendering ist der letze Schritt zum fertigen Bild. Hier berechnet der Computer das Endergebnis. Wie das funktioniert möchte ich dir am Beispiel von diesem grandiosen Bild von Ben White zeigen. Es beinhalt nämlich ganz schön viel: Emotionen, Farben, Figuren – und Licht!

Anders als im echten Leben, entsteht ein Bild, das gerendert wird, nicht im Bruchteil einer Sekunde (wie ein normales Foto), sondern teilweise über einen Zeitraum von mehreren Stunden. Und damit mein ich nicht, dass erst die ganze Welt und die Modelle gebaut werden müssen. Ich meine wirklich den Moment, wo das Bild gemacht wird!

Das liegt daran, dass bei einem normalen Fotoapparat auf natürliche Weise Licht auf den Sensor trifft. Du weißt schon, Physik und so. Jeder Gegenstand reflektiert Teile des Lichts oder absorbiert sie, in Glas wird Licht gebrochen, unterschiedliche Materialien reflektieren unterschiedlich viel farbiges Licht, uuund soo weiter… Das passiert alles automatisch und in Echtzeit – doch nicht für deinen PC!

Der Computer muss das berechnen, was für uns selbstverständlich ist, und einfach passiert

Beim Rendern berechnet dein Computer das ganze Bild. Alles! Wie Licht wo auftrifft, wie es reflektiert wird, welche Farben entstehen, wo Schatten fallen… Das alles muss der Computer erst berechnen. Die Farbe und Beschaffenheit der Oberflächen ist von den Materialien abhängig. Wie diese in einem 3D Programm funktionieren, erfährst du hier: Was ist Texturing?

Die wohl am weitesten verbreitete Methode ein Bild zu rendern, ist das Raytraycing. „Ohh, shit…“ denken jetzt vielleicht manche von euch. „So viele Fachbegriffe und Physik in einem Artikel auf einmal…“ Wart mal ab! Das ist eigentlich ganz cool 😀

Doch dazu müssen wir zuerst einmal verstehen, wie Licht funktioniert:

Ohne Licht siehst du nichts

„Ja, logisch!“, denkst du, „Ich bin ja nicht blöd…“. Aber so simpel das klingt, umso tiefgründiger ist diese Aussage doch. Denn hier geht es nicht um Licht an oder aus – nein! Alles, was du mit deinem Auge siehst, ob bei Tag oder Nacht, sind nicht Gegenstände oder Menschen, sondern Lichtstrahlen, die über genau diese Dinge in dein Auge gefallen sind!

Lass es mich so erklären: Siehst du die Rüstung oder den Umhang des Ritters im Bild, dann nur, weil diesen zuerst ein Lichtstrahl der Sonne getroffen hat, der dann vom Umhang oder der Rüstung reflektiert wurde und schließlich in deinem Auge gelandet ist. Vielleicht ist der Strahl auch erst auf einem anderen Rüstungsteil gelandet und hat erst danach den Umhang getroffen. Vielleicht hat er sogar zuerst 5 oder 6 andere Gegenstände getroffen, ist dann auf den Umhang gefallen, und DANN in dein Auge!

Der Weg eines Lichtstrahls

Du siehst, das Licht kann viele Wege nehmen, um in dein Auge zu gelangen. Doch die Sonne sendet nicht nur einen Lichtstrahl dieser Art, sondern sehr, sehr, SEHR viele!

Vielen!!
Vielen!!
Vielen!!
Nur ein Lichtstrahl von...
Nur ein Lichtstrahl von...

Und deshalb schwitzt dein Computer!

Damit im 3D Programm jetzt ein Bild entstehen kann, berechnet der Computer jeden von diesen Lichtstrahlen und seinen genommenen Weg einzeln! Die Richtung, mit welchem Winkel er reflektiert wird, welche Farben entstehen, ob er gebrochen wird… Wenn der Computer jetzt jeden dieser abertausenden Strahlen berechnen müsste, würde er wahrscheinlich kollabieren.

Der Großteil der Lichtstrahlen landen irgendwo, nur nicht in unserem Auge oder der Kamera, was diese Strahlen für unser Bild eigentlich komplett irrelevant macht, weil durch diese Strahlen entsprechend auch nichts sichtbar wird. Manche verlassen sogar das Bild:

Wir nehmen unserem Computer also eine große Last ab, wenn wir ihn auch wirklich nur die Strahlen berechnen lassen, die im Bild nachher auch relevant, bzw. sichtbar sind. Und dazu drehen wir das ganze Spiel um und nennen es „Raytracing“!

Was ist Raytracing?

Beim Raytracing sendet nun die Kamera selbst Strahlen aus und verfolgt deren Weg – deshalb auch der Name („Ray“ = Strahl und „to trace“ = verfolgen). Sobald ein Strahl einen Gegenstand trifft, kann der Computer die Information über die Form des Gegenstands und die Beschaffenheit der Oberfläche abrufen, und so berechnen ob und wohin dieser Strahl reflektiert oder gebrochen wird. Das Material bestimmt entsprechend Farbe und Glanz des Objekts.

Auf diese Weise können Strahlen auch Dinge treffen, die außerhalb des gezeigten Bildausschnittes liegen. So hat die Umgebung unmittelbar Einfluss auf das Bild, wie wir es auch von der echten Welt gewohnt sind. Lichtquellen die außerhalb des Bildes liegen, können die Szene so auch beleuchten.

Und zwar nur welche, die auch bei ihr ankommen!
Und zwar nur welche, die auch bei ihr ankommen!
Und zwar nur welche, die auch bei ihr ankommen!
Die Kamera schickt jetzt selbst Lichtstrahlen...
Die Kamera schickt jetzt selbst Lichtstrahlen...

Letztendlich werden aber nur die Strahlen als Objekte sichtbar, die am Ende ihres Weges auch eine Lichtquelle treffen. Denn wie ich schon vorhin sagte: Ohne Licht, siehst du nichts! Und eigentlich gehen die Strahlen ja immer noch vom Licht aus. Durch das Raytracing werden eben nur die Strahlen rausgesucht, die auch in der Kamera landen…

Die Komponente Zeit

Mit Raytracing ein Bild zu rendern kann eine ganze Weile dauern, manchmal auch viele Stunden. Doch die Ergebnisse sind realistisch und können sich blicken lassen. Klar! Wie du jetzt weißt, beruht das ganze ja auch auf echter Physik 🙂

Durch verschiedene Einstellungen lassen sich sogar die benötigte Zeit und Qualität des Bildes verändern:

50 Sekunden Renderzeit
50 Sekunden Renderzeit
50 Sekunden Renderzeit
5 Minuten Renderzeit
5 Minuten Renderzeit

Doch wie das funktioniert, erfährst du in der Basics Serie für Blender!


Bildquelle „Wounded Knight“: https://blenderartists.org/t/wounded-knight/1143552

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