ShadingVerfahren

ShadingVerfahren ist ein Oberbegriff in der Computergrafik für Techniken, die die Farbe und Helligkeit von Oberflächen anhand von Lichtquellen, Materialparametern und Geometrie berechnen. Ziel ist es, Realismus oder stilistische Effekte je nach Anwendung zu erzeugen.

In der Praxis unterscheidet man oft zwischen Berechnungen pro Vertex (per-Vertex) und pro Pixel bzw. Fragment (per-Pixel). Bei per-Vertex-Verfahren werden Beleuchtungswerte an den Eckpunkten eines Polygons berechnet und über das Polygon hinweg interpoliert. Per-Pixel-Verfahren berechnen die Beleuchtung für jedes Fragment, was in der Regel zu höherer Genauigkeit und Detailreichtum führt.

Historisch verbreitete Shading-Verfahren sind Flat Shading, Gouraud Shading und Phong Shading. Flat Shading verwendet eine einzige Farbe pro Dreieck. Gouraud Shading interpoliert die Vertexfarben über das Flächennetz, während Phong Shading die Normalen an den Flächelementen interpoliert und die Beleuchtung pro Pixel berechnet. Blinn-Phong ist eine Variation des Phong-Modells mit einer anderen Spekularkomponente.

Physisch basierte Shading-Verfahren (PBR) basieren auf realistischen BRDFs (Bidirectional Reflectance Distribution Functions) und Energieerhaltung. Typische Modelle wie Cook-Torrance verwenden metalness- und roughness-Parameter, um das Verhalten von Metallen und Nicht-Metallen zu beschreiben. PBR liefert konsistente Ergebnisse unter unterschiedlichen Licht- und Umgebungsbedingungen und wird in modernen Echtzeit-Engines sowie in der Filmproduktion eingesetzt.

Nicht-photorealistische Shading-Verfahren (NPR) wie Toon- oder Cel-Shading erzeugen stilisierte Konturen und flache Flächen, um einen Cartoon-Look zu erzielen.

Shading-Verfahren beeinflussen auch Zusatztechniken wie Schattenberechnung, Ambient Occlusion und globale Illumination, die zusammen das Gesamtbild einer Szene bestimmen. Die Wahl hängt von Leistungsbedarf, gewünschtem Realismus und dem Anwendungsgebiet ab.