18 Material & Farbe Dieser Dialog (Abb. 18.1) wird nach Anwahl des "Material/ Farbe"-Eintrages in der Objekt-Menleiste aufgerufen. In diesem Dialog k”nnen umfangreiche Einstellungen vorge- nommen werden, um die Oberfl„che jedes einzelnen Objektes zu definieren. Dabei h„ngt es von dem sp„teren Darstellungs- Algorithmus ab, ob auch wirklich alle Oberfl„cheneigenschaf- ten berechnet werden k”nnen. So sind z.B. Spiegelungen und Transparenzen nur im Ray-tracing Modus darstellbar, w„hrend Interpolation oder Textur von allen Darstellungs-Algorithmen berechnet werden k”nnen. (Dazu sp„ter im Kamera-Men mehr.) Der Aufbau des Dialoges: In der linken unteren Ecke steht Ihnen eine Objekt-Auswahl- Box zur Verfgung, mit der Sie bestimmen fr welches Ob- jekt Sie die Materialparameter editieren. Um ein Objekt aus- zuw„hlen, selektieren Sie es einfach mit der Maus. Der Ob- jektname wird dann invers dargestellt und die zu diesem Ob- jekt geh”renden Parameter werden automatisch in die Para- meterfelder eingetragen. Sollte bei Betreten des Dialoges ein Objekt im Objekt Modus markiert sein, so wird dieses als zu editierendes Objekt vor- eingestellt. Ansonsten das erste, das in der Auswahlbox steht. šber der Auswahl-Box befindet sich das Feld in dem Sie alle Materialeigenschaften der Objekte festlegen k”nnen. Die Farbzuweisungen an die einzelnen Objekte erfolgen ber die Farbs„tze, die hier in der gleichen Anordnung wie im Farbmen in der unteren Box eingetragen sind. Befinden Sie sich im monochromen Modus, so werden die ein- zelnen Schattierungen durch verschiedene Musterungen, die Graustufen darstellen sollen, simuliert. In diesem Fall besteht die Farbbox nur aus einem einzigen Farbsatz. Objektfarbe: Um einem selektierten Objekt eine bestimmte Farbe zuzuweisen, mssen Sie lediglich mit der Maus in die Farbsatz-Box gehen und die entsprechende Farbe mit einem Mausklick anw„hlen, so daž der Farbrahmen diese Farbe und diesen Farbsatz markiert. Interessanter sind die folgenden Anmerkungen dazu: Verwen- det man sp„ter im Kameramodus zur Schattierung der Objek- te den Intensit„ten-Modus, in dem ja nur genau die Farb- schattierungen des dem Objekt zugewiesenen Farbsatzes be- nutzt werden, ist folgendes zu beachten: Da ein Farbsatz alle m”glichen Farbschattierungen fr ein Objekt enth„lt, ist es natrlich sinnvoll immer die erste und hellste Schattierung ei- nes Farbsatzes anzuw„hlen, da dann alle Schattierungen des Farbsatzes zur Darstellung benutzt werden k”nnen. Benutzt man z.B. einen Farbsatz mit 7 Rotschattierungen und weist einem Objekt die drittletzte Rotschattierung zu, so werden zur Darstellung auch nur die letzten 3 Schattierungen benutzt. Soll einem Objekt aber eine gl„nzende Oberfl„che zugewiesen werden, so ist es von Vorteil, dem Objekt eine dunklere Farbe des Farbsatzes zuzuweisen, da bei Glanz- punktberechnung immer der ganze Farbsatz benutzt wird. Das liegt daran, daž ein K”rper ohne Glanz, dem die dritt- letzte Farbschattierung eines Farbsatzes zugewiesen wird, auch nie heller als diese Farbe werden kann. Die vorderen helleren Farben werden also nicht angesprochen. Ein K”rper, der zus„tzliches Licht durch Glanzeigenschaften reflektiert, kann dagegen auch auf die helleren Schattierungen