Volumenstreuung

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Volumenstreuung (englisch subsurface scattering, Abkürzung SSS) bezeichnet die Streuung des Lichtes in transluzenten Körpern.

Inhaltsverzeichnis

1 Prinzip
2 Bedeutung in der Computergrafik
3 Weblinks
4 Quellen

[Bearbeiten] Prinzip

Transluzente Körper sind teilweise lichtdurchlässig. Im Gegensatz zu lichtundurchlässigen Körpern reflektieren sie auftreffendes Licht daher nicht direkt an ihrer Oberfläche, sondern erst, nachdem es in die Materie eingedrungen ist.

Bei einigen Körpern erfolgt die Reflexion an einer Schicht unterhalb der festen Oberfläche, so etwa bei Spiegelglas, das unter einer durchsichtigen Glasschicht eine vollständig reflektierende Silberschicht aufweist. Bei anderen Körpern liegen mehrere teilweise lichtdurchlässige Schichten übereinander, z. B. bei organischen Stoffen wie Haut und Zellulose. Körper wie Gaswolken sind einfach nicht dicht genug, um als feste Oberfläche zu wirken; ob und wann das Licht auf einen reflektierenden Partikel trifft, ist durch den Zufall bestimmt. In wieder anderen Stoffen, hauptsächlich Emulsionen wie z. B. Milch, sind verschiedene Stoffe mit verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten gemischt; das Licht wird darin zwischen Materieansammlungen hin- und herreflektiert.

Transluzente Körper brechen durch diese Effekte scheinbar mit dem Reflexionsgesetz, denn betrachtet man die äußere Oberfläche, so sind Ausfallswinkel und Einfallswinkel keinesfalls immer gleich – mehr noch: Ein Lichtstrahl kann an einer Stelle unter einem Winkel in den Körper eintreten und an einer völlig anderen Stelle unter einem völlig anderen Winkel wieder austreten. Dieser Effekt macht das Verhalten des Lichts praktisch unvorhersehbar. Die Wahrscheinlichkeitsverteilung der Austrittspunkte und -winkel der Lichstrahlen entsprechend dem eintretenden Lichtstrahl lässt sich mit einer BSSRDF modellieren.

[Bearbeiten] Bedeutung in der Computergrafik

Computergrafik mit simulierter Volumenstreuung

Ein aktueller Begriff ist die Volumenstreuung für die 3D-Computergrafik, bei der man versucht, das Aussehen von Materialien wie Haut, Marmor, Milch oder Wolken möglichst naturgetreu zu simulieren.

Da das Berechnungsverfahren bei einem naiven Ansatz einen enorm hohen Zeitbedarf hat, wurde 2001 ein Näherungsverfahren entwickelt, das bei kaum wahrnehmbaren Unterschieden den Zeitaufwand enorm verringert. Diese sogenannte Dipol-Approximation wurde von Henrik Wann Jensen und anderen in einer SIGGRAPH-Publikation veröffentlicht^[1] und 2002 weiterentwickelt^[2]. 2005 wurde das Verfahren nochmals weiterentwickelt, um auch dünne Objekte und mehrere, unterschiedlich streuende Schichten zu simulieren^[3].

Beispiele für Anwendungen des Subsurface Scattering sind die Filme Matrix 2, 3, Shrek und die Figur des Gollum in den Filmen der Der Herr der Ringe-Trilogie.

[Bearbeiten] Weblinks

[Bearbeiten] Quellen

↑ Henrik Wann Jensen, Stephen R. Marschner, Marc Levoy, Pat Hanrahan: A Practical Model for Subsurface Light Transport. In: Proceedings of SIGGRAPH 2001
↑ Henrik Wann Jensen, Juan Buhler: A Rapid Hierarchical Rendering Technique for Translucent Materials. In Proceedings of SIGGRAPH 2002
↑ Craig Donner, Henrik Wann Jensen: Light Diffusion in Multi-Layered Translucent Materials. In Proceedings of ACM SIGGRAPH 2005, Los Angeles, USA