Clipping / Culling

Die Operationen Culling und Clipping sind Verfahren, die dafür sorgen, dass nur die Objekte bzw. Teile von Objekten dargestellt werden, die innerhalb des Sichtvolumens sind. Die Szene wird zu einem sehr frühen Zeitpunkt in der Render-Pipeline für die weitere Verarbeitung optimiert. Alle Flächen, die diese Verfahren ausschließen, werden bei den folgenden Berechnungen nicht mehr berücksichtigt. Culling ist im Gegensatz zu Clipping eine Methode, die mittels einfachen Auswählens ganze Flächen aus der weiteren Verarbeitung ausschließen kann. Clipping schneidet die Objekte mit dem Sichtvolumen und kann Flächen zuschneiden. Objekte, die vollständig außerhalb des Sichtvolumens liegen, werden gecullt. Objekte, die das Sichtvolumen schneiden, müssen geclippt werden.

In der 3d-Computergrafik ist das Sichtvolumen endlich und wird durch das Fenster der Ansichtsebene, sowie durch eine nahe und eine ferne Clipping-Ebene festgelegt. Das Sichtvolumen oder auch Frustum ist eine abgeschnittene Pyramide. Die Ferne Clipping-Ebene bzw. Far Clipping Plane definiert den Bereich, hinter dem nichts mehr dargestellt wird. Die Nahe Clipping-Ebene oder Near Clipping Plane definiert den Berech, in dem die Kamera zu "sehen" beginnt. Häufig fallen die Ansichtsebene und die Nahe Clipping-Ebene zusammen. Die Seitenwände der Pyramide sind die Ebenen, die exakt am Bildschirmrand verlaufen.

Darstellung des Sichtvolumens bei einer perspektivischen Projektion.

Culling bzw. Backface Culling ist ein Vorgang, der die Orientierung von Polygonen mit dem Blickpunkt der Kamera vergleicht und die Polygonflächen entfernt, die von der Kamera nicht gesehen werden. Das Ziel dieser Technik ist eine Optimierung des Renderprozesses. Bei polygonalen Objekten kann mitunter eine Reduktion der Szenenkomplexität bis zu 50% erfolgen. Durch eine Überprüfung der Flächennormalen im Bezug zur Kamera werden nur die Flächen, deren Normalen in Richtung Kamera zeigen, für die weitere Berechnung verwendet.

Backface Culling: (a) Ansicht des Objektes ohne Culling (b) Ansicht des Objektes mit Culling (c) Schematische Darstellung des Culling-Prozesses Np= Normale des Polygons N= Sichtlinienvektor Sichtbarkeit: = Np.N > 0

Befinden sich in einer Szene Objekte, die sich überschneiden, geht das Culling in die allgemeine Form über. Dabei geht es um das Entfernen verdeckter Oberflächen.

Culling / Entfernung von verdeckten Oberflächen: (a) Darstellung ohne Backface Culling (b) Darstellung mit Backface Culling (c) Culling: Entfernen von verdeckten Oberflächen

Beim Clipping bzw. Frustrum Culling wird getestet, ob ein betrachteter Punkt im Sichtbereich liegt. Um im Sichtbereich zu liegen, muss der Punkt innerhalb des so genannten Frustums liegen. Bei dieser Überprüfung müssen alle sechs Ebenen des Frustums getestet werden.

Objekt Clipping: Alle Objekte, die hinter der Far Clipping Plane liegen, sind zu weit weg, um vom Betrachter gesehen zu werden. Alle Objekte, die vor der Near Clipping Plane liegen, sind zu nahe, um noch gesehen zu werden. Image Clipping: Bei dem Image Clipping wird die Szene durch die übrigen vier Seiten des Pyramidenstumpfes beschnitten.