zugreifen. Sollen die Objekte sp„ter im "Real"-Schattierungsmodus dar- gestellt werden, spielen vorherige Gedanken keine Rolle. Ausgehend von der dem Objekt zugewiesenen Farbe werden alle anderen Schattierungen des K”rpers genau ausgerechnet. Sie k”nnen Ihrem Objekt also eine beliebige Farbe Ihres Farbsatzes zuweisen, ohne auf die Schattierungen des Farb- satzes achten zu mssen. So k”nnten Sie z.B. auch den gleichen Farbsatz benutzen, um einem Objekt z.B. eine blaue und einem anderen Objekt eine rote Farbe zuzuweisen. Farbverl„ufe innerhalb eines Farbsat- zes w„ren also fr die sp„tere Berechnung des Bildes bedeu- tungslos. Da z.B. bei Spiegelungen, Transparenzen und Glanzreflektio- nen das Licht, das ein Objekt reflektiert, immer eine Mi- schung aus Objektfarbe und einfallender Lichtfarbe ist, k”n- nen wirklich realistische Bilder nur im Realschattierungs-Mo- dus entstehen. Allerdings ist das Arbeiten mit Realschattierungen erst ab 256 Farben sinnvoll. Wird mit nur 16 Farben gerechnet, ist die In- tensit„tsschattierung zu empfehlen. Um dennoch realistische Spiegelungen und Transparenzen darzustellen, ist es dann al- lerdings enpfehlenswert, mit nur einem Farbsatz zu arbeiten, der dadurch feinere Schattierungsabstufungen bieten kann, „hnlich einem Graustufenbild. Fr die Computer der ST und STE-Serie sind extra dafr einige Farbs„tze auf der beilie- genden Diskette hinzugefgt worden. Material und Texturen: šber die "Material/Texturen"-Box lassen sich bestimmte Materialeigenschaften des Objektes einstellen. Darberhinaus lassen sich Objekte aber auch noch mit einer Oberfl„chentex- tur versehen. Durch Anw„hlen des -Buttons wird der Inhalt dieser Box ausgetauscht und Sie k”nnen die Texturpa- rameter editieren (Abb 19.1). Um wieder zu den Materialein- stellungen zu gelangen, w„hlen sie den -Button. Folgende Parameter k”nnen im Materialdialog editiert wer- den: Glanz: šber die Parameterbox l„žt sich ein Wert von 1-25 einstellen, der die St„rke, mit der ein reflektierendes Objekt gl„nzt, angibt. Ein Glanzpunkt l„žt sich aber nur berechnen, wenn das Objekt auch einen gewissen Reflektionskoeffizien- ten hat, der im n„chsten Parameter eingestellt wird. Reflektion: Dieser Wert (0-1) gibt an, wieviel Licht von ei- nem Objekt spiegelnd reflektiert wird und ist damit von ent- scheidender Bedeutung fr die Spiegeleigenschaften. Wird ein Bild im Realfarbmodus errechnet und hat ein spie- gelndes Objekt z.B. einen Reflektionswert von 0.7, dann wer- den auch nur 70% des von anderen Objekten oder Lichtquellen einfallenden Lichtes reflektiert. Metallische Objekte z.B. ha- ben im allgemeinen einen sehr hohen Reflektionswert von 90% und mehr. Sollten Sie Spiegelungen im Intensit„tsmodus berechnen las- sen wollen, wo keine reellen Mischfarben m”glich sind, wird eine mittlere Intensit„t aller Spiegelungen errechnet und als Objektfarbe die Farbe des zuletzt reflektierten Objektes ver- wendet. Dies ist im allgemeinen eine ziemlich schlechte An- n„herung an eine Spiegelung. Wenn Sie zu wenig Farben ha- ben um die Bilder in reellen Schattierungen berechnen zu las- sen, sollten Sie zwar die Intensit„tsschattierungen benutzen, aber nur einen Farbsatz in feinen Abstufungen. Damit lassen sich dann