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Die Beleuchtung einer Szene ist sehr wichtig, um die passende Atmospäre und Stimmung von Unbeschwertheit bis Dramatik zu schaffen. Zu erörtern, wie man derartige Stimmungen erzeugt, liegt jenseits der Absichten dieses Handbuches (hierzu sei auf einschlägige 3D- und Künstlerseiten im Netz verwiesen, die sich ausgiebig mit diesem Thema auseinandersetzen,) so werde ich mich daran halten, die Lichtformen, die in Art of Illusion möglich sind, sowie einzelne besondere Effekte zu erklären und Sie, als Nutzer, weiter experimentieren zu lassen.

Es gibt zunächst 3 Lichttypen in Art of Illusion: Den Leuchtpunkt, die gerichteten Lichtquellen und das (bündelbare) Spotlicht. Dazu gibt es auch Spielarten davon, deren Eigenschaften durch eine Verfahrensvorschrift bestimmt werden.

Das Skalierungs-Werkzeug hat auf Lichtobjekte allgemein keinen Einfluß.


3.1. Leuchtpunkte

Dieser Lichttyp strahlt Licht gleichmäßig in alle Richtungen ab. Leuchtpunkte sind entweder dadurch erhältlich, dass das Licht-Icon angeklickt wird und danach, um die Position zu bestimmen, ein Klick in einem Ansichtsfenster, oder über das obere Menü Objekt → Standardform erzeugen → Punktlichtquelle erfolgt, der eine Einstell-Dialogbox aufruft, in die man Position und Ausrichtung des Leuchtpunktes genau eingeben kann.

Im Ansichtsfenster sieht der Leuchtpunkt so aus:

Ist der Leuchtpunkt erstellt, kann er weiter bearbeitet werden, entweder mit einem Doppelklick auf das Objekt in der Objektliste, oder durch Markieren und Klicken auf Objekt → Objekt bearbeiten.

Die Leuchtpunkt-Dialogbox ist rechts gezeigt:

Um die Lichtfarbe zu bestimmen, auf das Farbe-Feld klicken. Das öffnet den Farbdialog, in dem Werte nach Helligkeit/ Sättigung/ Tönung (HSV), Rot/ Grün/ Blau (RGB)-Schema, oder Helligkeit/ Intensität/ Sättigung (HLS) festgelegt werden können. (Die Farbdialogbox merkt sich die letztgewählten Farben.)

Die Intensität, I0, des Lichts bestimmt einfach wie hell es ist. Voreingestellt ist dieser Wert auf 1. Die Intensität dieses Lichtes in jedem Punkt des Raumes, I(r), ist eine Funktion dieses Wertes, der (Abfall- oder) Minderungsrate d, und der Entfernung von der Lichtquelle, r, wie folgt:

I(r)= I0/(1+dr+(dr)2)

Nah an der Lichtquelle (r<<1/d) ist die Lichtstärke nahezu konstant. Weiter weg von der Lichtquelle (r>>1/d) folgt es dem reziprok quadratischen Gesetz (d.h. Minderungsrate 1/r2) wie hier bei einer Anordnung von Minderungsraten gezeigt:

Die Intensität einer Lichtquelle kann auch negativ sein. In diesem Fall wird es eine Quelle der Dunkelheit, was, obgleich physikalisch unrealistisch, ein brauchbarer Effekt sein kann ( z.B. um GI Schatten zu "faken" und so zügiger zu rendern.)

Die Minderungsrate bestimmt den Helligkeitsschwund des Lichts pro Entfernungseinheit zum Leuchtkörper. Ein hoher Wert bedeutet, dass das Licht nur nahe an der Quelle sehr hell ist, dann aber schnell schwächer wird, während sich das Licht bei einem niedrigen Wert nur langsam mindert. Ein Wert von Null bedeutet, dass die Helligkeit überall gleich bleibt (das Licht also nirgends schwächer wird)..

Der Radius bestimmt die physikalische Größe des Lichts. Das zeigt nur dann Wirkung, wenn Soft Shadows (weiche Schattierungen) zum Rendern im Raytracer angeschaltet sind: Die Vergrößerung des Lichtdurchmessers bewirkt (zusammen mit der Option im Raytracer-Dialog) weichere Verläufe der Schatten an ihren Rändern.


