Noise

Noise bedeutet im 3D-Bereich ein prozedural erzeugtes, zufälliges bzw. scheinbar zufälliges Muster. Es wird verwendet, um Oberflächen und Formen realistischer und weniger künstlich wirken zu lassen.

Wie funktioniert Noise?

Noise erzeugt Werte, die sich zufällig verändern, aber normalerweise nicht völlig chaotisch sind. Benachbarte Bereiche können ähnliche Werte haben. Dadurch entstehen natürliche Übergänge und Strukturen.

Diese Werte können beispielsweise verwendet werden, um:

Höhen einer Oberfläche zu verändern
Farben einer Textur zu beeinflussen
Rauheit eines Materials zu steuern
Reflexionen zu verändern
Transparenz zu beeinflussen
kleine Unebenheiten zu erzeugen

Noise als Textur

In 3D-Programmen kann Noise direkt als prozedurale Textur eingesetzt werden. Anders als bei einem normalen Foto oder einer Bilddatei wird die Struktur mathematisch berechnet.

Das hat einen großen Vorteil: Die Textur kann beliebig skaliert werden, ohne dass sie durch eine geringe Bildauflösung pixelig wird.

Noise kann beispielsweise für folgende Materialien eingesetzt werden:

Stein und Fels
Holz
Sand und Erde
Beton
Rinde
Wolken
Wasseroberflächen
Gelände und Landschaften

Noise für Displacement

Eine besonders wichtige Anwendung ist Displacement. Dabei werden die Werte des Noise-Musters genutzt, um die tatsächliche Geometrie einer Oberfläche zu verändern.

Beispielsweise:

Noise → helle Bereiche = Erhebung
Noise → dunkle Bereiche = Vertiefung

Aus einer ebenen Fläche kann so eine unregelmäßige Fels- oder Erdoberfläche entstehen.

Noise für Bump und Normal Maps

Noise muss aber nicht unbedingt die Geometrie verändern. Es kann auch nur den optischen Eindruck von Unebenheiten erzeugen. Bei Bump Maps oder Normal Maps wird Noise beispielsweise verwendet, um eine Oberfläche rau, körnig oder strukturiert erscheinen zu lassen, obwohl die Geometrie tatsächlich glatt bleibt.

Das spart Rechenleistung, weil nicht für jede kleine Unebenheit zusätzliche Polygone benötigt werden.

Noise und Materialien

Noise kann auch mit verschiedenen Materialeigenschaften verbunden werden.

Beispiel bei einem Steinmaterial:

Noise → Color → unterschiedliche Grautöne erzeugen

Noise → Roughness → manche Stellen werden matter, andere glatter

Noise → Bump → kleine Unebenheiten entstehen

Noise → Displacement → die Oberfläche wird tatsächlich verformt

Damit kann aus einem einfachen Grundmaterial ein deutlich realistischerer Werkstoff entstehen.

Bekannte Noise-Arten

In 3D-Software findet man verschiedene Noise-Verfahren, zum Beispiel:

Perlin Noise – sehr bekannt für natürliche, weiche Strukturen
Simplex Noise – ähnliche Anwendung, häufig effizienter
Worley Noise / Cellular Noise – erzeugt zellenartige Strukturen
Voronoi Noise – gut für Zellen, Risse oder kristallartige Muster
Fractal Noise – kombiniert mehrere Noise-Ebenen mit unterschiedlichen Größen

Durch das Kombinieren verschiedener Noise-Arten lassen sich sehr komplexe Strukturen erzeugen.

Noise ist nicht einfach „Zufall“

Ein wichtiger Punkt: Noise und reiner Zufall sind nicht dasselbe. Völlig zufällige Werte würden oft ein chaotisches, unbrauchbares Muster ergeben. Noise erzeugt dagegen kontrollierte Unregelmäßigkeiten. Dadurch entstehen Strukturen, die zufällig aussehen, aber trotzdem zusammenhängend und natürlich wirken.

Beispiel aus der Praxis

Du möchtest einen realistischen Berg erstellen:

Eine Grundfläche wird erstellt.
Noise erzeugt ein Höhenmuster.
Die Höhenwerte werden auf die Geometrie übertragen.
Große Noise-Strukturen bilden Berge und Täler.
Kleinere Noise-Strukturen erzeugen Felsen und Unebenheiten.
Eine weitere Noise-Ebene kann für die Farbverteilung verwendet werden.

So kann aus einer einfachen Ebene ein prozedural erzeugtes Gelände entstehen.

Kurz gesagt

Noise ist ein mathematisch erzeugtes Muster, mit dem in der 3D-Grafik kontrollierte Unregelmäßigkeiten erzeugt werden. Es dient unter anderem dazu, Oberflächen, Materialien, Texturen und Geometrien realistischer und natürlicher wirken zu lassen.