Jörg Mück > Galerie - © 2003

<BODY> <P><b>Inhalt</b>  <BR>  <BR> <A HREF="#impressum">Impressum</A><BR> <A HREF="#picture">Wie entsteht ein Ray Tracing Bild?</A><BR> <A HREF="#raytracing">Was ist Ray Tracing?</A><BR> <A HREF="#system">Ray Tracing System</A><BR> <A HREF="#airbrush">Airbrush-Arbeiten</A> <BR> <P> </P> <P> </P> <HR> <P> <B><A NAME="picture">Wie entsteht ein Ray Tracing Bild</A></B> <P>Die Entstehung eines Motives ist mehr ein Prozess, der sich aus verschiedensten Schritten zusammensetzt, als eine spontane Aktion. Von der ersten Skizze bis zum endgültigen Bild vergehen im Schnitt mehrer Monate - bei manchen Motiven auch Jahre.</P> <P><b>Skizzen, Konstruktion und Modellierung</b><BR> Die ersten Schritte unterscheiden sich nicht sehr von einem klassischen Ölgemälde oder Airbrush-Bild. Entwürfe und Skizzen entstehen auf Papier.<BR> Diese werden dann nach und nach in mathematische Formeln umgewandelt bzw. in eine Art Sprache, die auch die Software versteht. Diese "Sprache" definiert alle Objekte, Lichtquellen, die virtuelle Kamera, Wetter, Atmosphäre usw. Diese Ray Tracing Software versteht die beschriebenen Objekte und kann sie anhand der unten dargestellten Konzepte visualisieren. Der Weg dahin ist allerdings etwas länger, als bis jetzt ersichtlich.</P> <P><b>Virtuelle Welt</b><BR> Das Entstehen und Erstellen einer derartigen virtuellen Welt ist im Wesentlichen vergleichbar mit der Arbeit eines Architekten oder Landschaftsarchitekten, der auf mathematisch definierte Objekte zurückgreift. Die Mathematik macht auch nicht halt vor Bäumen oder Blätter, die über "Chaos-Funktionen" modellierbar werden.</P> <P><STRONG>Photograph und Regie<BR> </STRONG>Nach der Modellierung - die neben Objekten auch die Texturierung beinhaltet - ist es nun möglich, sich in der Szene zu bewegen. Mit Hilfe einer virtuellen Kamera können nun unterschiedliche Positionen eingenommen werden. Ich arbeite in dieser Phase ähnlich wie ein Photograph, der Bildausschnitte sucht und sein Motiv ins rechte Licht setzt.Diese Ausschnitte werden nun mit Hilfe des Ray Tracers berechnet. Dazu verwende ich ein Netzwerk, in dem mehere Computer zu einem sog. Cluster zusammengeschaltet sind. Die einzelnen Computer übernehmen dabei jeweils Teile der Aufgabe, um das gesamte Bild zu erstellen - wie ein Team, das eine Aufgabe lösen muß.</P> <P><STRONG>Ausgabe</STRONG><BR> Zum Schluß stellt sich nun die Frage, wie die Bilder denn aus dem Computer auf die "Leinwand" kommen. Einen großformatigen Drucker zu bemühen, genügt nicht meinen Anforderungen. Die Originalfarben können nicht in dieser Art zu Drucken dargestellt werden - auch bei einem professionellem CMYK-Druck ist das Ergebnis nicht befriedigend.<BR> Einzige Möglichkeit ist ein Medium, das keine Beschränkung in der Ausgabe von Farben aufweist und direkt mit den Daten des Bildes umgehen kann. Mit Hilfe eines speziellen RGB-Farblasers und einer extrem haltbaren Kunststoffolie können meine Bilder die Originalfarbtiefe außerhalb des Computers entfalten.</P> <P> </P> <HR> <P> <B><A NAME="raytracing">Ray Tracing</A></B> <P> Ganz unterbewußt haben Sie derartiges schon gesehen – vor allem in Spezialeffekten im Kino und Fernsehen. Man denke da an Filme, wie „StarWars“, „Independence Day“ und viele derartige Science-Fiction Filme. <P><b>Was ist Ray Tracing?