Darstellen und Visualisieren

Bücher zum Thema:

http://www.glossar.de/glossar/z_visualisierung.htm

Übersicht:

Axonometrie
Hidden-Line
Isometrie
Parallelprojektion
Perspektive
Radiosity
Raytracing
Rendering
Shading
Visualisierung

 
Axonometrie

... ist die einfachste Art, eine 3D-Darstellung herzustellen • Da keine Umrechnungen notwendig sind (Axonometrien sind in der Regel längen- und formtreu), kommen Axonometrien gerne zum Einsatz, wenn die 3D-Darstellung manuell / konventionell auf Papier mit Lineal und Stift hergestellt werden muß:

Militärprojektion (auch Architekturperspektive genannt):   der Grundriß wird um einen beliebigen Winkel gedreht (die Originalwinkel bleiben erhalten!) und die Vertikalen werden maßstabsgerecht mit ihrer wahren Länge angetragen.
Kavalierprojektion:   Basis ist eine bestehende Ansicht, der in die Tiefe gehende Gebäudekanten hinzugefügt werden. Aus optischen Gründen wird häufig die Länge der in die Tiefe gehenden Gebäudekanten halbiert.

Hidden-Line

siehe Verdeckte-Linien
 

isometrische Projektion / Isometrie

siehe Parallelprojektion

Parallelprojektion

Abbildung eines geometrischen Objekts auf einer flachen Projektionsebene, wobei, im Gegensatz zur Zentralprojektion / Perspektive, der Standpunkt des Betrachters im Unendlichen liegt und die Projektionsstrahlen parallel zueinander verlaufen. In einer Parallelprojektion liegen alle in der Natur parallel zueinanderliegenden Kanten auch in der Abbildung parallel zueinander. Eine besondere Parallelprojektionen sind Grundrisse und Ansichten.
 

Perspektive

... ist eine ebene bildliche Darstellung dreidimensionaler Objekte mit Hilfe einer Zentralprojektion oder einer Parallelprojektion.

Die Zentralprojektion ist dem (allerdings einäugigen) Sehen nachgebildet. Werden alle Punkte des darzustellenden Gegenstandes durch Sehstrahlen mit dem Auge des Betrachters verbunden und schneidet man die Projektionsstrahlen auf einer Ebene ab (Bildebene, Projektionsebene), so ergibt die Schnittfigur ein ebenes Bild des darzustellenden Gegenstandes.

Alle parallel zueinander liegenden, horizontalen Kanten des abgebildeten Gegenstandes laufen auf jeweils einen Fluchtpunkt zu, die allesamt auf dem Horizont liegen, der sich in der Regel auf Augenhöhe befindet (Zweipunktperspektive).

Wenn beispielsweise bei der Darstellung von Gebäuden der Blick gesenkt oder gehoben wird, verschiebt sich der Horizont und es entsteht ein dritter Fluchtpunkt, auf den alle vertikalen Kanten zulaufen. Liegt der Horizont der Bildebene sehr tief, so spricht man von einer Froschperspektive - liegt er sehr hoch, von einer Vogelperspektive.
 

Radiosity

Visualisierungsverfahren: In einem sogenannten "Beleuchtungsmodell" werden im ersten Schritt die physikalischen Verhältnisse einer Szene bzw. eines Raumes unter Verwendung eines energetisch abgeschlossenen Strahlungsmodells exakt nachgebildet; im zweiten Schritt wird die Bildszene berechnet. Das Ergebnis ist eine fotorealistische Darstellung mit diffuser Beleuchtung und diffusen Schlagschatten.

Radiosity ist also ein Berechnungsverfahren für photorealistische Bilder, in dem die indirekte Beleuchtung berücksichtigt wird. Am Tage wird die Beleuchtung in einem Raum hauptsächlich dadurch bestimmt, daß Licht durch ein Fenster eintritt und dann von den Wänden und Gegenständen im Raum reflektiert wird. Das einfallende Licht resultiert aus der Sonneneinstrahlung und deren Reflexion von umliegenden Objekten wie beispielsweise Häusern.

Radiosity wird von PC-basierenden Rendering-Programmen selten unterstützt.

