voxelbasierte

Voxelbasierte Ansätze bezeichnen die Repräsentation dreidimensionaler Räume als regelmäßiges Gitter aus Voxel (Volumenpixel). Jedes Voxel entspricht einem kleinsten dreidimensionalen Raumvolumen und kann Eigenschaften wie Dichte, Farbe oder Material speichern. Im Gegensatz zu polygonbasierten Oberflächenmodellen ermöglichen voxelbasierte Darstellungen eine direkte Volumenbeschreibung von Innenstrukturen und sind besonders geeignet für Anwendungen, in denen Transparenz, innere Strukturen oder Boolesche Operationen wichtig sind. Die Technik findet sich in der medizinischen Bildgebung, wissenschaftlichen Visualisierung, Geologie sowie in voxelbasierten Computerspielen und Werkzeugen zur Modellierung.

Voxelisierung ist der Prozess der Umwandlung einer Geometrie oder eines Signals in ein Voxelgitter. Die Wahl der Gitterauflösung bestimmt Detailgrad und Speicherbedarf. Häufig verwendete Datenstrukturen reichen von dichten Voxel-Gittern bis zu sparsamen Repräsentationen wie Sparse-Voxel-Octrees (SVO) oder Hash-Volumenstrukturen, die große, leere Bereiche effizient speichern.

Beim Rendering kommen volumetrische Ansätze zum Einsatz, etwa Ray Casting oder Ray Marching durch das Voxelvolumen. Real-Time-Verfahren wie voxel-cone-tracing liefern globale Beleuchtung und Schatten in voxelbasierten Pipelines. Typische Anwendungen umfassen medizinische Visualisierung, Scientific Visualization, Geowissenschaften sowie voxelbasierte Spielelandschaften und kreative Werkzeuge.

Zu den Vorteilen zählen robuste Boolesche Operationen, einfache interne Strukturen und skalierbare Detaillevel. Zu den Herausforderungen gehören hoher Speicherbedarf bei dichten Gittern, Aliasing und begrenzte Photorealistik im reinen Volumenrendering. Gegenwärtig arbeiten Forscher an effizienteren Speicherformen, schnelleren Rendertechniken und besseren Hybrid-Ansätzen, die voxelbasierte Modelle mit polygonalen Ansätzen kombinieren.