Was ist 3D-Rendering und wie funktioniert es?

3D-Rendering ist aus der modernen Geschäftswelt nicht mehr wegzudenken, denn es erlaubt Ihnen, auf einfache und kostengünstige Art ein Produkt fotorealistisch zu visualisieren. Dadurch findet es in fast allen Industrien eine sinnvolle Anwendung, von der Architektur hin zum Designbüro und dem produzierenden Gewerbe. Denn auch in diesen Bereichen hat die Digitalisierung bereits Einzug gehalten, und infolgedessen ganz neue Möglichkeiten erschaffen.

Wir erklären Ihnen in diesem Artikel im Detail, was 3D-Rendering ist und welche Vorteile es Ihnen bieten kann. Denn heutzutage können Sie als Unternehmen von einem gezielten Einsatz dieser neuen Technologie ganz erheblich profitieren.

Was versteht man unter 3D-Rendering?

Das 3D-Rendering bezeichnet die tatsächliche Visualisierung einer Zeichnung, eines Modells oder eines Designs. Heute beginnen diese Vorgänge in der Industrie üblicherweise mit einer Skizze sowie CAD-Zeichnung, bei der alle Daten, Maßstäbe und sonstigen Spezifikationen eines Produkts oder Designs im Detail erfasst und abgebildet werden. Doch obwohl eine CAD-Software bereits in 3D arbeitet, gleicht das Ergebnis zunächst nur einem Entwurf.

Eine 3D-Rendering-Software kann diesen Entwurf dann visualisieren und einen sogenannten digitalen Zwilling daraus erstellen. Moderne 3D-Render-Programme können dabei letztlich auch alle Details wie Material, Umwelt und Schattierungen darstellen, damit das Endergebnis originalgetreu begutachtet werden kann. Das CAD-Modell dient dabei als Basis, deswegen spricht man in solchen Fällen auch oft von CAD-Rendering.

Rendering-Verfahren

Es gibt im Wesentlichen zwei Verfahren, die es ermöglichen, 3D-Modelle zu rendern bzw. zu visualisieren. Diese unterscheiden sich vom Zeitpunkt und Zeitraum, in dem der eigentliche Prozess stattfindet. Deswegen spricht man auch zum einen vom Offline-Rendering sowie vom Echtzeit-Rendering.

Offline-Rendering

Beim sogenannten Offline-Rendering findet der Render-Prozess vorab statt und das Ergebnis wird praktisch aufgezeichnet bzw. abgespeichert. Der Begriff Offline kann dabei etwas verwirrend wirken, denn er hat nichts mit dem Internet zu tun. Er beschreibt in diesem Fall nämlich vorrangig, dass die Ergebnisse auf Abruf bereitstehen und der Prozess dahinter bereits abgeschlossen ist.

Diese Technik kann mit Abstand die besten Ergebnisse liefern, weil leistungsstarke Systeme sich praktisch unendlich viel Zeit nehmen können, um den Rendering-Prozess abzuschließen. Ein beliebtes Beispiel sind hierbei die CGI-Effekte in aufwendigen Hollywood-Filmen, bei denen das Rendering mitunter Tage dauern kann, und das nur für eine einzige Szene.

Echtzeit-Rendering

Das Gegenstück dazu bietet das Echtzeit-Rendering, das die Modelle und Vorgaben im Augenblick der Betrachtung in Echtzeit rendert. Dieses Verfahren kommt demnach auch ohne eine lange Wartezeit aus und eignet sich besonders gut für interaktive Modelle oder Inhalte, die auf eine Eingabe reagieren müssen. Hier kann das Ergebnis nicht ganz an die Qualität des Offline-Renderings heranreichen, doch besonders in den vergangenen Jahren gab es, dank der ständigen Weiterentwicklung dieser Technologien, immer wieder große Sprünge.

Ein klassisches Beispiel für Echtzeit-Rendering findet man bei Videospielen, die als interaktive Inhalte dadurch erst möglich gemacht werden. Sobald eine Eingabe durch den Spieler erfolgt, berechnet der Computer in Echtzeit das neue Bild und zeigt die neue Situation an. Die Berechnung im Hintergrund ist dabei so schnell, dass es keine Verzögerung beim Spielfluss gibt.

Eine weitverbreitete Echtzeit-Rendering-Lösung ist KeyShot. KeyShot ist seit der Version ST7 auch in die CAD-Software Solid Edge integriert und setzt standardmäßig auf einen Echtzeit-Renderer, wodurch jede neue Zuweisung (z. B. von Material) dargestellt wird und sofort überprüft werden kann. Die Einstellungsmöglichkeiten sind für jeden Nutzer überschaubar angeordnet. Zudem bietet die Bibliothek eine große Auswahl an Materialien, Texturen und Farben.

Die wichtigsten Rendering-Techniken

Abgesehen von Rendering-Verfahren gibt es aber auch verschiedene Rendering-Techniken, die bei dem aufwendigen Prozess zum Einsatz kommen. Dazu gehören im Wesentlichen das Scanline-Rendering sowie die etwas neueren Technologien Raytracing und Radiosity.

Scanline-Rendering

Das Rendering setzt oft Bilder aus einzelnen Pixeln zusammen, was sehr aufwendig sein kann und lange dauert. Beim Scanline-Rendering-Verfahren werden hingegen ganze Polygone Linie für Linie umgewandelt, also ganze geometrische Objekte am Stück. Das macht diese Technik vergleichsweise schnell und damit besonders interessant für das Echtzeit-Rendering.