Als Licht-Typ kann Ambient (Umgebend), Shadowless (Schattenlos) oder Normal gewählt werden. Normal bedeutet, dass das Licht sich naturalistisch verhält, Ambient (Umgebend) bedeutet, das Licht kommt aus allen Richtungen und beleuchtet alle Oberflächen eines Köpers gleichmäßig, Shadowless (Schattenlos) bedeutet, das Licht beleuchtet Oberflächen erwartungsgemäß, stellt aber keine Schatten bereit. Die Bildreihe hier unten zeigt die Unterschiede dieser Einstellungen jeweils mit gleichbleibender Lichtintensität und Minderungsrate:



3.2. Gerichtete Lichtquellen

Gerichtete Lichtquellen in AoI sind entfernungsmäßig unbegrenzte Strahlen parallelen Lichts, d.h. das von ihnen abgegebene Licht bewegt sich nur in eine Richtung. Diese hängt von der Ausrichtung der jeweiligen Lichtquelle ab. Es ist wichtig zu wissen, dass das Licht von einem unendlich entfernten Punkt in dieser Richtung zu laufen beginnt, nicht erst ab dem Lampenzeichen, wie unten erkennbar ist. Diese Zeichen sind vielmehr nur dazu geeignet, die Richtung der unendlichen Strahlen festzulegen. Sie könnten auch irgendwo im All platziert sein und hätten immer noch die gleiche Wirkung; nur ihre Ausrichtung ist es, die zählt.
Gerichtete Lichtquellen sind gut zu gebrauchen, um weit entfernte Lichtquellen nachzuahmen, wie die Sonne, als offensichtlichstes Beispiel. Die Lichtstrahlen der Sonne wirken nahezu parallel, wegen ihres winzigen Winkels, den sie selbst noch für den gesamten Erddurchmesser zur Beleuchtung brauchen. Ebenso mindert sich ihre Intensität für uns nicht merklich, da der Erddurchmesser, verglichen mit dem Weg, den das Licht bereits zurückgelegt hat, gering ist.

Um eine gerichtete Lichtquelle zu erstellen, entweder auf das Licht-Icon und dann in einem Ansichtenfenster klicken und gleichzeitig in der benötigten Richtung ziehen (ohne Ziehen entsteht ein Leuchtpunkt),oder über Objekt → Standardform erzeugen → Ausgerichtete Lichtquelle wählen und Position und Ausrichtung wie angefordert in das Dialogfeld eingeben.

Gerichtete Lichtquellen werden im Ansichtsfenster mit diesem Zeichen angezeigt, dessen feine Strahlen die Richtung des Lichts angeben:



Aufgrund der diesem Lichttyp innewohnenden Einfachheit kann der Bearbeiten-Dialog, der mit einem Doppelklick auf das Objekt, oder über Objekt → Objekt bearbeiten aufgerufen wird, lediglich mit 2 Eigenschaften aufwarten, die angegeben werden können:

Farbe ermöglicht die Farbe des ausgestrahlten Lichts mit den üblichen 3 Farbeinstellungsbalken HSV/ RGB/ HLS zu bestimmen.

Intensität legt die Helligkeit (Intensität) des Lichts fest. Dieser Wert ist bei gerichtetem Licht unabhängig von Position oder Entfernung.

Kantenradius legt physikalische Maße des Lichts fest. Das wirkt sich nur aus, wenn Soft Shadows (weiche Schattierungen) zum Rendern im Raytracer angeschaltet sind: Die Vergrößerung des Kantenradius' bewirkt (zusammen mit der Option im Raytracer-Dialog) weichere Verläufe der Schattenränder.

Typ entspricht den Wahlmöglichkeiten, wie sie für Leuchtpunkte oben bereits erläutert wurden.






3.3. Bündelbares Licht / Spotlicht

Spot-Lichtquellen erzeugen einen wie mit einer Sammellinse bündelbaren Lichtkegel. Sie werden erstellt mit Objekt → Grundform erstellen → Spot-Lichtquelle und anschließender Festlegung von Position und Ausrichtung.

Spot-Lichtquellen sehen im Ansichtsfenster so aus:
Das zeigt die Ausrichtung des Lichtkegels deutlich.

Einmal erstellt, können Spotlichter entweder per Doppelklick in der Objektliste oder natürlich über das obere Menü Objekt → Objekt bearbeiten im entsprechenden Dialog (wie unterhalb zu sehen) bearbeitet werden:

Kegelwinkel ist der Bereich der Winkelöffnung des Lichtstrahls. Ein kleiner Wert erzeugt einen schmalen Lichtkegel.

(radiale, 1./obere) Abfallrate bestimmt die Minderungsrate des Lichtkegels von seiner Mitte aus zu seinem Rand hin (so kann man Lichtkreise mit weichen Kanten erzeugen). Ein Wert von 0 bedeutet keinerlei Minderung. Das Licht hat deshalb einheitliche Intensität innerhalb seines Kegels, außerhalb dessen ist diese Null (somit bildet der Kegelrand eine harte HellDunkel-Kante). Die (schematische) Vorschau des Dialogs zeigt die Einstellungen des Lichtkegels direkt an.

