18 Material & Farbe

Dieser Dialog (Abb. 18.1) wird nach Anwahl des "Material/
Farbe"-Eintrages in der Objekt-Menleiste 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 Verfgung, mit der Sie bestimmen fr 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, mssen 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 fr ein Objekt enth„lt,  ist es
natrlich 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 mssen. 
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 fr 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. Fr die Computer der ST und
STE-Serie sind extra dafr einige Farbs„tze auf der beilie-
genden Diskette hinzugefgt worden.

Material und Texturen:

šber die "Material/Texturen"-Box lassen sich bestimmte
Materialeigenschaften des Objektes einstellen. Darberhinaus
lassen sich Objekte aber auch noch mit einer Oberfl„chentex-
tur versehen. Durch Anw„hlen des <tExtur>-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 <Material>-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 fr 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 fr 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 wrde 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 fr 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 fr den Re-
flektionskoeffizienten benutzt, sondern der Reflektionskoeffi-
zient wird fr 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 fr 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 fr die Oberfl„chenintensit„t.
Bei Realschattierungen ist allerdings auch die Farbe des
transparenten Objektes wichtig fr die Berechnung der Schat-
tierungen. 
Die Rot-,Grn- 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, Grn
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. Fr Objekte, die keine Lichtanteile filtern,
mssen 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, wrden Sie dem Fenster-Objekt die Farbe weiž zuordnen.

Optische Dichte (Brechzahl): Der einzustellende Wert be-
stimmt die optische Dichte des Objektes und ist fr 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
dnneres 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 dnnen Glasfasern herge-
stellt, die eine optisch dnnere 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 fhrt
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 Krmmung 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 <Transparenz>-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 fr 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 berprft 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.