Auch Harry Potter ist nichts als Mathematik

Ohne sie geht im Filmgeschäft fast nichts mehr - Spezial Effekte, die am Computer entstanden sind. Wenn Zauberstäbe Funken sprühen und Superhelden durch die Lüfte fliegen, dann hat auch Konrad Polthier ganze Arbeit geleistet.

Der Mathematiker verpackt physikalische Gesetze in mathematische Gleichungen und hilft dabei, die am Computer simulierten Sequenzen realistisch aussehen zu lassen.

Die Animation von Wasser, Feuer und Wind gehört zu den schwierigsten überhaupt.

Physikalische Phänomene wie diese lassen sich äußerst schwer berechnen. Zu komplex ist zum Beispiel das Verhalten Millionen einzelner Wassertropfen. Damit solche Effekte am Computer simuliert werden können, übersetzt Konrad Polthier die Wirklichkeit so gut es geht in mathematische Gleichungen - so genannte Algorithmen. Auf deren Grundlage entstehen dann Softwareprogramme, die von Animationsspezialisten in aller Welt benutzt werden.

Konrad Polthier, Forschungszentrum Matheon, Freie Universität Berlin: "Wir berechnen nicht selber den Effekt, wir liefern die matehmatischen Methoden und Verfahren, um solche Sachen dann auf ganz beliebige Problemfälle anzuwenden. D. h. die Mathematik liefert eine Stufe darunter die Grundlage dafür."

Laserstrahlen sind die ultimative Waffe der Animationskünstler. Berührungslos tasten diese die Oberfläche ab und geben das Messergebnis als Punktewolke wieder. Im Computer werden diese zu einem Netz verbunden. Weil bei jeder Abtastung Fehler auftreten, schaut die Oberfläche zerknittert aus.

Auch hier hilft die Mathematik - verpackt in eine Software - weiter. Diese verkürzt bzw. verlängert die Kanten der Dreiecke. Innerhalb weniger Sekunden, wird aus zackig - glatt.

Ohne die kreativen Köpfe dahinter, ist aber auch die beste Software nutzlos. 350 davon haben an "Shrek der Dritte" gearbeitet. 20 Millionen Stunden waren die Rechner im Einsatz, um die animierten Figuren auf der Leinwand so fotorealistisch erscheinen zu lassen.

Rund 20 Terabyte Speicherplatz wurden für "Shrek der Dritte" benötigt. Das ist so viel wie 100 PCs zusammen haben. Die Berliner Mathematiker suchen nun nach Möglichkeiten, solche gewaltigen elektronischen Datenberge zu reduzieren.
Datenkompression ist von Digitalbildern wie jpg. oder Musik aus dem Internet in Form von mp3-Files allgemein bekannt.
Ein nicht minder ehrgeiziges Ziel verfolgen die Wissenschafter. Sie komprimieren ihre Geometrie.

Konrad Polthier: "Sie müssen die Darstellung von den Dreiecksnetzen so verändern, dass möglichst wenig überflüssige Information vorliegt. Das ist ein großer Schritt, dort bekommen sie schon Faktoren von 200 hin. D.h., sie können schon eine Standarddarstellung von einem Dreicksnetz von 200 MB auf 1 MB runter komprimieren. Verlustfrei."

Für Spezialeffekte mussten Stuntman früher Kopf und Kragen riskieren. Heute übernehmen Animationsprogramme großteils diese Rolle.
Neu sind Programme wie diese zwar nicht, dafür werden sie immer einfacher bedienbar. Im Nu lassen sich damit die verrücktesten Welten modellieren oder Fantasiewesen geschickt deformieren.
Der Vorteil: teure Studios entfallen, Szenen mit Spezialeffekten können so deutlich billiger produziert werden. Doch wie lassen sich am Ende Schein und Sein so perfekt kombinieren, dass selbst aufmerksame Zuschauer nicht mehr erkennen, was echt ist und was nicht?

Ludwig von Reiche setzt Hollywoods Superhelden ins richtige Licht. Seine Software schafft es - durch Simulation von Licht und Schatten - Computerbilder mit real gefilmten Szenen nahtlos zu verbinden.
Und so geht's: Zuerst bekommt die zu animierende Figur ein digitales Skelett. Anschließend wird sie mit Oberflächen ausgestattet. Und danach wird der Katze beigebracht, sich zu bewegen.
Auch wenn der Hüftschwung perfekt sitzt, wirkt die Figur noch immer künstlich.
Jetzt kommt seine Software ins Spiel: Die Katze wird gerendert, also in naturgetreues Licht getaucht. Durch die Berechnung von Licht und Schatten entsteht der Eindruck, das Tier wäre dreidimensional.

Ludwig von Reiche: "Der Anspruch ist, dass man nichts sieht und nichts merkt. Dann haben wir einen guten Job gemacht. D. h., dass Künstler, die Bilder oder Filme erzeugen, damit so arbeiten können, dass der Zuschauer nicht merkt, dass da ein bisschen betrogen worden ist, nämlich, dass eine Sache nicht real gefilmt wurde, sondern letztlich simuliert."

Wenn sich niemand verrechnet hat und die Animationskünstler einen guten Job gemacht haben, dann dürfte auch der 5. Teil ein Kassenschlager werden.