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Backface Culling

Backface Culling, im Nostruktor 13.0 auch "Face-Culling: Rückseite" genannt, ist eine Technik der Computergrafik, die es erlaubt, dass die nicht sichtbaren Polygone einer 3D-Szene nicht in das Rendering einbezogen werden.

Die Rendering-Geschwindigkeit hängt zu einem großen Teil von der Anzahl der zu zeichnenden Flächen ab. Je mehr Flächen gezeichnet werden müssen, desto länger dauert das Rendern. Um den Prozess zu beschleunigen, liegt es nahe, dass Flächen, die in der Szene ohnehin nicht zu sehen sind, gar nicht erst gezeichnet werden. Bei geschlossenen Objekten mit nicht-transparenter Oberfläche sieht der Betrachter nur die Vorderseite, also braucht die Rückseite, die ja von anderen Polygonen verdeckt wird, nicht gezeichnet zu werden. Um festzustellen ob eine Objektseite sichtbar oder unsichtbar ist, braucht man bei dem jeweiligen Polygon nur die Richtung des Normalenvektors NP mit der Blickrichtung N zu vergleichen. Anwendbar ist dies natürlich nur, wenn die betroffenen Polygone tatsächlich unsichtbar wären, was nur bei Objekten mit geschlossener und nicht-transparenter Oberfläche der Fall ist. Analog zum Backface- gibt es ein Frontface-Culling (im Home-Nostruktor 8.0: "Face-Culling Vorderseite"); hier werden jeweils die Vorderseiten verworfen und nur die Rückseiten des Objektes gezeichnet.

Wichtig!
Frontface Culling darf bei neu gebauten Modellen nicht mehr angewendet werden, stattdessen sind alle Seiten des Polygons (in den Kon-Dateien) so zu drehen oder auszurichten, dass das 3D-Modell ein konsequentes Backface Culling, also "Face-Culling: Rückseite" aufweist!"

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Beleuchtungsmodell

Beleuchtungsmodell. Als Beleuchtungsmodell bezeichnet man in der 3D-Computergrafik allgemein ein Verfahren, das das Verhalten von Licht simuliert. Meist ist damit ein lokales Beleuchtungsmodell gemeint, das die Oberfläche von Objekten simuliert.

•Lokale Beleuchtungsmodelle simulieren das Verhalten von Licht auf Objektoberflächen. Hierbei wird die Helligkeit und die Farbe des Lichtstrahls berechnet, der von einem definierten Punkt auf der jeweiligen Oberfläche in eine bestimmte Richtung reflektiert wird. Dabei werden die Blickrichtung, der Lichteinfallswinkel und die Materialeigenschaften des Objektes und der Lichtquellen einbezogen, während die indirekte Beleuchtung zunächst unberücksichtigt bleibt. Für die Simulation von indirekten Beleuchtungseffekten sind globale Beleuchtungsmodelle zuständig; Raytracing beispielsweise sendet zu diesem Zweck weitere Strahlen aus.

Im Unterschied zu anderen Verfahren zur Simulation von Materialeigenschaften wie z.B. Bump-Mapping simulieren Beleuchtungsmodelle nicht die Meso-, sondern die Mikrostruktur von Materialien. Je nach Art der Darstellung müssen hierfür verschiedene Shading-Methoden verwendet werden. Die bekanntesten lokalen Beleuchtungsmodelle sind:

.1.Lambert-Beleuchtungsmodell (1760)

.2.Phong-Beleuchtungsmodell (1975)

.3.Blinn-Beleuchtungsmodell (1977)

.4.Torrance-Sparrow-Beleuchtungsmodell (1967/1982)

.5.Schlick-Beleuchtungsmodell (1994)

•Globale Beleuchtungsmodelle simulieren die Ausbreitung von Licht in einer Szene. Generell sind damit Radiosity oder Raytracing (und deren Varianten) gemeint - Verfahren, die wegen den hohen Rechenaufwands heute nur bedingt für das Echtzeitrendern oder für die Darstellung von teilweise vorausberechneten statischen Szenen (Radiosity) geeignet erscheinen.