auch hervoragende Spiegelungen und alle anderen Effekte realisieren. Spiegelungen sind generell nur im Ray-tracing-Verfahren be- rechenbar. In den anderen Darstellungsverfahren, sind die Einstellungen fr Glanz und Reflektionseigenschaften aber dennoch von Bedeutung, denn Spiegellungen von Lichtquellen, die einen sogenannten Glanzpunkt auf einem Objekt erzeugen, sind relativ leicht zu berechnen und in jedem Darstellungsver- fahren integriert worden. Transparenz: Dieser Wert (0-1) gibt bei transparenten K”r- pern das Verh„ltnis von Oberfl„chenreflektion zu Transparenz an, also zu wieviel Prozent das Objekt wirklich durchsichtig ist. Ein Wert von 0.7 wrde z.B. folgendes bedeuten: 70% der Oberfl„chenintensit„t des Objektes wird aus dem Lichtanteil bestimmt, der von hinten durch das Objekt durchscheint. Die restlichen 30% werden durch die Objektfarbe und Reflektion- seigenschaften des Objektes bestimmt. Je mehr sich dieser Wert also der 1 n„hert, um so transparenter wirkt das Objekt und ein Wert nahe um 0 macht das Objekt weitgehend lich- tundurchl„ssig. Hinzu kommt noch der Intensit„tsanteil, der durch Spiegelung entsteht, falls die Spiegelung fr dieses Objekt eingeschaltet ist. Die Spiegelung auf transparenten Objekten ist allerdings etwas komplizierter zu berechnen als bei undurchsichtigen K”rpern. Dabei wird nicht der vorgegebene Wert fr den Re- flektionskoeffizienten benutzt, sondern der Reflektionskoeffi- zient wird fr jeden Punkt auf der Oberfl„che neu berechnet. Das h„ngt damit zusammen, daž bei transparenten Objekten der Anteil des reflektierten Lichtes vom Winkel, unter dem das Licht einf„llt, und von der Brechzahl des Objektes ab- h„ngt. Wenn Sie z.B. direkt vor einer Schaufensterscheibe stehen, so werden Sie verh„ltnism„žig wenig Spiegelung auf der Scheibe sehen. (Bei Glas und senkrechtem Lichteinfall etwa 4%). Wenn Sie dagegen von einem sehr steilen Winkel auf die Glasscheibe sehen, nimmt die Spiegelungsf„higkeit rapide zu und die Scheibe wirkt beinahe wie ein perfekter Spiegel. Je h”her der Unterschied in der Brechzahl der beiden Medien, also meistens der Unterschied der Brechzahl der Luft und der des Objektes, umso h”her der Spiegelungskoeffizient. Ein transparentes Objekt, das die gleiche Brechzahl hat wie die Umgebung (Bei Luft ungef„hr 1), hat keine Spiegeleigen- schaften. Der Spiegelungskoeffizient muž allerdings auch bei transparenten Objekten eingestellt werden, da Glanzpunkte durch Lichtquellen weiterhin mit seiner Hilfe berechnet wer- den. Transparenz kann nur sinnvoll verwendet werden, wenn min- destens 256 verschiedene Farben im Realfarbmodus einge- setzt werden k”nnen, oder wenn Sie bei nur 16 Farben einen einheitlichen Farbsatz und Intensit„tsschattierungen verwen- den. Verwenden Sie z.B. verschiedene Farbs„tze bei Intensi- t„tsschattierungen, so ist es fr das Programm schwer, zu entscheiden, ob es nun den Farbsatz des farbigen, transparen- ten Objektes verwenden soll, oder den des durchscheinenden, oder etwa den des sich im transparenten Objekt spiegelnden Objektes. Bei Intensit„tsschattierungen ist einzig und allein der Trans- parenzwert ausschlaggebend fr die Oberfl„chenintensit„t. Bei Realschattierungen ist allerdings auch die Farbe des