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Junge Junge Wissenschaft 87 87 // 2010
Magazin
Mathematische Filmwelten
Die Mathematik sorgt für die Spezialeffekte
Superhelden, die durch die Luft fliegen, Zauberstäbe, die Funken sprühen und Feuersbrünste ausbrechen
lassen, sowie geradezu greifbare Ungeheuer und Fabelwesen: All das sind Spezialeffekte,
ohne die Kinofilme, Fernsehfilme und Computerspiele heute nicht mehr denkbar sind und die am
Computer entstehen.
Die Spezialeffekte sind einfach da.
Kaum ein Zuschauer oder Nutzer aber
macht sich Gedanken, wie diese Fiktionen
so lebensecht auf die Leinwand,
in den Computer oder in den Fernseher
Das Netz auf dem Feline-Modell wurde automatisch
mit dem QuadCover-Algorithmus erzeugt, der
in der Kooperation von Polthier mit mental images
entwickelt wurde. (Quelle: DFG-Forschungszentrum
MATHEON)
Links: "Dreiecksmännchen" ("Triangle Man")
Ausschnitt aus dem Film "mesh", eine Reise durch die diskrete
Geometrie von Konrad Polthier und Beau Janzen (erschienen bei Springer)
(Quelle: DFG-Forschungszentrum MATHEON)
kommen. Hinter all diesen phantastischen
Figuren steckt sehr viel Arbeit und Können.
Arbeit, die zunächst einmal von
Mathematikerinnen und Mathematikern
geleistet wird. Denn ohne Mathematik
geht wie in vielen anderen Technologien
auch hier gar nichts. Einer der Mathematiker,
der diese virtuelle „Effekthascherei“
besonders gut beherrscht, ist Konrad
Polthier, Mitglied im Berliner DFG-
Forschungszentrum MATHEON und
Professor an der Freien Universität Berlin.
„Aufgabe des Mathematikers bei der
Simulation realistisch wirkender Effekte
ist die Verpackung physikalischer
Gesetze in mathematische Algorithmen.
Wir liefern die mathematischen Methoden
und Verfahren, die dann auf ganz beliebige
Effekte anwendbar sind“, schildert
der Mathematiker seine Arbeit. Manche
physikalischen Phänomene geben nach
seinen Aussagen nicht mehr so große Probleme
auf, andere dagegen umso mehr.
„Die natürliche Darstellung von Wasser,
Feuer oder Wind stellen uns noch immer
vor einige Probleme“, sagt Polthier.
Vorlage für Drachen, Ungeheuer oder
andere Fabelwesen sind oft kleine
Modelle, die mittels Laserstrahlen
abgetastet werden und eine Wolke aus
Punkten erzeugen, die dann im Computer
zu einem Netz verbunden werden.
Dabei treten jedoch viele Fehler auf, die
dazu führen, dass das Objekt „verrauscht“,
also unscharf ist und keine glatten Kanten
hat. Konrad Polthiers Forschungen
bieten hier allerdings eine hervorragende
Lösung, um die Kanten zu glätten. Seine
Algorithmen gehören auf diesem Gebiet
weltweit zu den besten. Unschlagbar sind
sie, was die Qualität und Schnelligkeit
angeht, mit der sie arbeiten. Neben dem
qualitativen Aspekt ist dies bei der Herstellung
von Filmen natürlich ein erheblicher
Kostenfaktor.
An dieser Beschreibung wird deutlich:
Einfach zu erstellen sind animierte
Filmszenen nicht und bevor ein Fantasywesen
über die Leinwand schreitet, ist eine
Menge grundlegender Vorbereitungen
nötig. Dies verdeutlichen beispielsweise
die Zahlen der Herstellung
des Filmes „Shrek der Dritte“. Rund
20 Terabyte Speicherplatz wurden für
diesen Film insgesamt benötigt, das entspricht
in etwa der Speicherkapazität