Credit: TU Wien
Wenn wir unsere Finger in helles Licht halten, schimmern sie am Rand rötlich, weil die Strahlung in die Haut eindringt und dort Streuungseffekte hervorruft. Auf diese Weise bestimmt das Licht aus der Tiefe das Aussehen vieler Objekte mit Lichtdurchlässigkeit. „Man spricht von Sub-Surface-Scattering oder Volumenstreuung”, erklärt Christian Freude. Gemeinsam mit seinen Kollegen arbeitet er am Institut für Computergraphik und Algorithmen der TU Wien an neuen Rendering-Verfahren zur besseren Darstellung dieser Effekte. Auch wenn sie auf den ersten Blick subtil erscheinen mögen, so bestimmen sie offenbar, wie realistisch wir eine Darstellung empfinden. „Die Streuung im Inneren eines Materials ist maßgeblich dafür verantwortlich, dass unterschiedliche Oberflächen für uns so verschieden aussehen: Haut sieht anders aus als Wachs und eine Pflanze wirkt ganz anders als eine Steinoberfläche”, so Freude.
Realistische Lichtstreuung ist eine Herausforderung
Die Darstellung von Volumenstreuung ist eigentlich bereits technisch machbar, aber die bisherigen Methoden haben einen Haken: Sie sind sehr rechenintensiv. „Grundsätzlich kann man natürlich die Streuung des Lichts unter der Oberfläche physikalisch präzise ausrechnen”, sagt Freude. „Doch muss man dafür unzählige Lichtstrahlen simulieren, und es kann Stunden dauern, ein einzelnes Bild zu berechnen.” Aus diesem Grund war es das Ziel der Forscher, einfachere Methoden finden, die einen ähnlichen Effekt in Sekundenbruchteilen erzielen. „Wir haben nach einer eleganten Lösung gesucht, die basierend auf einem bereits berechneten Bild arbeiten kann”, sagt Team-Mitglied Károly Zsolnai.
Dies ist den Forscher nun offenbar geglückt. Sie nannten ihr Lösung „SSSS-Methode” (Separable Subsurface Scattering). Es handelt sich um ein mathematisches Verfahren, das die komplizierte Lichtstreuung fassen kann. „Zunächst berechnet man die Streuung eines einzelnen Lichtstrahls unter der Oberfläche, um daraus ein einfaches Filterprofil zu erstellen, das man dann immer wieder auf die Bilder anwenden kann”, erklärt Freude. „Das Computerbild wird also zunächst mit den herkömmlichen Methoden generiert, um es danach mit unserer SSSS-Methode zu bearbeiten, was die richtige Oberflächendarstellung und -qualität hervorbringt.”
