Raycasting
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Raycasting (in englischer Schreibweise meist ray casting) ist ein Begriff aus der 3D-Computergrafik. Er bezeichnet Techniken zur schnellen Darstellung einer dreidimensionalen Szene. Die genaue Definition des Begriffs varriert kontextabhängig.
Raycasting ist der Bezeichnung für das Berechnen fotorealistischer computergenerierter Bilder, Raytracing, entlehnt.
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[Bearbeiten] Definition im Bereich der allgemeinen Computergrafik
Raycasting ist die vereinfachte Form des Raytracings: Die dreidimensionale Szene wird entsprechend festgelegter Vorgaben (Perspektive, Standpunkt, Blickrichtung, Projektionsebene, Hintergrundfarbe, Auflösung, Öffnungswinkel etc.) regelmäßig abgetastet, sodass eine zweidimensionale Abbildung eines Ausschnitts entsteht. Im Gegensatz zu erweiterten Raytracing-Varianten ist das Abtasten eines Strahls mit dem Aufeinandertreffen von Strahl und Objekt beendet. Die an diesem Schnittpunkt festgestellte Farbe bildet den Bildpunktfarbwert. Spiegelungen, Brechungen und Transmissionen des Objekts werden nicht beachtet.
Diese Technik ermöglicht eine sehr schnelle Vorschau auf eine Szene. Sie kann jedoch auch benutzt werden, um die prinzipielle Sichtbarkeit von Objekten festzustellen (als einfache Variante des Raytracings). Gelegentlich wird Raycasting auch synonym zu Raytracing verwendet.[1]
[Bearbeiten] Definition im Bereich der 3D-Computerspiele
In der Computerspieleentwicklung bezeichnet der Begriff Raycasting das auf einer zweidimensionalen Karte basierte Berechnen einer Pseudo-3D-Ansicht[2]. Auf Basis der Entfernung zu einem Objekt, den ein "Sichtstrahl" trifft, wird zum Einen die Objektfarbe vertikal zentriert dargestellt und zum Anderen der Anteil an Decke bzw. Boden der entsprechenden Pixel-Spalte berechnet. Diese Raytracing-Technik entspricht lediglich einer einzelnen Zeile, die im Vergleich zum in der Computergrafik verwendeten Raytracing abgetastet wird, um die Szene darzustellen. Sie findet z.B. Anwendung im Computerspiel Wolfenstein 3D.
Da diese Technik keinem echten 3D entspricht, unterliegt sie diversen Einschränkungen: Es können keine dreidimensionalen Objekte dargestellt werden (Personen, Gegenstände, etc.), Boden und Decke sind immer gleich tief bzw. hoch, Schrägen sind nicht möglich, Texturen sind nicht möglich usw.
Es wurden diverse Umgehungslösungen gefunden, die den Eindruck der Dreidimensionalität herstellen sollen: Es werden zweidimensionale Grafiken, so genannte Sprites, für beliebige Objekte verwendet, die skaliert in das berechnete Bild eingefügt werden. Diese wurden bei fortgeschrittenen Spielen wie Duke Nukem 3D winkelabhängig ausgewählt, sodass ein Objekt von vorne anders aussieht als von hinten.
Texturen für Wände, Böden und Himmel wurden eingebaut, die dreidimensionale Strukturen abbildeten. Himmel/Decke und Boden wurden für Abschnitte einer Karte abhängig einstellbar gemacht, sodass Treppen, Durchgänge und ähnliches möglich wurden (z.B. Doom). Bei Duke Nukem 3D wurden schließlich sogar schräge Böden bzw. Himmel/Decken ermöglicht und eine vertikale Rotation des Sichtpunkts, sodass man nach oben bzw. nach unten schauen konnte. Allerdings verzerrt sich die Darstellung damit stark und unnatürlich.
Auch bei den besten Erweiterungen sind keine dreidimensionalen Objekte übereinander möglich, z. B. Brücken. Darstellungen derselben sind immer "gefälscht" (mit Sprites oder anderen Tricks).
Populär wurde das Raycasting durch die frühen Ego-Shooter Catacomb, Wolfenstein 3D, Doom und Duke Nukem 3D, da es einen erheblich weniger Berechnungszeit benötigt als echtes 3D.
Verwandt mit dem Raycasting ist der mit dem Spiel Comanche eingeführte VoxelSpace-Algorithmus zur Visualisierung von Höhenkarten. Darauf basierende Grafik-Engines werden oft schlicht als Voxel-Engines bezeichnet, obwohl keine Voxel visualisiert werden.
[Bearbeiten] Literatur und Weblinks
[Bearbeiten] Quellen
- ↑ James D. Foley u. A.: Computer Graphics: Principles and Practice, 2. Auflage, Addison-Wesley 1995, ISBN 02-018-4840-6
- ↑ Stefan Becker: "Virtuelle Welten mit der Raycasting-Technik darstellen", c't Magazin 2/1996, Seite 246
