Raytracer Show

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Dieses Applet demonstriert die Arbeitsweise eines Raytracers. Die Szene und das resultierende berechnete Bild werden dargestellt. Die abgeschickten Strahlen werden in der Szene sichtbar und die Blickrichtung und -position können verändert werden.
Die Szene
Drehung der Szene
  • Halten Sie die linke Maustaste gedrückt und bewegen Sie die Maus: Eine waagrechte Bewegung dreht die Szene um die y-Achse, eine senkrechte führt zu einer Drehung um die x-Achse.
Zoomen der Szene
  • Halten Sie die rechte Maustaste gedrückt und bewegen Sie die Maus: Bewegen Sie die Maus nach oben, dann entfernen Sie sich von der Szene, sie wird also zunehmend kleiner dargestellt. Bewegen Sie die Maus nach unten, so bewegt sich die Kamera auf die Szene zu, dies hat einen Vergrößerungseffekt.
Originalansicht
  • Bei Betätigen dieses Knopfes werden sämtliche Drehungen und Vergrößerungen der Szene zurückgenommen und die ursprünglichen Kameraeinstellungen wieder gültig.
Szene
  • Über dieses Auswahlmenü können Sie die gewünschte Szene einstellen.
Beschreibung
  • Mit diesem Knopf können Sie ein kleines Fenster öffnen, das die grundlegenden Eigenschaften der Körper der Szene angibt.
Das berechnete Bild
Gewählter Bildpunkt
  • Hier können Sie einen neuen Bildpunkt anwählen, durch den der nächste Primärstrahl dann gehen wird.
Das Bild
  • Sie können durch einfaches Anklicken einen neuen Bildpunkt einstellen. Auf diese Weise kann man leicht interessante Gebiete des Bildes (z.B. mit Schatten oder Reflexionen) anwählen.
Weitere Bedienelemente
Maximale Rekursionstiefe
  • Mit diesem Auswahlmenü können Sie die maximale Rekursionstiefe festlegen. Die maximale Rekursionstiefe erhöht bei einer vollständigen Berechnung eines Bildes (hier nicht möglich) den Rechenaufwand im schlimmsten Fall exponential (Verdoppelung pro zusätzlicher Rekursion bei spiegelnden, transparenten Flächen).
Aktuelle Rekursionstiefe
  • Diese Zeile gibt die aktuelle Rekursionstiefe an.
Nächster Schritt
  • Mit diesem Knopf können Sie den nächsten Berechnungsschritt anstoßen. Sind für den gewählten Bildpunkt sämtliche Berechnungsschritte durchgeführt worden, wird er deaktiviert. Bei Anwahl eines neuen Bildpunktes, bei einem Neustart (siehe unten) oder bei Erhöhung der maximalen Rekursionstiefe (siehe oben) wird er gegebenenfalls wieder aktiviert.
Neustart
  • Bei Betätigen dieses Knopfes starten Sie die Berechnung für den angewählten Bildpunkt neu.
1. Schritt: Der Primärstrahl
Zunächst sehen Sie in der Darstellung der Szene eine Kugel, eine Glühbirne, die eine Punktlichtquelle darstellt und eine braune Pyramide, die die Kamera verbildlicht. Weiter sehen Sie durch ein blaues Rechteck dargestellt die Bildebene und einen roten Strahl, der aus der Kamera austritt. Dies ist der Primärstrahl, der durch den angewählten Bildpunkt in der Bildebene geht.
2. Schritt: Schattenstrahlen
Drücken Sie nun einmal auf Nächster Schritt. Zusätzlich zu dem roten Primärstrahl erscheint jetzt ein grüner Schattenstrahl, der in der stilisiert dargestellten Lichtquelle endet. Dieser Schattenstrahl wird benötigt um festzustellen, ob Licht von dieser Quelle einen Einfluß auf den Ursprung des Schattenstrahls hat.
3. Schritt: Ende der Berechnung
Drücken Sie ein weiteres Mal den Knopf Nächster Schritt. Nun verschwinden der Primär- und der Schattenstrahl. Die Kugel dieser Szene ist weder transparent noch spiegelnd, also gibt es weder transmittierte noch reflektierte Strahlen. Dieser Bildpunkt ist also vollständig berechnet.
4. Schritt: Transmittierte Strahlen
Stellen Sie nun Szene 2 ein und drücken Sie zweimal Nächster Schritt. Nach dem schon bekannten grünen Schattenstrahl erscheint ein kurzer magentafarbener Strahl, der in die große Kugel hineingeht und die kleine innere Kugel trifft. Dies ist ein transmittierter Strahl. Wie im fertig berechneten Bild zu sehen ist, ist die große Kugel etwas transparent.
5. Schritt: Reflektierte Strahlen
Wechseln Sie nun zu Szene 4 und stellen Sie den Bildpunkt (88, 30) ein. Drücken Sie wieder zweimal Nächster Schritt. Nun erscheint ein blauer Strahl, der von der Pyramide zur Kugel geht. Dies ist ein reflektierter Strahl. Wie im fertig berechneten Bild zu sehen ist, spiegeln sich die Kugel und die Pyramide gegenseitig. Wenn Sie die Berechnung dieses Bildpunktes fortsetzen, werden Sie sehen, daß dieser Strahl wieder auf die Pyramide zurückreflektiert wird.
6. Schritt: Wir wandern
Gehen Sie nun zu Szene 3, wählen Sie Bildpunkt (105, 50) an und stellen Sie Rekursionstiefe 7 ein. Gehen Sie nach und nach alle Berechnungsschritte durch und beobachten Sie genau was passiert. Die Reflexionen des transmittierten Strahls umkreisen innerhalb der großen Kugel die kleinere Kugel. Was würde passieren, wenn die Anzahl der Rekursionen nicht begrenzt wäre?
7. Schritt: Freies Spiel
Spielen Sie mit dem Applet. Suchen Sie sich insbesondere im fertig berechneten Bild interessante Punkte aus und beobachten Sie die Strahlen in der Szene. Drehen, vergrößern und verkleinern Sie die Szene um die Situationen vollständig erkennen zu können.