Oberflächenwiedergabe

Oberflächenwiedergabe bezeichnet in der Computergraphik die Abbildung der Erscheinung von Oberflächen eines Objekts durch Licht- und Materialmodelle in einem Rendering-System. Ziel ist es, Farbe, Glanz, Textur und räumliche Struktur realistisch oder stilisiert wiederzugeben, wobei unterschiedliche Beleuchtungs- und Betrachtungsbedingungen simuliert werden können.

Die Wiedergabe beruht auf mehreren Bausteinen: Geometrie beschreibt Form und Struktur; Materialeigenschaften steuern, wie eine Oberfläche Licht reflektiert oder durchlässt (diffuse und spekulare Reflexion, Subsurface Scattering); Beleuchtung modelliert Lichtquellen, deren Verteilung und Wechselwirkung mit der Szene; und das Kamera- bzw. Displaymodell wandelt die Szene in ein sichtbares Bild über Abtastung, Farbräume, Tonwerte und Gerätecharakteristika.

Materialmodelle umfassen BRDFs (Bidirektionale Reflektanzverteilungsfunktionen), Mikrofacet-Modelle, glanzabhängige sowie diffuse Reflexionen und Subsurface Scattering für durchlässige Materialien wie Haut oder Wachs. In der Praxis wird häufig Physically Based Rendering (PBR) eingesetzt, das konsistente Materialdaten über verschiedene Lichtbedingungen ermöglicht und Realismus mit Effizienz verbindet.

Beleuchtungserfassung und -darstellung berücksichtigen direkte und indirekte Beleuchtung, Umgebungslichter und HDR-Bilder. Farbmanagement, Tonwertmapping und Gamma-Korrektur sorgen dafür, dass Farben auf unterschiedlichen Ausgabegeräten konsistent erscheinen. Zu den Herausforderungen gehören das Messen realer Oberflächen, Metamerie, ausreichende Auflösung, Rechenaufwand und das Balancieren von Realismus und künstlerischer Absicht.

Anwendungen reichen von Computerspielen und virtuellen Prototypen über Filmvisual effects bis hin zur wissenschaftlichen Visualisierung. Oberflächenwiedergabe ist das zentrale Thema moderner Rendering- und Materialstudien.