transparenten Objektes wichtig fr die Berechnung der Schat- tierungen. Die Rot-,Grn- und Blauanteile sind einerseits wichtig, um den undurchsichtigen Anteil der Oberfl„che zu schattieren, wirken andererseits aber auch als Lichtfilter. Je h”her der In- tensit„tsanteil der betreffenden Farbkomponente, um so mehr Licht wird in dieser Farbe durchgelassen. Nehmen wir z.B. ein Objekt mit den Farbanteilen: Rot 1, Grn 0.5, Blau 0 und dem Transparenzwert 1, also v”llig durchsich- tig. Trifft nun ein Lichtstrahl von hinten durch das Objekt, so wird der Rotanteil des Lichtes v”llig durchgelassen, der Gr- nanteil nur zur H„lfte und die blaue Komponente des Licht- strahls wird v”llig absorbiert. Daraus ergibt sich die charakte- ristische Farbe des transparenten Objektes, die der eingestell- ten Farbe entspricht. Sie brauchen sich also keine grožen Gedanken um die einzel- nen Farbanteile und deren Filtereigenschaften zu machen, sondern Sie brauchen dem Objekt einfach nur eine geeignete Farbe zuweisen. Fr Objekte, die keine Lichtanteile filtern, mssen Sie also die RGB-Werte m”glichst auf einen sehr ho- hen Anteil einstellen, was auch einer sehr hellen Farbe ent- spricht. Um z.B. ein durchsichtiges klares Fenster zu erhal- ten, wrden Sie dem Fenster-Objekt die Farbe weiž zuordnen. Optische Dichte (Brechzahl): Der einzustellende Wert be- stimmt die optische Dichte des Objektes und ist fr die Bre- chung des Lichtstrahls in transparenten Objekten von Bedeu- tung. Ein Wert von 1 entspricht ungef„hr dem Wert von Luft, so daž keine nennenswerte Brechung des Sehstrahls auftritt. Der Brechungswert in Wasser dagegen liegt ungef„hr bei 1.33. Bei dem Eintritt eines Lichtstrahls in ein Medium unter- schiedlicher optischer Dichte kann das Ph„nomen der Total- reflektion auftreten. Wechselt ein Lichtstrahl von einem dichten in ein optisch dnneres Medium und berschreitet der Einfallswinkel des Lichtes einen bestimmten materialabh„ngigen Winkel, so wird das Licht v”llig reflektiert. In geschlossenen K”rpern kann es deshalb auch innerhalb des K”rpers zu Totalreflektionen kom- men. Z.B. werden Lichtleiter aus dnnen Glasfasern herge- stellt, die eine optisch dnnere Schicht an der Oberfl„che enthalten und so durch Totalreflektion des Lichtimpulses an der Auženwand ihre Information weiterleiten. Bei geschlossenen Objekten wird der Austrittspunkt des ge- brochenen Sehstrahls automatisch in einem Arbeitsgang mit- berechnet, um wertvolle Rechenzeit zu sparen. Wenn Sie also ein transparentes geschlossenes (z.B. Quader, Kugel) und ein undurchsichtiges Objekt zum šberlappen brin- gen, dann werden Sie im Inneren des transparenten Objektes keine Teile des undurchsichtigen Objektes erkennen k”nnen. Treten innerhalb des K”rpers Totalreflektionen auf, so werden bis zu 2 zus„tzliche Reflektionen mitberechnet, unabh„ngig davon ob Spiegelung eingestellt ist oder nicht. Danach wird der Strahl auf jeden Fall in die Freiheit entlassen. Einige Brechzahlen: Luft 1 Wasser 1.33 Glas 1.5 - 1.9 Steinsalz 1.54 Diamant 2.47 Mit den folgenden Buttons k”nnen Sie einige Eigenschaften eines Objektes ein oder ausschalten: Interpolation: Mit diesem Button legt man fest, ob die Objekt- oberfl„che bei der Darstellung im Kameramodus