Radius betrifft die physikalische Größe des Lichtes und beeinflußt ausschließlich die Option "Weiche Schattierungen" in den Render-Optionen (siehe Rendern).

Farbe, Intensität, (2./untere) Abfallrate (Minderungsrate) und Typ entsprechen den für Punktlichtquellen dargelegten Einstellmöglichkeiten.


Die folgenden Beispiele zeigen die Wirkungen von Veränderungen bei Kegelwinkel und (radialer) Minderungsrate:



ZIELGENAUE SPOTLICHTER

Oft ist die Möglichkeit brauchbar, das Spotlicht zielgenau auszurichten, um einen bestimmten Teil der Szene zu erleuchten. Nachfolgend gibt es 2 hilfreiche Hinweise, die das ermöglichen:

1. Benutzen einer "SpotCam"

Erstellen Sie Ihr Spotlicht via Objekt → Grundform erstellen → Spot-Lichtquelle, und akzeptieren Sie die Standardwerte. Jetzt erstellen Sie eine Kamera dazu und akzeptieren ebenfalls die Standardwerte. Beide haben jetzt dieselbe Position und Ausrichtung. Machen Sie die Kamera (vielleicht als 'Spotcam1' benannt,) zum Kind-Objekt des Spotlichts (schieben sie die Kamerabezeichnung (hier: Spotcam1) in der Objektliste direkt unter das Spotlicht, so, dass der Pfeilzeiger dabei etwas nach rechts einrückt (siehe auch hier für weitere Einzelheiten), nun wird diese Kamera folgen, wohin auch immer man den Spot verschiebt, oder worauf man ihn ausrichtet. Um nun zu sehen, wohin das Spotlicht deutet, wird eines der Ansichtenfenster so eingestellt, dass es die Sicht der 'Spot-cam1' anzeigt. Drehen und schieben Sie Ihren Spot jetzt, die Kamerasicht wird Ihnen wiedergeben, was der Spot gerade anleuchtet. Bewegen sie den Spot so lange, bis der entsprechende Szenenausschnitt im 'Spotcam1-Fenster' sichtbar ist. Ihr Spotlicht weist nun in die richtige Richtung.

2. Verwendung einer Begrenzungs-Spur

Animationsspuren haben Anwendungsmöglichkeiten auch außerhalb der reinen Animation, hier kommt ein Beispiel dafür. Bei Nutzung dieser Methode haben wir die Möglichkeit, das Spotlicht (oder auch eine Kamera) dauerhaft auf ein bestimmtes Objekt zu richten (bei anderen Softwarepaketen heißt das auch "Look-at".)

Erstellen Sie in üblicher Weise ein Spotlicht. Klicken Sie auf Animation → Zeitlinie anzeigen, wählen Sie das Spotlicht an und gehen Sie dann auf Animation → Spur zu markierten Objekten hinzufügen → Begrenzen (Constraint). Jetzt das Spotlicht dort positionieren, wo man es haben möchte, und ein Null-Objekt erstellen, das das Ziel für das Spotlicht darstellt. Das Null-Objekt nun so positionieren, wie es gewünscht ist. Dann wieder das Spotlicht auswählen und die Constraint (ist im Zeitstreifen nicht übersetzt!) -Spur doppelklicken. In der sich öffnenden Dialogbox den Wert "Orientierung" auf Z-Achse setzen und den Schalter rechts, "Sieht auf ..." (sollte "faces towards" heißen), wählen, dann auf Zusammenstellung klicken und das Null-Objekt (oder ein anderes Zielobjekt) auswählen. Mit OK und nochmal OK den Dialog verlassen und in die Szene zurückgehen. Das Spotlicht sollte nun in Richtung des Null Objektes zeigen (falls noch nicht: Einfach mal den Zeiger des Zeitsteifens ein wenig hin- und herrutschen. Das gilt auch insbesondere, wenn man das Null-Objekt verschiebt - der Spot folgt nicht in Echtzeit - man muss die Zeitvorschau mal bewegen, damit der faule Hund die Änderung zeigt ;-).)


3.4. Wandlungsfähige Lichter

Die hier bislang beschriebenen Lichtquellen sind von einfachen physikalischen Eigenschaften bestimmt: ihrer Farbe, ihrer Helligkeit und ähnlichem. Manchmal wünscht man sich etwas Ausgefalleneres. Wie wär's mit einer Lichtquelle, die verschiedene Farben in unterschiedliche Richtungen abgibt? Oder eine, die ein Bild auf eine Wand projiziert? Oder ein Licht, das helle und dunkle Streifen in unterschiedlicher Entfernung zur Quelle erzeugt? All das können Sie mit wandlungsfähigen oder prozeduralen Lichtquellen machen.

