Raytracing
Raytracing ist ein Verfahren der Computergrafik zur Erzeugung und Interaktion von Strahlen in einer virtuellen Umgebung. Mittels Software (einem
Raytracer) erfolgt das Rendering oder die physikalische Lichtberechnung, auch Strahlsimulation oder Lichtsimulation genannt.
Raytracing ist ein wichtiges Verfahren bei der Lichtsimulation bzw. der Lichtentwicklung.
Die Funktionsweise:
Bei jeder Interaktion an Flächen werden die physikalischen Gesetzmäßigkeiten berechnet und die austretenden Strahlen werden weiter gesendet („getraced“). Global wird eine Energiebilanz berechnet, bei der die ausgesendete Leistung der im System verwendeten Leistung entsprechen muss. Prinzipiell werden zwei Gruppen von Raytracern unterschieden, sequentielle und nicht sequentielle. Sequentielle Raytracer finden Ihre Anwendung in der Berechnung von abbildenden Systemen wie Linsenpaaren in Kameras. Die Strahlberechnung ermöglicht eine hochgenaue Berechnung von optischen Effekten und Abbildungsfehlern wie Koma, Farbverzeichnung, Astigmatismus und Bildfeldwölbung.
Die nicht sequentiellen Raytracer basieren auf dem Monte Carlo Prinzip, bei dem Lichtstrahlen zufällig von der Quelle emittiert werden. Die Lichtstrahlen treffen dabei die nächsten im Weg liegenden Objekte. Jede Interaktion wird durch die hinterlegten optischen Eigenschaften von Flächen und Volumen physikalisch korrekt berechnet. Diese Raytracer finden Ihre Anwendung in der Berechnung von makroskopischen optischen Effekten wie Reflektion, Transmission, Absorbtion und Streuung. Sequentielle Raytracer können für beliebige Geometrien und optische Eigenschaften eingesetzt werden. Um aussagekräftige und rauscharme Ergebnisse zu erzielen werden in der Industrie CPU Rechencluster und ausreichend leistungsfähige GPU verwendet. Heutzutage werden nahezu alle Leuchten und Produkte mit integrierten LED durch Lichtsimulationen optimiert und für die Fertigung als CAD Datensatz vorbereitet.
Beispiele im Automobil sind beleuchtete Icons und Dekorelemente, die entweder indirekt aus Fugen leuchten oder direkt einsehbar sind und hinter Dekorfolien versteckt sein können. Im Industriebereich werden beleuchtete Taster in Kühlschränken, Backöfen und Mikrowellen, sowie Rundumbeleuchtungen und Lichtlinien in Lichtschaltern, Bedienelementen und Spielzeugen durch Lichtsimulationen optimiert.
Raytracer
Software für Raytracing wird "Raytracer" genannt.
Bekannte Raytracer sind:
- blender
- povray
Raytracing in Spielen
Um virtuelle welten in Computerspielen oder im Metaverse so realistisch wie möglich aussehen zu lassen, wird hier verstärkt Raytracing angewendet.
Raytracing Hardware
Damit in Computerspielen bzw. im ESports realistische Bilder mit hohem Tempo generiert werden können, kommt hier Hardware zum Einsatz.