interpoliert werden soll. Die Interpolation hat den Effekt, daž die Oberfl„che eines Objektes rund wirkt. Vor allem bei Rotationsk”rpern fhrt dies zu einer sehr viel realistischeren Darstellung. Dabei ist folgendes zu beachten: Wenn Sie im Rotationsk”r- permen z.B. eine Kugel berechnen lassen, die aus relativ wenigen Punkten und Segmenten besteht, so stellen Sie sp„- ter bei der Darstellung folgendes fest: 1. Die Kugel wird nur aus dreieckigen, gut erkennbaren Facet- ten angen„hert. 2. Der Umriss der Kugel ist nicht rund, sondern hat durch die facettenweise Darstellung Ecken. Lassen Sie den gleichen K”rper jetzt mit Hilfe von Interpola- tion darstellen, so ergibt sich folgendes Bild: Bei der Berechnung der Helligkeitswerte einer Facette des Objektes wird eine Krmmung errechnet, die sich aus der Oberfl„chennormale (senkrecht auf der Facette stehender Vektor) der betroffenen Facette und den Oberfl„chennormalen der sie umgebenden Facetten errechnet wird. Dadurch ergibt sich das Bild eines abgerundeten K”rpers. Da aber weiterhin nur die vorhandenen Facetten schattiert werden, bleibt der Umriss des K”rpers immer erhalten. Der Unterschied ist noch einmal in Abb. 18.2 dargestellt. Spiegel: Ist diese Option eingeschaltet, so werden bei der sp„teren Darstellung des Objektes im Raytracingmodus Ober- fl„chenreflektionen miteinberechnet, so daž sich andere Ob- jekte und Lichtquellen in diesem Objekt spiegeln. Ist diese Option ausgeschaltet, so werden bei der sp„teren Berechnung nur Lichtreflektionen von Lichtquellen verwendet (s.o.). Transparenz: Wenn der -Button selektiert ist, so wird das Objekt sp„ter im Ray-tracing Modus als transpa- rentes Objekt dargestellt. Konvex: Mit Hilfe dieses Buttons teilen Sie dem Programm mit, ob das Objekt eine konvexe Oberfl„che hat. Objekte mit konvexen Oberfl„chen haben folgende Eigen- schaft: W„hlt man zwei beliebige Punkte im inneren des Ob- jektes und verbindet diese dann, so entsteht eine Gerade, die in keinem Punkt die Objektoberfl„che schneidet. Solche Objekte sind z.B. Ellipsoide, Prismen, Quader, Zylin- der etc.. Die Tatsache, ob ein Objekt eine konvexe Oberfl„che hat oder nicht, ist nur fr die sp„tere Darstellung des Objektes im Ray-tracing Modus wichtig, und zwar wenn Schattenwurf, Transparenz oder Spiegellungen berechnet werden sollen. Bei einem unregelm„žig geformten Objekt k”nnen z.B. auch Spiegelungen des Objektes in sich selbst auftreten oder das Objekt wirft auf Teile seiner eigenen Oberfl„che Schatten. Bei einer konvexen Objektoberfl„che kann das nicht passieren und da ein Objekt immer aus vielen einzelnen Facetten auf- gebaut ist, kann man eine Menge Rechenzeit sparen, wenn man dem Programm mitteilt, ob die Objektoberfl„che konvex ist oder nicht. Bei der Berechnung der Spiegelungen, Bre- chungen und Schatten berprft das Programm nur bei nicht konvexen Objekten ob sie einen Schatten auf sich selbst wer- fen, ob sich Teile des Objektes in anderen Teilen des glei- chen Objektes wiederspiegeln oder ob letztendlich ein gebro- chener Austrittsstrahl wieder in das gleiche Objekt eintreten k”nnte. teXtur: Wenn dieser Button eingeschaltet ist, so wird das Ob- jekt bei der Darstellung mit einer mathematischen Oberfl„- chentextur versehen.