Bilineare Filterung

Bilineare Filterung (auch: bilineare Interpolation) Erweitertes Filterverfahren zur Skalierung von Rastergrafiken und zur Glättung von Texturpixeln, das beim Echtzeit-Rendering und zum Antialiasing von Texturen genutzt wird.

Der bilineare Texturfilter, der Texturpixel durch Berechnung von Zwischenwerten glättet, wird bei Bildpunkten eingesetzt, die nahe beim Betrachter liegen. Damit wird bewirkt, dass die Textur mit abnehmender Entfernung unschärfer erscheint. Bei der Filterung werden die der Sample-Mitte am nächsten liegenden vier Farben entlang der u- und der v-Achse in zwei Stufen - deshalb bilinear - interpoliert. Die Zwischenwerte zwischen den oberen und unteren Texeln werden in der ersten Stufe entlang der u-Achse, in der zweiten Stufe entlang der v-Achse berechnet. Die Interpolation erfolgt in Abhängigkeit von der Abtastposition, während die Größe der Projektion in den Texturraum unberücksichtigt bleibt. Dies kann bei einer stärkeren Stauchung der Textur zu Abtastfehlern führen, da zu wenige Texel berücksichtigt werden, wirkt bei starker Vergrößerung aber glättend, da zwar alle Texel einbezogen, aber ungleich gewertet werden; die Texel, deren Mittelpunkt näher an der Sample-Mitte liegt, werden stärker gewichtet. Eine besondere Bedeutung kommt der bilinearen Filterung beim Echtzeitrendering auf modernen Grafikkarten zu. Hierbei ist die bilineare Filterung ein gebräuchliches Verfahren zum Antialiasing von Texturen.

Bitmap

Bitmap - digitale Grafik auf der Basis von Bits.

Bitmaps - auch Pixelgrafiken genannt - setzen sich aus Pixeln, d.h. aus einzelnen Bildpunkten zusammen, die im RGB-Farbraum üblicherweise mit je 8 Bit Tiefe dargestellt werden. Bitmaps bieten den Vorteil einer hohen Farbtreue und ermöglichen zudem den Einsatz von vielen Filtern.

Bloom (Bloom-Effekt)

Bloom ist ein Beleuchtungseffekt, der Objekte dem Anschein nach zum Glühen bringt.

Der Effekt, der beim HDR-Rendering (High Dynamic Rendering) und hier vor allem bei Computerspielen eingesetzt wird, simuliert einen Linsenfehler, der auch in Wirklichkeit vorkommt und deshalb bewusst genutzt wird, um eine realistische Atmosphäre entstehen zu lassen. Der Bloom-Effekt wird vorwiegend bei Lichtquellen eingesetzt und erzeugt eine Randunschärfe, welche sich auf die umgebenden, oder vor der Lichtquelle stehenden Objekte auswirkt. Die Lichtstrahlen, die dieser nachgestellte Linsenfehler erzeugt, wirken über ihre natürliche Grenzen hinaus auf die umgebenden Objekte ein, so dass der Eindruck entsteht, dass diese - wie in einer Aura - leuchten oder glühen. Tatsächlich ist dieses Phänomen jedoch mechanischer Natur und darauf zurückzuführen, dass Linsen auch bei präziser Fertigung das Licht nicht hundertprozentig bündeln können.

Bogenmaß

Das Bogenmaß. Maß, das die Winkelgröße mit der Länge des jeweiligen Bogens am Einheitskreis misst - im Unterschied zum Gradmaß, das auf einer Einteilung des Kreises in 360 Winkelgrade beruht.

