Das Volumen-Rendering ist eine wichtige Technik für visuelle Effekte (VFX) (Englisch) und Animationen (Englisch), mit der Künstler komplexe volumetrische Phänomene wie Rauch, Feuer, Wolken und Nebel mit verblüffender Wirklichkeitstreue erstellen und visualisieren können. Im Gegensatz zum herkömmlichen Oberflächen-Rendern, das mithilfe von Polygonen und Netzen lediglich die Oberflächen von Objekten darstellt, werden beim 3D-Volumen-Rendern die komplexen internen Strukturen und Eigenschaften dieser Phänomene erfasst, was zu beeindruckenden und ansprechenden visuellen Erlebnissen führt. Diese Funktion bedeutet für die Branche einen entscheidenden Fortschritt und ermöglicht die Schaffung von dynamischeren und realistischeren Effekten.
Das Volumen-Rendering umfasst mehrere zentrale Algorithmen, einschließlich Strahlenfang, Texturschnitt und Volumenstrahlenverfolgung:
- Beim Strahlenfang werden virtuelle Lichtstrahlen vom Auge des Betrachters (bzw. dem Brennpunkt der Kamera) durch das Volumen geschickt und Voxel-Beispieldaten erstellt, um Farb- und Opazitätswerte zu akkumulieren.
- Texturschnitte teilt das Volumen in mehrere 2D-Texturen auf, die anschließend verschmolzen werden, um das endgültige Bild zu erzeugen.
- Bei der Volumenstrahlenverfolgung, einer Erweiterung des Strahlenfangs, werden Lichtstrahlen schrittweise durch das Volumen gesandt, um verfeinerte Beispieldaten zu erhalten, wodurch die Renderqualität verbessert wird.
Der entscheidende Unterschied zwischen dem Volumen-Rendering und dem herkömmlichen Oberflächen-Rendering liegt in ihren Ansätzen zur 3D-Datenvisualisierung. Beim Oberflächen-Rendering liegt der Schwerpunkt auf externen Oberflächen. Dabei werden Techniken wie Rasterung und Raytracing verwendet, um diese Oberflächen auf einen 2D-Bildschirm zu projizieren. Im Gegensatz dazu arbeitet das Volumen-Rendering mit volumetrischen Daten, die als 3D-Raster von Voxeln dargestellt werden. Diese Methode ermöglicht die Visualisierung interner Strukturen, wodurch sie für das Rendern halbtransparenter Materialien und volumetrischer Effekte unerlässlich ist.