Weitere Geschwindigkeitsvorteile verschafft sich diese Technik durch die Vorberechnungen von Beleuchtung und Schatten. Diese sind nämlich am aufwendigsten zu berechnen und können somit den Render-Prozess verlangsamen. Moderne Systeme bzw. Grafikkarten schaffen heutzutage dank Scanline-3D-Rendering-Software auch anspruchsvolle Inhalte bei über 60 Bildern pro Sekunde in Echtzeit.

Raytracing

Diese Technik ist zwar älter, als die meisten glauben, doch derzeit ist sie aufgrund neuster Grafikkarten, Spiele-Konsolen und fotorealistischer Videospiele in aller Munde. Denn Raytracing erlaubt eine unglaublich hohe Qualität bei der Berechnung und Visualisierung von Lichtstrahlen, Reflexionen und Schattierungen. Die aufwendige Berechnung übernehmen komplexe Algorithmen, die dann das Ergebnis auf den Bildschirm zaubern.

Doch die Technik ist andererseits auch entsprechend leistungshungrig. Nur neueste Computer mit entsprechender Grafikkarte schaffen diese Form der 3D-Visualisation in Echtzeit, sonst dauert die Berechnungszeit einfach zu lange. Das ist also auch der große Nachteil gegenüber dem eher schnellen Scanline-Rendering.

Radiosity

Eine weitere Technik, die sich mit der Berechnung von Lichtstrahlen und Schattierungen befasst, ist Radiosity. Sie kann als sinnvolle Ergänzung zu Raytracing dienen, um eher statische Lichtquellen darzustellen, die keine so dynamische Reaktionsfähigkeit benötigen. Denn aufgrund der blickpunktunabhängigen Berechnung können damit Ressourcen geschont werden.

Allerdings bedarf es aber einer eher zeitaufwendigen Vorausberechnung, bevor die Szene überhaupt erst sichtbar wird. In der Regel kommen heutzutage aber nicht selten alle drei Techniken zum Einsatz. So dient das Scanline-Rendering als Basis für ein Bild, während Raytracing und Radiosity die Berechnungsgrundlage für Licht, Reflexionen und Schatten übernehmen.

Unterschiede zwischen 3D-Rendering und 3D-Visualisierung

Im Grunde genommen gibt es keinen formalen Unterschied zwischen den beiden Begriffen, sie können sich aber bei ihrer Ausführung unterscheiden. Man spricht auch oft von 3D-Visualisierung, um zu unterstreichen, dass etwa ein CAD-Modell möglichst detailliert und realistisch dargestellt werden soll. Hierfür werden sogar verschiedene Materialien, Situationen und Umgebungen simuliert.

Besonders beliebt ist die 3D-Visualisierung bei Produkten in verschiedenen Ausführungen in unterschiedlichen Situationen. Klassische Beispiele findet man hierbei oft im Immobilienbereich, entweder von Häusern als Komplettmodell oder von der dazugehörigen Inneneinrichtung. Damit können Architekten ihren Kunden vorab ein visuell anschauliches Modell präsentieren, das alle Daten und Vorgaben berücksichtigt. Ebenso haben Produktionsbetriebe und Hersteller die Möglichkeit, Bauteile, Designs oder sogar die Maschinenausstattung in der eigenen Produktionshalle zu visualisieren, noch bevor diese aufgestellt wurden.

Vorteile von 3D-Rendering

Das 3D-Rendering kann als sinnvoller Schritt nach der Erstellung eines Modells oder Designs erfolgen, um das mögliche Ergebnis vorab noch besser visualisieren zu können. Daraus ergeben sich für Nutzer bzw. Unternehmen auch erhebliche Vorteile:

Ersteindruck des Endprodukts: Ein CAD-Modell kann zwar bereits einen guten ersten Einblick geben, doch es wirkt immer noch vergleichsweise abstrakt. Reichert man dieses beispielsweise mit simulierten Materialien an, kann man sich einen wesentlich besseren Eindruck des Endprodukts verschaffen.
Kostengünstige Alternative zur Herstellung: Um Produkte für Kunden oder Werbung visualisieren zu können, müssen diese nicht mehr hergestellt und in Szene gesetzt werden. Ein 3D-Rendering übernimmt diese Aufgabe im Handumdrehen.
Unabhängig von äußeren Einflüssen: Sie erhalten zu jeder Zeit und bei jedem Wetter das gewünschte Ergebnis. Genaue Farben, Lichter, Schatten und Tageszeiten lassen sich jederzeit exakt simulieren, um Produkte sprichwörtlich im besten Licht erscheinen zu lassen.
Flexibel einsatz- und anpassbar: Gewünschte und benötigte Änderungen lassen sich schnell in der CAD-Software umsetzen und per 3D-Render wieder neu visualisieren. Dank moderner Hardware dauert das heutzutage nur einen Bruchteil der Zeit, die es früher noch beansprucht hätte.

Fazit: CAD-Software als Basis für das 3D-Rendering

3D-Rendering wird auch für Unternehmen in allen Bereichen immer wichtiger, um Produkte möglichst realistisch visualisieren zu können. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile, so zum Beispiel bei der Produktentwicklung oder der Vermarktung. Die Grundlage eines jeden Industriebetriebs ist dabei jedoch eine leistungsstarke CAD-Software, die Ihnen hilft, alle Rohdaten und Maßstäbe exakt zu erfassen. Anschließend lassen diese sich dann dank des D3-Render-Programms am Computer im Handumdrehen visualisieren.

PBU CAD-Systeme ist ein langjähriger Experte im Bereich von CAD-Software und Visualisierung. Wir helfen Ihnen dabei, 3D-Rendering in Ihrem Unternehmen erfolgreich einzusetzen, um von den daraus entstehenden Vorteilen profitieren zu können. Unser kostenloser Videokurs zur leistungsstarken Echtzeit-Rendering-Lösung KeyShot gibt einen ersten Eindruck in die 3D-Visualisierung.