Es gibt verschiedene Winkelmaße, d.h. Systeme, um die Größe eines Winkels anzugeben. Die Ihnen wahrscheinlich vertrauteste Methode ist das Gradmaß, das auf der Einteilung des vollen Kreises in 360 "Winkelgrade" (und der feineren Einteilung des Grades in 60 Winkelminuten und der Minute in 60 Winkelsekunden) beruht. Dass der volle Winkel 360 Grad misst, hat historische Gründe und ist aus mathematischer Sicht nicht immer vorteilhaft. Für viele Zwecke ist das Bogenmaß günstiger, das die nebenstehende Skizze illustriert:

Anstatt in Grad wird der Winkel α durch die Länge hellblauen Bogenstücks gemessen. Der volle Winkel ist im Bogenmaß durch den Umfang des Einheitskreises, d.h. durch 2Π gegeben.

Beispiel: Ein Winkel von 60° (also ein Sechstel des vollen Winkels) ist im Bogenmaß Π/3, das ist ungefähr 1.0472. Hier sehen wir einen der Nachteile des Bogenmaßes: "Runde" Winkel wie 30°, 45°, 60°, 90°, 180° oder 360° werden durch irrationale Zahlen dargestellt. Sie werden am besten als rationale Vielfache von Π angeschrieben (wie Π/3 für 60°).

Eine Winkelangabe im Bogenmaß geschieht meist ohne Angabe einer "Einheit" (d.h. ohne ein Symbol wie °). Manchmal wird die Angabe "Radiant" (abgekürzt rad) herangezogen und wie eine Einheit verwendet (z.B.: 60° ist Π/3 rad, also ungefähr 1.0472 rad), aber das ist nicht unbedingt notwendig. Darüber hinaus wird gelegentlich für die Umrechnung eines Winkels in das Bogenmaß die Bezeichnung arc (lateinisch: arcus = der Bogen) verwendet, z.B. arc(60°) = Π/3.

Die Umrechnung zwischen Grad- und Bogenmaß ist eine einfache Sache: Ist α ein im Gradmaß gegebener Winkel, so ist sein Wert im Bogenmaß 2Π × α / 360°. Umgekehrt muss ein Wert im Bogenmaß 360° / 2Π mit α multipliziert werden, um den entsprechenden Winkel im Gradmaß zu bekommen.

Das Bogenmaß eines Winkels kann auch anhand eines Kreises mit beliebigem Radius r ermittelt werden. Hat, wie in der nebenstehenden Skizze der zugehörige Kreisbogen die Länge s, so ist der Winkel a im Bogenmaß durch den Quotienten s/r gegeben. Für den Einheitskreis (r = 1) reduziert sich das auf die obige Definition.

Der Grund für diese Eigenschaft besteht darin, dass alle "Tortenecken" mit demselben Winkel α zueinander ähnlich sind. Sie unterscheiden sich lediglich in ihrer Größe, sind also jeweils "aufgeblasene" oder "geschrumpfte" Versionen voneinander. Daher ist das Längenverhältnis s/r für all diese Figuren gleich, kann also als Maß für den Winkel dienen.

Bumpmapping

Bumpmapping bzw. Bump-Mapping (auch Reliefzuordnung) ist eine Technik, die in 3D-Visualisierungsprogrammen zum Einsatz kommt, um den Detailgrad von Objekten zu verbessern, ohne dabei deren Geometriekomplexität zu erhöhen. Der Trick dabei ist, dass die benötigten Informationen in einer Textur gelagert werden, mit deren Hilfe Schattierungen auf eine Oberfläche gezeichnet werden. Bumpmapping ist somit nur eine (wenngleich wirksame) Illusion, welche Oberflächenunebenheiten simuliert, die in der Geometrie des Modells gar nicht vorhanden sind. Es verbessert die Bildqualität und den Realismusgrad, ohne sich wesentlich auf die für das Rendern benötigte Zeit niederzuschlagen. Außerdem ist das Einsatzgebiet nicht nur auf Schattierungen begrenzt. Bumpmapping spielt bereits eine große Rolle in Projekten der Unterhaltungsindustrie, da sich die visuelle Qualität deutlich verbessern lässt, ohne die Leistung dabei nennenswert zu beeinträchtigen.

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