Nach Erzeugung der Lichtquelle (Objekt → Standardform erzeugen → Prozedurale ... ) kann sie entweder mit Doppelklick in der Objektliste, oder durch Anwahl und Klicken von Objekt → Objekt bearbeiten in der oberen Menüleiste (weiter) eingerichtet werden. Das erscheinende Fenster wird in etwa wie dieses aussehen:

Dies ist ein Verfahrens- oder Prozeduren-Editor. Die 'Farbe' (Color) und 'Intensität' (Intensity) -Kästchen rechts sind die Eigenschaften der Lichtquelle an einem Ort im Raum: ihre Farbe und ihre Intensität (Helligkeit). Man kann genau bestimmen, wie jene Eigenschaften berechnet werden sollen. Das tut man, indem man eine mathematische Vorgehensweise erstellt, die die X-, Y- und Z-Koordinaten eines Punktes im Raum nimmt (bestimmt im lokalen Koordinatensystem des Licht-Objektes), und Farbe und Helligkeit an diesem Punkt errechnet. Schauen Sie sich das Kapitel über prozedurale Texturen an, um zu lernen, wie man Prozeduren erstellt.

Klicken Sie die 'Eigenschaften ...'-Fläche zur Bearbeitung der übrigen Eigenschaften dieser Lichtquelle: ihren Radius (Für einen Leuchtpunkt) oder Winkelradius (für eine gerichtete Lichtquelle) und Typ. Das sind genau die gleichen Inhalte wie bei normalen Leuchtpunkten oder gerichteten Lichtern.

Bei normalen gerichteten Lichtquellen spielt es keine Rolle, wo man sie in der Szene platziert, weil sie das gleiche Licht überall erzeugen. Das trifft auf prozedurale gerichtete Lichter nicht notwendigerweise zu: Man kann eine Prozedur aufbauen, die eine Lichtquelle ihre Farbe und Intensität je nach ihrer Position wandeln lässt. In diesem Fall spielt es sehr wohl eine Rolle, wo man die Lichtquelle hintut.

Prozedurale Spotlichter sind( im Menü) deshalb nicht zu finden, weil es das nicht braucht: Man benutzt einfach ein prozedurales Punktlicht, zu dem man eine Prozedur bastelt, die dessen Helligkeit mit einem Winkel wandelbar einschränkt:

  

Wandelbare Lichtquellen sind besonders nützlich zur Erzeugung von 'nicht-physikalischen' Beleuchtungswirkungen, die mit naturalistischen Lichtquellen niemals erzielbar wären. Das ist nicht wirklichkeitsgetreu, klar, aber für eine gestalterische Wirkung kann es sehr brauchbar sein.

Seien Sie zurückhaltend damit, prozedurale Lichtquellen zusammen mit Photonen-Mapping( hier beschrieben) zu verwenden. Photonen-Mapping setzt ein physikalisch stimmiges Beleuchtungsmodell voraus. Wenn Sie es mit einem nicht-realistischen prozeduralen Licht benutzen, können die Ergebnisse unvorhersagbar werden und sind normalerweise nicht das , was Sie wollten.



3.5. Beleuchtungseffekte

3.5.1. Naturgetreue Lichtquellen

Wie bei den meisten 3D-Paketen sind auch in Art of Illusion die Lichtquellen an sich (im gerenderten Bild) gar nicht sichtbar - es wird also in einem Kamerabild, das auf eine Lichtquelle gerichtet ist kein heller Bereich sichtbar. Lichter sind nur im Zusammenwirken mit den anderen Objekten um sie herum wahrnehmbar. In den meisten Fällen ist das hilfreich, da Lichter irgendwo in der Szene gesetzt werden können, ohne sich darum kümmern zu müssen, dass sie gesehen werden könnten, wie in Wirklichkeit.

Manchmal ist es aber dennoch wünschenswert, wirkliche Lichtquellen nachzubilden. Eine 'echte' Lichtquelle nachzuahmen, bedingt 2 Voraussetzungen: (1) Das Objekt muss Licht abstrahlen, das mit seiner Umgebung realistisch reagiert, und (2) muss das Objekt selber "glühen". Im wirklichen Leben sind diese Eigenschaften Ausdruck der gleichen physikalischen Erscheinung (Licht, Wärme, Helligkeit, Strahlung), aber im 3D-Bereich ist das - wie so oft - ganz anders.