</b> <P>Mit einer Kamera oder Ihren Augen sammeln Sie Licht aus Ihrer Umgebung. Durch die Linse wird das Licht gebrochen und trifft auf den Film oder Netzhaut auf. Sie sehen somit ein scharfes Bild. Dieses Konzept ließe sich nun im Computer abbilden. Allerdings müßten man eine unendliche Anzahl von Strahlen erzeugen, einen Teil davon mit Hilfe einer virtuellen Linse brechen und auf eine virtuelle Netzhaut abbilden. Das Problem besteht in der unendlichen Anzahl an Strahlen, die man erzeugen müßte - für ein Bild ist dann der Computer unendlich lange beschäftigt. <P>Die Idee ist nun, das Verfahren umzukehren - da man ja nur einen Teil der Strahlen benötigt. Der Teil besteht nur aus dem Bereich, den das virtuelle Auge sieht und aus der Auflösung, die benötigt wird, ein Bild ausreichend darstellen zu können. Diese Auflösung rechnet sich im Pixel - jedes dieser Pixel ist ein farbiger Punkt (nicht zusammengesetzt, wie beim Druck, sondern eine Farbe von 4.294.967.296 (2^32)). Ein typisches Bild hat eine Auflösung von rund 8.000 x 6.000 Pixel. <P>Das Verfahren umzukehren bedeutet, den Sichtstrahl von der virtuellen Netzhaut aus in die Szene zu schicken. Das virtuelle Auge definiert dabei den Bildausschnitt. Für das oben genannte Beispiel sind mindestens 48.000.000 derartige Strahlen notwendig. Für Schärfentiefeneffekte - wie sie in der Photographie vorkommen - steigt die Anzahl bis auf 12.000.000.000. <P>Der Strahl geht nun auf die Reise in die Szene und trifft dort beispielsweise auf eine Kugel. Diese Kugel muß aber auf eine Weise definiert sein, mit der man herausfinden kann, was "Innen" bzw. "Außen" ist oder "im Schatten liegt". Hier hilft die Mathematik: eine Kugel ist über die Gleichung R·R·R = x·x·x+y·y·y+z·z·z definiert. Dabei entspricht R dem Radius dieser Kugel. <P>Das Hilft nun aber alles noch nichts - es fehlt das Licht! Erst durch Licht kann man ein Objekt modellieren, indem der Schatten der Scheibe zur räumlichen Kugel verhilft. Stellt man sich eine Lichtquelle - wie etwa die Sonne - vor, erreicht ihr Licht einen Teil der Kugel, ein anderer Teil wird abgeschattet. Trifft ein Sichtstrahl die Kugel, wird vom Auftreffpunkt ein weiterer Strahl in Richtung Lichtquelle geschickt. Durchquert er auf seinem Weg zur Lichtquelle ein Objekt, kann am genannten Auftreffpunkt kein Licht vorhanden sein. Da es aber meist mehrer Lichtquellen gibt, erhöht sich nun die Anzahl der Lichtstrahlen um die Anzahl der Lichtquellen - meist um den Faktor 100. <P>Nun befinden wir uns in einer beleuchteten Kunststofflandschaft. Wirft man einen Blick auf die Oberflächen von Objekten, wird man recht schnell einen deutlichen Unterschied - beispielsweise zwischen Chrom und Holz - feststellen. Das eine hat eine extrem glatte glänzende Oberfläche und spiegelt zudem. Das andere wirk eher stumpf und zeigt einen diffusen Schein, wenn es beleuchtet wird. <P>Betrachteten wir wieder den Auftreffpunkt unseres Sichtstrahls. Im Beispiel Chrom muß ein weiterer Strahl erzeugt werden - denn Chrom spiegelt Gegenstände wider. Der zweite Sichtstrahl wird wiederum in die Szene geschickt, um die Spiegelung zurück zum verchromten Material zu bringen. Es gibt rund 20 verschiedene Methoden, derartige Materialeigenschaften darzustellen. Verspiegelung ist nur eine davon. <P>Allerdings sieht zu diesem Zeitpunkt immernoch alles gleich aus. Einen Wiedererkennungseffekt wird man erst empfinden, wenn z.B. Marmor auch eine marmorartige Struktur und Farbgebung aufweist. Es gibt dabei zwei Möglichkeiten Oberfächen zu texturieren. Entweder man photographiert diese Oberflächen, scannt diese ein und "tapeziert" damit die Objekte. Die andere Möglichkeit - die ich nutze - ist eine Funktionsammlung zu finden, die beispielsweise Marmor beschreibt. Der Schritt ist nicht abwegig, den Bauplan der Natur nachzuempfinden - auch wenn dies nicht gerade einfach ist. Die Streifen eines Zebras entstehen nach einem Bauplan in der DNS. Diesen Bauplan gilt es hier zu finden. <P>  <P><b> Ray Tracing und Radiosity</b> <P>Dieses System hat nur eine Schwäche. Man kann kein diffus abgestrahltes Licht erzeugen, da man sich hier wieder in das Problem der unendlich vielen Strahlen begibt. Mit sog. Radiosity kann man aber ein Energie-Austausch-Modell erzeugen, bei dem unterschiedliche Oberflächen Energie - in diesem Fall Licht - austauschen können. Stellen