Rendering

Ein Computer speichert eine dreidimensionale Szene nicht als Bild, sondern als Zahlen. Da steht zum Beispiel, wo die Ecken eines Objekts liegen, welche Farbe seine Oberfläche hat und von wo eine Lampe leuchtet. Ein Bildschirm kann damit nichts anfangen. Er zeigt nur ein Raster aus Millionen winziger Farbpunkte, den Pixeln. Rendering ist der Rechenschritt, der aus den Zahlen genau dieses Punktraster macht. Man kann es sich vorstellen wie einen Fotografen, der eine aufgebaute Szene knipst: Der Aufbau existiert schon, das Bild entsteht erst durch die Aufnahme.

Warum jedes Spiel und jeder Film davon abhängt

Alles, was auf einem Bildschirm bewegt und dreidimensional aussieht, muss gerendert werden. Bei einem Videospiel passiert das während du spielst. Damit die Bewegung flüssig wirkt, braucht es mindestens 30 fertige Bilder pro Sekunde, bei schnellen Spielen eher 60 oder mehr. Der Computer hat also weniger als eine Fünfzigstelsekunde Zeit pro Bild. Das ist der Grund, warum Grafikkarten so teuer und so leistungsstark sind.

Bei Animationsfilmen gilt das Gegenteil. Dort darf ein einzelnes Bild auch Stunden dauern, weil niemand darauf wartet. Große Studios lassen deshalb ganze Rechenzentren wochenlang laufen, sogenannte Renderfarmen. Der Unterschied heißt Echtzeit-Rendering gegenüber Offline-Rendering. Beide machen dasselbe, aber mit völlig verschiedenen Zeitbudgets und deshalb sehr unterschiedlicher Bildqualität.

Wirtschaftlich ist Rendering ein erheblicher Kostenfaktor. Rechenzeit kostet Strom und Hardware. Wenn ein Verfahren dieselbe Bildqualität mit halbem Aufwand erreicht, spart ein Studio direkt Geld. Deshalb tauchen Rendering-Techniken regelmäßig in Quartalsberichten von Chipherstellern auf.

Von der Dreiecksliste zum fertigen Pixel

Fast jedes 3D-Objekt besteht aus vielen kleinen Dreiecken. Ein Autoreifen kann aus mehreren tausend davon bestehen. Beim klassischen Verfahren, der Rasterisierung, rechnet der Computer für jedes Dreieck aus, welche Pixel es auf dem Bildschirm bedeckt. Danach bestimmt er die Farbe dieser Pixel. Das geht sehr schnell, weil viele Dreiecke gleichzeitig bearbeitet werden können.

Das zweite große Verfahren heißt Raytracing, auf Deutsch Strahlverfolgung. Dabei schickt der Computer von der virtuellen Kamera aus für jedes Pixel einen gedachten Lichtstrahl in die Szene und verfolgt, worauf er trifft und wie er weiter abprallt. So entstehen Spiegelungen und Schatten fast von selbst, weil das Verfahren die Physik von Licht nachahmt. Der Preis ist enormer Rechenaufwand, denn ein Bild braucht Millionen solcher Strahlen.

Hier kommt künstliche Intelligenz ins Spiel. Moderne Grafikkarten rendern ein Bild absichtlich in niedriger Auflösung und lassen ein trainiertes Modell die fehlenden Details ergänzen. Dieses Hochrechnen nennt man Upscaling. Manche Systeme erfinden sogar komplette Zwischenbilder, die nie klassisch berechnet wurden. Ein häufiger Irrtum ist, dieses Ergänzen sei selbst schon Rendering. Es ist ein nachgelagerter Schritt, der auf einem gerenderten Bild aufsetzt.

Vom Handyspiel bis zur Möbel-App

Im Alltag begegnet dir Rendering ständig, meist ohne dass es genannt wird. Jedes Handyspiel rendert, jede Kartenansicht mit 3D-Gebäuden rendert, und auch die Anprobe einer Brille im Onlineshop. Möbelhändler bilden ihre Kataloge längst nicht mehr fotografisch ab. Die Sofas auf den Bildern sind gerenderte Modelle, weil das billiger ist als ein Fotostudio.

In Nachrichten taucht der Begriff vor allem rund um Grafikkarten und Spielekonsolen auf. Wenn ein Hersteller behauptet, seine neue Karte liefere doppelt so viele Bilder pro Sekunde, geht es um Rendering-Leistung. Achte dort darauf, ob die Zahl mit oder ohne KI-Upscaling gemessen wurde. Das macht einen großen Unterschied und wird gerne im Kleingedruckten versteckt.

Abzugrenzen ist Rendering von der reinen Bildgenerierung durch KI. Ein Bildgenerator erzeugt ein Bild direkt aus einer Textbeschreibung, ohne dass jemals eine 3D-Szene existiert hat. Rendering setzt dagegen immer ein vorhandenes Modell voraus, das jemand gebaut hat. Der Vorteil davon ist Kontrolle: Wer die Szene besitzt, kann die Kamera später um zehn Grad drehen und exakt dasselbe Sofa aus einem neuen Winkel zeigen.