Als Erstes sollte man ein Objekt schaffen, das die Lichtquelle darstellt. Das Bild rechts ist ein Beispiel einer Glühbirne, die mit Anwendung des Rotationskörper-Werkzeugs auf eine Kurve erzeugt wurde. Das gerenderte Bild zeigt die Lampe "ausgeschaltet".


Um die Lampe in eine Lichtquelle zu verwandeln, muss eine Lichtquelle in sie eingesetzt werden. Ein Punktlicht ist wohl der beste Typ dafür. Ist die Lichtquelle in der Glühbirne, sollte diese durchsichtig gemacht werden, so das das Licht ausströmen kann. Nur so kann es ja mit der Umgebung zusammenwirken. Die Transparenz dafür kann in der Textur eingestellt werden.

Das Licht wird zwar nun ausgehend von der Glühbirne scheinen, aber die Glühbirne selbst wird deshalb nicht "erglühen" und darum unecht wirken. Um diesen Effekt zu gewinnen, werden diffuse und emissive Farbe dem Objekt zugewiesen. Die diffuse und emissive Farbe im Texturdialog also möglichst so einstellen, dass sie einander und der Lichtfarbe ähneln. Das (nächste) rechte Bild zeigt das Ergebnis dieser Änderungen.

Zu beachten wäre, dass 'soft shadows' zum Rendern eingestellt sein müssen - anderenfalls könnten Bildberechnungsfehler (Artefakte) dadurch auftreten, dass Lichtquellen innerhalb eines Objektes sitzen.

Ein weiteres Beispiel für realistische Beleuchtung ist hier nebenan gezeigt. Die "Lichter" sind Zylinder mit je einem darin plazierten Punktlicht.


Wenn Sie mit Global Illumination (GI), rendern, gibt es noch eine weitere Option; die wäre, ein Objekt mit emissiver Textur direkt zur Lichterzeugung zu nutzen. Mit der GI-Option geben emissive Texturen tatsächlich Licht ab, das, um zu vermeiden, transparente Objekte mit Lichtquellen darin benutzen zu müssen, dienlich sein könnte. Schauen Sie hier für weitere Einzelheiten nach.


3.5.2. Folien, Schatten- & Lichtmasken und Lichtdurchlässigkeit (Kollimation)


Obwohl gerichtete Lichtquellen einfach gehalten sind, sind sie bestens zum Gebrauch bei weiter entwickelten Lichttechniken geeignet. Z. B. ein "Kokolores" genannter Schattenwerfer, oder eine "Cookie" genannte Lichtmaske, beides im Theater- und Filmbereich genutzte Einsätze, um spezielle Licht- bzw. Schattenwirkungen (etwa leuchtender Sternenhimmel oder schattengebendes Baumgeäst) zu erzielen. Im unteren Beispiel wurde solch eine Cookie mit einem 2D-Grafikprogramm erzeugt und als einfaches Zweiton-Bild (schwarz-weiß) gespeichert. Wenn dieses nun im transparenten Kanal in einer Imagemap (Siehe Textur & Material) wie in der Szene unten zum Einsatz kommt, werden nur die Löcher leuchten, die die weißen Bereiche dabei erzeugen, weil nur dort das Licht hindurchgehen kann. Diese Effektart wurde in computergenerierten Filmen für Dinge wie blättergetüpfelten Waldschatten benutzt. Die parallelen Eigenschaften des gerichteten Lichtes sorgen dafür, dass die ausgestanzten Figurenformen erhalten bleiben.



Das 2-Ton-schwarz-weiß-Bild könnte von einer durchscheinenden Bildhülle ersetzt werden, um eine Dia- oder Folienprojektion nachzuahmen.

Die Durchlässigkeit/Kollimation von Lichtquellen kann auch mit guter Wirkung genutzt werden, entweder mittels geometrischer Objekte oder des geschickten Gebrauchs von Texturen. Im folgenden Bild benutzt der Lampenschirm die Technik der Kollimation/(Teil-)Durchlässigkeit um das Leuchten solch einer Lampe nachzuahmen.



Die Bilder hier unten wurden erstellt, indem Lichtquellen in einer Kugel positioniert wurden, der dann eine prozedurale Textur zugewiesen wurde, die kreisförmige transparente Flächen aufweisen. Im linken Bild wurde ein weiße Lichtquelle eingesetzt, im rechten Bild 3 Lichter mit verschiedenen Positionen und Farben (Rot, grün und blau) - alle Bilder wurden mit angeschalteten Soft Shadows gerendert.(Dazu bitte in Rendern) nachschlagen).




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