So, nun ist es endlich soweit, hier der erste Workshop für Cinema 4D (Beleuchtung).

Das erklärte Renderziel / Renderergebnis ist immer gleich:
so realistisch wie möglich soll das Ergebnis aussehen, bei annehmbaren Renderzeiten.

Genau diese Vorgaben versuche ich schon seit fast zwei Jahren in die Tat umzusetzen. Nach zahlreichen Tests, zahlreichen Büchern und Tutorials, sowie weiteren zahlreichen Test, habe ich meinen Weg gefunden, um die Vorgaben so gut es geht in die Tat umzusetzen.

Ich möchte diesen ersten Workshop in drei Teile unterteilen.
Drei Teile aus folgendem Grund :

In den Workshop´s werden Techniken ( Global Illumination – GI usw.) beschrieben, auf die ich gerne im Vorfeld genauer eingehen möchte. Es macht einfach keinen Sinn, in fortlaufenden Workshop´s immer wieder Einstellungen zu sehen, zu verändern, aber eigentlich unwissend, wofür genau diese oder jene Einstellung verantwortlich ist.


Aus diesem Grund wird der erste Workshop-Teil die BASICS behandeln.

Hier werden wir Fragen bezüglich einiger GI Einstellungen mittels Bildern etwas auf den Grund gehen.


Darüber hinaus möchte ich aufzeigen, dass es nicht immer eine Lichtquelle sein muss, die für das Licht in einer Szene sorgt.

Auf die restlichen GI Einstellungen gehen wir im zweiten Teil genauer ein.



Im zweiten Teil geht es zur PRAXIS. Hier werden wir anhand einer Musterscene, aufbauend auf den Erfahrungen aus den BASICS, versuchen diese zu rendern.


Bild aus dem zweiten Teil des Workshops. Dieses Bild hat keine Lichtquelle !





Im dritten und letzten Teil des 1.Workshops, möchte ich dem Thema TUNING widmen.

Hier geht es mir in erster Linie darum aufzuzeigen, wie die Renderzeit um den Faktor 5 reduziert werden kann, ohne Qualitätseinbußen in Kauf nehmen zu müssen.

Ebenfalls sehr wichtig ist die realistische Materialeinstellung. So sollen z.B. Fliesen zwar spiegeln und glänzen, aber nicht wie ein Spiegel wirken. Hier werden wir uns gezielt mit dem Thema Spiegelung und Streuung beschäftigen.

An einigen Stellen werde ich Abschnitte aus dem Maxon Handbuch verwenden, diese Abschnitte sind dann auch als solche gekennzeichnet.

Also ich bin bereit, ich hoffe Sie auch.
Na dann kann es ja losgehen.









GI ist ein Verfahren, welches beim Rendern einer Szene nicht nur die Szenen-Lichtquellen berücksichtigt, sondern auch das Licht, was von Gegenständen reflektiert wird. Es ist jetzt also möglich, einen Gegenstand indirekt zu beleuchten, indem beispielsweise ein Licht-Spot der Farbe Weiß ( 255,255,255 ) gegen eine helle Wand strahl, die dieses Licht diffus reflektiert.

Dabei wird die Farbe der Wand natürlich berücksichtigt. Das diffus reflektiere Licht nimmt dabei den jeweiligen Farbton der Wand an.

Die GI-Berechnung funktioniert ähnlich wie die eines Raytraycers. Es werden Sehstrahlen aus Sicht der Kamera in die Szene geschickt.

Jeder Punkt der Szene, der von einem Sehstrahl getroffen wird ( der sogenannte Shadingpunkt ) generiert nun weitere Stahlen ( die so genannten Stochastischen Strahlen ) die in Richtung einer Halbkugel um diesen Punkt ausgesendet werden.


Diese Strahlen treffen nun wiederum auf andere Objekte in der Szene, von wo aus weitere Strahlen „ausgelöst“ werden.

Die von einem Shadingpunkt ausgesandten Stahlen werden zur Berechnung der Helligkeit/Farbe dieses Punktes herangezogen.



Aber zuerst, tun Sie bitte folgendes :



Die Lichtautomatik müssen Sie immer bei GI Berechnungen DEAKTIVIEREN.


