1. Einleitung

Um künstlich hergestellte Szenen bei der Darstellung möglichst realistisch wirken zu lassen, muss die Farb- und Lichtverteilung auf der Oberfläche der gezeigten Objekte berechnet werden. Dieser Abschnitt beschäftigt sich mit den Verfahren und der Mathematik von Beleuchtungsmodellen, die es erlauben dieses Ziel mit geringem Aufwand zu erreichen. Bei Modellen handelt es sich um Vereinfachungen bzw. Idealisierungen von real existierenden Gegebenheiten, was unumgänglich ist, da unsere Umwelt und deren Wahrnehmung durch den Menschen viel zu komplex ist, um sie maschinell in einem vertretbaren Rahmen nachbilden zu können. Man greift daher auf Vereinfachungen zurück, die sich in der Praxis bewährt haben, jedoch theoretisch nicht vollständig fundiert sind. Die erzeugten Bilder stellen somit einen Kompromiss zwischen Darstellungsgenauigkeit und verfügbarer Rechenleistung dar.
Wir beginnen mit einer kleinen Einführung zu Licht und Farbwahrnehmung, um ein grobes Verständnis für die menschliche Wahrnehmung zu vermitteln. Darauf folgen die Farbmodelle, da auch bei der maschinellen Erzeugung von Farben Vereinfachungen getroffen werden müssen. Es werden die Farbmodelle vorgestellt, die eine weite Verbreitung haben und in weiteren Abschnitten Verwendung finden. Es folgen einfache Beleuchtungsmodelle, die für einen Punkt auf einer Fläche die Lichtintensität ermitteln. Nach den theoretischen Grundlagen der geometrischen Optik werden die bekanntesten Schattierungsalgorithmen vorgestellt, die mit unterschiedlicher Genauigkeit reale Beleuchtungsverhältnisse nachbilden. Sie sind in lokale und globale Beleuchtungsmodelle unterteilt.
Zur Benutzung dieses Tutoriums empfehlen wir eindringlich das Lesen des Abschnittes Benötigte Software, damit Sie ohne Probleme die interaktiven Modelle benutzen können.

Viel Spaß wünschen Ihnen

Michael Bungenstock & Andreas Baudry