Raytracing

Englische Bezeichnung für "Lichtstrahlverfolgung" • Verfahren zur perfekten, photorealistischen Darstellung dreidimensionaler Objekte mit Hilfe entsprechender Programme wie 3D STUDIO MAX oder FRESCOmovie. Bei dieser Methode werden Schatten, Lichtbrechungen, Spiegelungen und Reflexion berücksichtigt, so daß ein sehr realistischer Eindruck entsteht.

Übrigens: mit POV-Ray gibt es auch ein Freeware-Raytracing-Programm.

Rendering

Englische Bezeichnung für "Übersetzung" oder "Übertragung" • Im CAD- und Grafikbereich versteht man unter Renderung die optische Aufwertung eines dreidimensionales CAD-Modells oder eines zweidimensionalen Pixelbildes mittels computerunterstützter Prozesse / Algorithmen. Dazu können beliebige Lichtquellen positioniert sowie Farben bzw. Texturen und jede Menge Effekte zugeordnet werden (siehe Rendering-Effekte).
 

Shading

Schattierung von gekrümmten Flächen, damit diese etwas realitätsnäher aussehen (siehe auch Visualisierung und Raytracing). Dazu werden die gekrümmten Flächen in kleine Dreiecke aufgeteilt. Die drei wichtigsten 3D-Shading-Methoden unterscheiden sich darin, wie genau die Farbverläufe innerhalb dieser Dreiecke dargestellt werden:

Flat-Shading: Die Bezeichnung Flat- oder Quick-Shading kommt aus dem Englischen. Das Flat-Shading ist die einfachste Form des Shadings. Die einzelnen Facetten der gekrümmten Flächen werden in einem, je nach Lichteinfall durchschnittlich ermittelten Farbton dargestellt (kein kontinuierlicher Farbverlauf). Die einzelnen Oberflächen erscheinen deshalb flach und matt, da Lichtreflexe, Schatten, Transparenz usw. unberücksichtigt bleiben.
Gouraud-Shading Das Gouraud-Shading, ein 1971 von Henri Gouraud vorgestelltes Verfahren, interpoliert die Eck-Farbwerte. Damit werden zwischen den Polygonflächen weiche Farbverläufe, d. h. eine gleichmäßige Schattierung erzeugt. Das Gouraud-Shading vermag lediglich matte Objektoberflächen darzustellen, die das Licht gleichmäßig und ungeordnet in alle Richtungen streuen. Folglich erhalten die Objekte ein plastikähnliches Aussehen (Transparenz, Schatten, Spiegelungen, Materialeigenschaften wie Texturen usw. werden nicht berücksichtigt).
Phong-Shading Beim Phong-Shading werden der Normalen-Vektoren interpoliert. Dadurch sind neben weichen Farbverläufen auch Glanzpunkte möglich, was wesentlich realistischer wirkt.

 
Verdeckte-Linien

Bei einer Verdeckten-Linien-Berechnungen werden die "unsichtbaren" Linien bzw. Liniensegmente erkannt und aus dem Bild entfernt. Das Resultat kann wieder einer CAD-fähige Zeichnung sein, die aus Vektoren besteht.

Visualisierung

3D-Modelle können in verschiedenen Projektionen betrachtet werden: orthogonale und isometrische Projektion, Axonometrie oder Perspektive. Standpunkt und Blickwinkel sind dabei variabel. Perspektiven können mit oder ohne verdeckte Kanten dargestellt werden. Das farbige Anlegen von 3D-Modellen ist mit Hilfe des von Shadern möglich. Realistische Einzelbilder und Bildsequenzen lassen sich mit Visualisierungs- und Animationsprogrammen erzeugen.
 

 
siehe auch (auf anderen Glossar-Seiten):

CAD
Bildformate (GIF, JPEG, PNG, ...)
IBR (Image-based Rendering)
Koordinaten
Modellbildung
Rechte-Hand- und Rechte-Daumen-Regel
Rendering-Effekte

siehe auch Beitrag im AEC-WEB (nur mit einer Online-Verbindung):

Illustrationen im Internet
3D-Visualisierung

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