Um zu zeigen, wie sich das Verhältnis von Strahlenmenge und Strahlentiefe in der Praxis verhält, habe ich einmal einige Bilder gerendert, um das Verfahren anschaulich zu präsentieren.

Ich möchte hier folgendes erklären :

• Strahlentiefe


• Strahlenanzahl

Ebenfalls gibt es diesen Raum „Testraum.rar“ mit Texturen zum ausgiebigen Testen hier zum Download.





Sehen Sie sich dazu einmal folgende Bilder an :


Bild 1 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 1
Renderzeit :  3:15 Minuten


Bild 2 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 2
Renderzeit :  3:25 Minuten


Bild 3 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 3
Renderzeit :  3:54 Minuten


Bild 4 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 4
Renderzeit :  4:02 Minuten


Bild 5 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 5
Renderzeit :  4:05 Minuten


Bild 6 – 600 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  4:15 Minuten


Die Strahlentiefe gibt an, wie oft ein Strahl von einer Oberfläche reflektiert werden soll. Je öfter die Reflektion desto heller wird die Szene.

Jetzt möchte ich Ihnen zeigen, wie sich die Szene verändert, wenn mit der Anzahl der Strahlen gespielt wird. Schauen Sie sich bitte folgende Bilder dazu an :


Bild 7 – 200 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  2:31 Minuten


Bild 8 – 200 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  3:00 Minuten


Bild 9 – 300 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  3:17 Minuten


Bild 10 – 400 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  3:33 Minuten


Bild 11 – 500 Strahlen bei einer Tiefe von 6
Renderzeit :  3:51 Minuten


Mit der Anzahl der Strahlen wird die Szene einfach klarer und detaillierter.
Logischerweise steigt auch jeweils die Renderzeit bei der Erhöhung der Anzahl der Strahlen oder auch der Strahlentiefe.




Um eine Innenszene zu beleuchten gibt es verschiedene Möglichkeiten. So z.B. können Sie ein weißes Material ( 255,255,255 ) in den Leuchtkanal eines Materials legen. Dieses Material ordnen Sie dann dem Himmelsobjekt oder einer großen Kugel zu, welche Ihre Szene umschließt.

Wir werden uns folgende Möglichkeiten genauer anschauen :
1.1. Beleuchtung mittels GI und weißem Material im Leuchtkanal.
1.2. Farb Mapping
1.3. Beleuchtung mittels einer Flächenlichtquelle

1.1. Beleuchtung mit GI :
Ich habe folgende GI – Einstellungen verwendet :



Die Stärke liegt bei 100 %. Es ist keine Lichtquelle aktiviert.




Das Ergebnis sieht dann in etwa so aus :



Bild 12 – GI Beleuchtung mit einer Stärke von 100 % mit einem weißen Material, welches dem Himmel zugeordnet ist. Die Renderzeit liegt hier bei 1:32 Minuten. Leider ist es hier noch sehr dunkel. Also müssen wir versuchen, hier mehr Helligkeit zu bekommen.

Dazu können wir einfach den Punkt „Stärke“ auf 200 % erhöhen :



Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus :



Bild 13 – GI Beleuchtung mit einer Stärke von 200 % mit einem weißen Material, welches dem Himmel zugeordnet ist. Die Renderzeit liegt hier bei 1:41 Minuten. Da geht noch was, oder ?





Was könnten wir jetzt tun ?




Genau…


…nochmals die Stärke erhöhen



…gehen wir mal auf 400 %



Bild 14 – GI Beleuchtung mit einer Stärke von 400 % mit einem weißen Material, welches dem Himmel zugeordnet ist. Die Renderzeit liegt hier bei 1:52 Minuten. Das geht noch besser, oder ?


Hmmm… heller ist es ja geworden, aber das Fenster ist oben und unten total überstrahlt. Auch die Raumecken sehen nicht so spannend aus.
Erfreulich ist hier nur die Renderzeit von knapp 2 Minuten, aber der Rest…

1.2. Das Farb Mapping:
Zum Glück lässt uns hier das Programm Cinema 4d nicht im Stich. Seit der 9.5er Version gibt es das FarbMapping. Diese Funktion ist einfach goldwert.
Früher musste man sehr oft solche kleinen Fehler in der Bildnachbearbeitung
( Postwork ) ausbessern.

