Cinema 4D Tutorial: Globale Illumination - Beleuchtung und Einstellungen

Cinema 4D liefert für fotorealistische Licht- und Schatteneffekte ein ausgefeiltes Bildberechnungssystem. Wir werfen einen Blick auf die unterschiedlichen Bildberechnungstechniken für 3D-Verfahren.
Licht bewegt sich als Welle wie auch als Teilchen durch den Raum und wird durch verschiedene Objektoberflächen reflektiert oder geschluckt. Bildgebende Verfahren können die realen Bedingungen des Lichts nicht exakt nachbilden, vielmehr findet eine mathematische Näherung statt. Software-Hersteller täuschen also mit verschiedenen Tricks eine reale Lichtsituation vor.
Es gibt lokale und globale Illumination. Bei der lokalen Illumination wird eine Oberfläche nur durch ihre Eigenschaften und die der Lichtquelle schattiert. Die Umgebung fließt nicht in die Berechnung der Oberflächeneigenschaften ein. Die globale Illumination berücksichtigt bei der Darstellung der Oberflächenschattierung auch alles Licht, das von anderen Szene-Objekten zurückgeworfen wird. Diese Beleuchtung bezeichnet man auch als indirektes Licht. Ein solcher Rechenvorgang lässt sich mit verschiedenen Techniken durchführen.
Die besten Ergebnisse entstehen, wenn man versucht, die Interaktion der Objektoberflächen und der von den Lichtquellen ausgesendeten Photonen zu berechnen. Zur Berechnung der Photonenanzahl gibt es verschiedene Näherungsverfahren.
Lichtsituationen können mit verschiedenen Techniken simuliert werden: So gibt es Ray Tracing oder Ray Casting, Radiosity, Monte Carlo oder Quasi Monte Carlo, Kombinationen aus Radiosity und Ray Tracing sowie Mischungen aus den Monte-Carlo-Varianten mit dem Ray-Tracing-Verfahren.
Cinema 4D: Darstellungstechniken
Ray Tracing folgt den Lichtstrahlen in einer 3D-Szene. Die einzelnen Strahlen werden von der Kamera der Szene aus in die 3D-Szene hinein verfolgt. Trifft der Strahl dabei auf einen Gegenstand, wertet die Software Oberflächeneigenschaften wie Farbe, Glanz oder Spiegelung aus
Bei der globalen Illumination hingegen wird indirektes Licht in die Bildberechnung mit einbezogen. Ein bekanntes Verfahren hierzu ist Radiosity, das Cinema jedoch nicht nutzt. Radiosity wurde aus der „Finite Elemente“-Methode entwickelt, um die Wärmeabstrahlung von Objekten zu simulieren. Um den Rechenaufwand niedriger zu halten, wird die Lichtverteilung geschätzt: Die Körper in einer Szene werden mit einem groben Polygonnetz überzogen, das in kritischen B
Durch wiederholte Berechnungen lassen sich die Bereiche, an denen indirekte Interaktionen des Lichts festgestellt werden, immer genauer darstellen. Mit zunehmender Polygonanzahl und Komplexität der Szene verlangsamt sich die Berechnungszeit deutlich. Eine Qualitätsverbesserung ist jedoch ab einer gewissen Anzahl von Wiederholungen praktisch nicht mehr wahrnehmbar.
Ein weiteres Verfahren zum Simulieren von Bildeffekten wie Glättung, Tiefenunschärfe, indirekte Beleuchtung, Bereichslichter, Glanz, Transluzenz und Bewegungsunschärfe ist die im neuen Cinema 4D eingesetzte Monte-Carlo-Abtastung (MC). Zur Berechnung werden Zufallszahlen verwendet, die bei jeder Berechnung unterschiedliches Bildrauschen erzeugen.
Eine Variante nennt sich Det
Cinema-Einstellungen
Cinemas Release 11 präsentiert einen komplett überarbeiteten Renderer zum Visualisieren indirekter Beleuchtungsphänomene. Zum Einsatz kommen wahlweise Irradiance- oder die Quasi-Monte-Carlo-Berechnung. Alternativ kann auch eine Kombination aus beiden Darstellungstechniken eingestellt werden. Die Irradiance-Einstellung wertet die Bestrahlungsstärke durch umgebende Texturen aus und beleuchtet d
Im Bereich Allgemein werden der Modus sowie die Intensität und Gamma eingestellt. Als Modus stehen vier Varianten zur Auswahl, die für unterschiedliche Einsatzzwecke geeignet sind. Wer Innenräume darstellen möchte, wählt IC (Irradiance Cache). Für Außenaufnahmen passt am besten eine Mischung aus IC und QMC (Quasi Monte Carlo). Für die Beleuchtung von 3D-Szenen mit dem Cinema-Modul Sky greift man zur Einstellung Himmelssampler. Die langsamste, aber genaueste Einstellung ist der reine QMC, der mitunter zu körnigen Bildergebnissen neigt.
Die angebotenen Varianten Kamerafahrt und Komplettanimation kommen nur bei Bewegtbildern zum Einsatz. Dabei unterscheidet sich die Einstellung Komplettanimation dadurch, dass neben der Kamera auch andere Gegenstände oder Lichtquellen in der Szene in Bewegung gesetzt werden.
Nikolaus Netzer/sck