Sie sich einen weißen Stuhl in einem blauen Raum vor. Mit  Ray Tracing ist der Stuhl komplett weiß (bei weßem Licht). Allerdings würden sich einen blauen Schimmer vermissen, da ja auch das Licht von den blauen Wänden wieder reflektiert wird. Mit Radiosity wird geschätzt, wieviel von dieser Strahlung beim gegenüber ankommt. <P>Mit Hilfe dieses Syetems ist erst möglich, real wirkende Bilder zu erzeugen. <P>  <P> <HR> <P> </P><P> <B><A NAME="system">Ray Tracing System</A></B> <P> Heute erhalten Sie eine Fülle von 3D-Programmen, die auch auf heimischen Computern laufen. Dabei kommt es allerdings weniger auf die Fülle der Funktionen oder den Preis der Software an, sondern auf die Erfahrung und das Gefühl des Benutzers, ansprechende Bilder oder Animationen zu entwerfen. Ein Profi-Photograph kann auch mit einer Wegwerfkamera gute Bilder machen - so verhält sich dies hier ebenso. <P> Der Computer und die 3D-Software sind nichts anderes als Handwerkzeug, das man beherrschen muss. So muss ein Steinmetz Hammer und Meißel richtig führen können, ein Photograph die Wirkung des Lichts und der Perspektive beurteilen können oder ein Maler den richtigen Schwung im Handgelenk haben. Die Bedienung eines 3D-Programms will ebenso gelernt sein - was ja oft Jahre dauern kann. „Eben mal schnell“ ist nichts am Computer gemacht - und bekanntlich tut der ja nie was man will. <P> Mit was arbeitet nun aber der Künstler? Nein – es ist kein 3D-Programm im herkömmlichen Sinne: also diese Programme, bei denen man schon in mehreren Fenstern verteilt, das Objekt entstehen sieht. Nicht dass ich mit solchen Programmen nicht umgehen kann. Creator™, 3DSMAX™ und Cinema™ beherrsche ich im Schlaf ... mir macht es da mehr Spaß, mathematische Formeln zu entwickeln und dies in reinem Text niederzuschreiben. Das mag dann manchmal so aussehen, wie der beliebte Matrix-Bildschirmschoner... <P> Ich bin bekennender Mac™- und UNIX™-Anwender - klar dass die Bilder auf einen kleinen MacOS™ X Cluster entstehen. MacOS™ X ist eine UNIX™-basierendes Betriebsystem, welches auf <A HREF="http://www.apple.de/" TARGET="_blank">Apple®</A> Rechnern und auf bestimmten PCs läuft. Letzteres mit der Einschränkung ohne graphische Oberfläche - aber so etwas benötigt man ja für einen Render-Cluster dieser Art nicht. <HR> <P><A NAME="airbrush"><B>Airbrush</B></A> <P> Ein kleiner Teil der Bilder in dieser Galerie sind in Airbrush-Technik entstanden. Diese Bilder entstehen durch Skizzen und Plastiken (als Vorlage) ohne zu Hilfenahme eines Computers. Gerüchten zu Folge entstehen angeblich meine Airbrush-Bilder ebenfalls am Computer – für Lösungen diese nicht trivialen Problems nehme ich aber gerne jederzeit Anregungen entgegen. <P> Da ich bei Airbrush-Arbeiten gerne Freihand arbeite, verzichte ich oft auf die Maskierungstechnik durch Folien oder Papier. Daher entsteht bei einigen kleinformatigen Bildern oft ein eher impressionistischer Charakter. <P> Im Augenblick setzte ich allerdings diese Technik mehr bei der Nachbearbeitung von Ray Tracing Bildern mit Adobe PhotoShop™ ein. Insofern profitiert gerade mein zweiter Art des Arbeitens von dieser Technik und nicht umgekehrt. <P> <HR> <P> <B><A NAME="impressum">Impressum</A></B> <P> Die unten stehenden Daten düfen nicht für Werbezwecke verwendet werden. Entsorgung von Werbung und Spam wir dem Verursacher in Rechnung gestellt! <P> Jörg Mück (freierschaffender Multimediakünstler) <BR> Eichenweg 8 <BR> 85399 Hallbergmoos <BR> Telefon: <BR> <script type="text/javascript" language="JavaScript">  </script> <P> Umsatzsteuer-Identifikationsnummer gemäß § 27 <BR> Umsatzsteuergesetz: <P>  <P> Haftungshinweis: Trotz sorgfältiger inhaltlicher Kontrolle übernehme ich keine Haftung für die Inhalte externer Links. Für den Inhalt der verlinkten Seiten sind ausschließlich deren Betreiber verantwortlich. </BODY>