Das geht jetzt schon beim Rendern, ohne nachträgliches Nachbessern.

Also schauen wir uns doch mal an, was dieses Farb Mapping so alles kann.

Die Funktion des Farb Mappings rufen Sie über die Posteffekte in Cinema 4d auf.

Gehen Sie also bitte auf „Rendervoreinstellungen“ dann auf den Unterpunkt „Effekte“ und dort klicken Sie bitte auf den kleinen schwarzen Pfeil, neben dem Wort „Post-Effekt“. Dann öffnet sich eine Liste, aus der Sie dann die Funktion „FarbMapping“ auswählen können.



Ist das geschehen, dann sehen Sie folgendes :



Das Farbmapping hat im wesentlichen zwei wichtige Auswahlmöglichkeiten:

1. Exponentiell


2. HSW

sowie zwei Einstellungsbereiche:

1. Dunkel multiplizieren und


2. Hell multiplizieren

So, nun mal Schritt für Schritt.

Die Funktion „Exponentiell“ ist im Grunde für die Farbverteilung zuständig.
D.h., die Farbverteilung ist in der Regel immer linear gesteuert. Somit kann es wie bei unserem letzten Bild passieren, dass es zu einem s.g. Burnout kommt. Hier muss einfach die Farbverteilung nicht mehr „linear“ sondern „exponentiell“ erfolgen. Mit dieser Funktion, können genau diese Burnout-Effekte deaktivert werden. Allerdings muss man dies von Szene zu Szene überprüfen, wie sinnvoll diese Einstellung ist und wie sich das auf die Szene auswirkt.



Die Funktion „HSV“ ist dafür verantwortlich, dass bei aktivierter HSV Funktion, die Farbwerte im s.g. HSV Modell abgearbeitet werden. Somit bleiben die Farbinformationen erhalten, und bei einer helleren Beleuchtung wird jeweils nur die „V“ ( Helligkeits-) Komponente angepasst.

Nochmals ganz langsam. Sie haben eine blaue Kugel in Ihrer Szene. Jedes mal, wenn Sie die Helligkeit erhöhen, verändert sich die Farbe der blauen Kugel. Irgendwann ist die Kugel nicht mehr blau, sondern z.B. lila oder hellblau.
Und genau dies verhindert die HSV Funktion. Es wird lediglich nur die Helligkeit angepasst, aber die Farbe bleibt wie sie gewünscht ist. Ein verbleichen oder aufhellen ist somit nicht mehr möglich.

Aber auch hier ist es von Fall zu Fall zu überprüfen, ob genau dieser Effekt wirklich gewünscht ist.

Die Eingaben bei „Dunkel multiplizieren“ und „Hell multiplizieren“ steuern einfach und simpel die hellen und die dunkeln Bereiche Ihrer Szene.

Haben Sie den Eindruck, dass Ihre Szene einfach zu dunkel ist, aber Sie können per Lichtquelle oder per GI nichts mehr machen, dann erhöhnen Sie einfach den Wert für „Dunkel multiplizieren“ und das Bild wird beim Rendern direkt um den Faktor Ihrer Eingabe erhellt.

Genauso verhält es sich für den Fall, dass Ihnen Ihre Szene zu hell erscheint, dann einfach einen Wert in den Bereich „Hell multiplizieren“ eingeben, und Sie können Ihre Szene gezielt dunkler machen.

Und alles wie bereits schon beschrieben, direkt beim Rendern und nicht erst in der Nachbearbeitung.

So genug Theorie, jetzt wenden wir den obigen Kram einfach mal für das aktuelle Bild an, ok ?

Na dann los.



Dies war unser Ausgangsbild von oben. Leider sind die Raumecken und der Burnout-Effekt nicht wirklich schön.

Also wir rufen das „FarbMapping“ auf und stellen mal folgendes ein :



Das Ergebnis sieht dann wie folgt aus :



Bild 15 – GI Beleuchtung mit einer Stärke von 400 % mit einem weißen Material, welches dem Himmel zugeordnet ist. Das Farb Mapping wurde wie oben beschrieben aktiviert. Die Renderzeit liegt hier bei 1:53 Minuten.

