Globale Beleuchtung (engl. Global Illumination, abgekürzt GI) bezeichnet in der 3D-Computergrafik die Simulation aller Möglichkeiten der Ausbreitung von Lichtstrahlen in einer 3D-Szene. Dadurch werden die Gesetze der geometrischen Optik sowie der Energieerhaltung vollständig erfüllt und ein relativ realistisches Bild erzeugt.

Es gibt eine Vielzahl an Techniken und Verfahren, die sich mit diesem Thema ausseinandersetzen; dazu gehören:

Faked Global Illumination

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Hierbei wird innerhalb der 3D-Software durch kluge Platzierung von diversen Lichtquellen und durch Anwendung von verschiedenartigen Tricks die GI „erschwindelt“ (engl. to fake).

In der Realität würden die Lichtpartikel von allen Objekten abgelenkt, reflektiert oder sogar beides.

Bei der „gefakten“ GI platziert man die Lichter so, dass sie als Ersatz für abgelenkte und/oder reflektierte Lichtpartikel agieren. Üblich wären beispielsweise ein Licht als Ersatz der primären Lichtquelle (z.b. Sonne) und weitere Lichter, die alle extrem dunklen Bereiche aufhellen, die nicht von der primären Lichtquelle erleuchtet werden.

Echte globale Beleuchtung

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Global_Illumination_wjp.jpg-Algorithmus gerendertes Bild mit globaler Beleuchtung.]] Caustics GI.jpg. Dieser Lichteffekt ist Bestandteil der globalen Beleuchtung.]] Vor allem in der letzten Zeit, in der Rechenkapazität sich andauernd steigert, werden von 3D-Programmen immer öfter spezielle Algorithmen verwendet, die tatsächlich globale Beleuchtung simulieren können. Diese sind zum Beispiel Monte-Carlo-Raytracing oder Photon Mapping, unter bestimmten Bedingungen auch Radiosity. Dabei handelt es sich immer um Methoden, die die Rendergleichung zu lösen versuchen.

Folgende Ansätze werden dabei unterschieden:

• Inversion: $L\; =\; (1-T)^\{-1\}\; L^e\backslash ,$
  • wird in der Praxis nicht angewendet
• Expansion: $L\; =\; \backslash sum\_\{i=0\}^\backslash infty\; T^iL^e$
  • sammlungsartiger Ansatz (gathering-type): Path Tracing
  • schussartiger Ansatz (shooting-type): Forward Raytracing
  • bidirektionaler Ansatz: Photon Mapping + Diffuses Raytracing, Bidirektionales Path Tracing, Metropolis Light Transport

• Iteration: $L\_n\; =\; L^e\; +\; TL\_\{n-1\}\backslash ,$
  • Radiosity
  • Stochastische Ansätze

Verwendung von HDRI-Maps

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Ein HDRI-Map, wenn für GI verwendet, ist üblicherweise ein 360°-Bild einer Umgebung, die mittels einer speziellen Kamera aufgenommen wird. Das Bild unterscheidet sich von einem normalen Bild allerdings in einem wichtigen Faktor: Pro Pixel werden nicht nur die Farbinformationen gespeichert sondern auch ein Luminanz-Wert, das heißt, wieviel Licht von dem Punkt ausgeht. Für GI kann man also ein HDRI-Map als Quelle für die Lichtpartikel verwenden, was zu verblüffend realistischen Ergebnissen führt.

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