Na ?

Die Raumecken sehen viel besser aus. Die Szene wirkt insgesamt schön ausgeleuchtet, die Farben sind nicht ausgewaschen und der Burnout-Effekt ist auch weg.

Sämtliche Schatten sind nur durch das GI und den Himmel mit dem weißen Material entstanden – keine Lichtquelle, keine Schatteneinstellungen nix gemacht.

Jetzt könnte man über die Strahlenmenge und die Tiefe, sowie die Min- und Maxwerte noch ein Feintuning betreiben. Aber ich wollte hiermit einfach mal aufzeigen, was ohne Lichtquelle mit FarbMapping machbar ist.

Und da es ja ohne Lichtquelle oft nicht geht, rendern wir jetzt mal die gleiche Szene mit einer Lichtquelle anstelle nur der GI Beleuchtung, ok ?

Also weiter geht’s….






Wir verwenden jetzt einmal eine Lichtquelle.

1.3. Die Flächenlichtquelle:
Die Lichtquelle ist ein vertikales Flächenlicht, welches die exakte Größe des Fensters hat.

Die Beleuchtung liegt bei 100 %, der Schatten ist ein Flächenschatten.

Ebenfalls hat die Lichtquelle, wie in der Natur üblich, eine Abnahme.Hier wurde „inv. quadratisch begrenzt“ ausgewählt.

Diesen Punkt können Sie unter „Details“ und dann „Abnahme“ einstellen.

Die Lichtquelle ist wie auf den folgenden Bildern positioniert :





Das erste Ergebnis sieht wie folgt aus :



Bild 16 – GI Beleuchtung mit einer Stärke von 100 % ohne weißes Material.
Also es muss auf alle Fälle auch hier heller werden, was tun wir in diesem Fall ?

FRAGE :
Vielleicht einfach wie oben, das GI in der Stärke erhöhen ?

ANTWORT :
Das GI zu erhöhen wird nichts bringen, da die Beleuchtung nicht ausschließlich über GI in dieser Szene geregelt ist.

Hmmm, was nun ?

Wir erhöhen einfach die Lichtquellenstärke mal von 100 % auf 200 %, einverstanden ? Na dann.

Dies sieht dann so aus:



Bild 17 – Die Lichtquelle hat eine Stärke von  200 %. Die Renderzeit liegt hier allerdings schon bei 4:20 Minuten !

Es ist schon ein leichter Burnout an der hinteren Wand zu erkennen.

Also auch hier müssen wir nochmals etwas tun; so geht es noch nicht.

Also,  was könnten wir hier ändern ?
…Lichtquelle weiter erhöhen ?     nicht wirklich.
…Lichtquelle verringern ?            auch nicht.
…Farb Mapping ?     Genau !



Bild 18 – Die Lichtquelle hat eine Stärke von  200 %. Die Renderzeit liegt hier allerdings schon bei 4:23 Minuten !

Die Einstellungen für das Farb Mapping sind die gleichen wie oben bei der GI Szene.

Ich hoffe ich konnte Ihnen einen guten Einstieg in die Basics bezüglich der GI Beleuchtung, der Flächenlichter und des Farb Mappings geben.

Für weiterführende Informationen dazu empfehle ich das Handbuch zu Cinema 4d, welches auf der Homepage des Herstellers www.maxon.de im Downloadbereich zur Verfügung steht.


Somit haben wir den ersten Teil unseres Workshops hinter uns gebracht.
Ich arbeite noch am zweiten Teil, in dem wir gemeinsam eine Szene rendern werden. Dort werden wir alle in diesem ersten Teil angesprochenen Techniken genauer testen. Auch werden wir die restlichen GI Einstellungen genauer unter die Lupe nehmen, da zuviel Information am Anfang nur zu Verwirrungen führen würde.


Ich freue mich weiterhin auf Ihre Unterstützung.
LG
Woogy

Der erste Teil der Workshopreihe beschäfftigt sich mit Theorie und Praxis zum realistischen Ausleuchten eines Raumes bei annehmbarer Renderzeit. (u.A. Global Illumination) Twittern

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