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Rendern ist der Vorgang, der aus Szene, 3D-Objekten und Beleuchtung 2D-Bilder, oder auch eine Serie von
2D-Bildern erstellt. Das 2D-Bild, das man durch das Rendern erhält, wird aus den Positions- und Einstellungswerten der zur Szene gehörenden Objekte berechnet. Das Programm, (besser der Programmteil,) das (der)
das macht, wird Render-Ausstattung genannt, und zwei davon sind in Art of Illusion standardmäßig verfügbar: Die Raster- und die Raytracer-Ausstattung. (Zusätzlich gibt es einen Vektor-Renderer als Erweiterung
...) Die beiden erstgenannten sind in Kapitel 5.3. und 5.4. im Einzelnen beschrieben. 5.1. Kameras Kameras sind es, die uns den Blickwinkel geben, von welchem das gerenderte Bild abgenommen wird. Eine Szene kann so viele Kameras haben, wie man will, und die Kamera, deren Sicht genutzt werden soll, kann mit den Render-Dialogen festgelegt werden. 5.1.1. Kamera Optionen Bevor wir uns die Einzelheiten des Renderns ansehen, sollten wir uns mit den für jede Kamera in der Szene verfügbaren Optionen vertraut machen. Doppelklicken auf eine Kamera in der Objektliste, Objekt → Objekt bearbeiten, oder rechter Mausklick und Objekt bearbeiten, öffnet einen Dialog, der so aussieht: |
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Es gibt 3 Parameter, die für jede Kamera gesetzt werden können: Blickfeld (Field of View): Das ist der senkrechte Winkel, den die Kamera 'sehen' kann. Dieser Wert geht von 0° bis zu 180°. Der waagerechte Sicht-Winkel wird vom Seitenverhältnis des Bildes bestimmt. Durch Verstellen dieses Kennwertes können interessante Wirkungen erzielt werden. Die Beispiele unten wurden, durch Änderung des Blickfeld-Wertes und Heranzoomen ans Objekt erreicht: ![]() |
Tiefe des Schärfebereiches (Depth of Field, in der Box irreführend mit Tiefenunschärfe übersetzt ):
Das ist der (gleichteilige) Abstand vor und hinter dem Brennpunkt (dem Fokus), der 'im Fokus' (also scharf
abgebildet) bleibt. Alles außerhalb dieser Spanne (davor wie dahinter) wird (mehr oder minder) unscharf
wiedergegeben. Das wirkt sich im gerenderten Bild nur dann aus, wenn bei der Kamera der Schärfentiefe-Filter verwendet oder im Render-Dialog Sichtweite (eigentlich: Schärfentiefe, Schärfeverteilung )
angehakt wird (derzeit unterstützt diese Möglichkeit nur die Raytracer-Ausstattung). Brennweite (Focal Distance): Das ist die Entfernung in der die Abbildungsschärfe am größten ist. Wie die Sichtweite (eigentlich: Schärfentiefe) kann sie sich nur auswirken, wenn deren Option im Raytracer- Dialog mit Häkchen versehen ist. Das Anhaken der Option Perspektive entscheidet, ob das Bild in perspektivischer oder paralleler Darstellung gerendert wird.
Um Kamera Filter soll es im nächsten Kapitel gehen.
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Kamerafilter sind eine Möglichkeit ein Render-Bild bei der Erstellung zu überarbeiten, d.h. sie sind 2D-Effekte, die auf das vom Renderer erzeugte Bild angewendet werden. Kamerafilter können über die Kamera-Optionen Dialogbox aufgerufen werden. Auf die Schaltfläche ![]() |
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Links ist eine Liste, die die verfügbaren Kamerafilter anzeigt. Zur Zeit (Februar 2015) stehen 20 Filter zur Wahl. Zum Anwenden eines Filters markiert man ihn in der Liste und klickt auf Hinzufügen >>. Das setzt den ausgewählten Filter in die rechte Liste.
Filter dieser rechten Liste werden der Reihe nach von oben nach unten auf das Bild angewendet. Sie können so viele Filter in der Liste haben, wie Sie möchten und deren Reihenfolge mit den Hinauf und Hinunter
Schaltflächen umschichten. Filter können auch (markiert und) mit Löschen aus der rechten Liste wieder
entfernt werden. |
Werden Filter der rechten Liste markiert, sind ihre Werte im unteren Feld der Dialogbox links zur Anpassung
verfügbar. Zum Beispiel sind die Kennwerte des Glühen Filters Radius, Intensität und Form. Rechts in der Dialogbox gibt es eine Vorschau des gerenderten Bildes. Die Rendermaßgaben für diese Vorschau können über Vorschau konfigurieren eingestellt werden, da dies einen Dialog mit den meisten der üblichen Optionen zum Rendern öffnet. Die meisten Filter sind soweit selbsterklärend, und eine Vorschau ist im Dialog verfügbar, so dass die Effekte fein eingestellt werden können. Das Beispiel unten zeigt eine Sepia-Tönungswirkung, erreicht mit (Farb-)Sättigung-, Farbton- und Helligkeit-Filtern. ![]() Das nächste Beispiel hier unten zeigt die Benutzung des Outline-Filters (und des Unschärfe-Filters). Der Outlinefilter zieht Linien um Objektkonturen, die sich in Ihrer Dicke einstellen lassen. Es gibt 4 Werte für diesen Filter: Dicke (Thickness) - das ist die Dicke der gezogenen Linie, dann Change Cutoff und Distance Cutoff, die steuern, wie und wann Linien gezeichnet werden. Die Farbe (Color) ist die der gezogenen Linie. ![]() Der Exposure correction (= Bildkorrektur) Filter ist nützlich bei Global Illumination-Szenen. Er wendet eine Gamma Korrektur beim gerenderten Bild an, was dunkle Bereiche deutlich verbessern kann, wie hier unten gezeigt: (Für hochauflösende Bilder gibt es auch den HDR Exposure Correction Filter.) ![]() Der Rauschreduktion-Filter wird verwendet, um das Rauschen in Teilen eines Bildes zu verwischen. Der Filter wendet 'intelligente' Glättung auf die Bildbereiche an, die das brauchen, während er gewünschte Bildeigenschaften beibehält. Rauschreduktion steuert, wieviel Unschärfe angewendet wird. Je größer die Zahl, desto stärker die Glättung. Ein Beispiel ist unten gegeben. All diese Bilder wurden mit Minimum 4 Strahlen, Maximum 32 Strahlen gerendert und verschiedene Filterungsstufen darauf angewendet. Wie man erkennt, kann dieser Filter wirksam feines Rauschen unter Beibehaltung der Schlüsselelemente der Szene ausglätten. Zu viel Filterung jedoch beginnt die erwünschten Eigenschaften zu betreffen.
Der Schärfentiefe-Filter (derzeit mit 'Tiefenunschärfe' bezeichnet) läßt Teile des Bildes unscharf werden, abhängig davon, wie weit sie von der Kamera entfernt sind. Eine Möglichkeit die Schärfentiefe-Wirkung zu erzeugen, in der die Kamera auf eine feste Entfernung 'scharf gestellt' / 'focussiert' ist, während nähere oder entferntere Objekte 'verschwommen' und unscharf sind. (Diese Wirkung kann auch mit der Raytracer-Option Schärfentiefe (derzeit mit 'Tiefenunschärfe' bezeichnet) erreicht werden. Der Raytracer erzeugt eine physikalisch zutreffendere Schärfentiefe-Wirkung, ist aber wesentlich langsamer als dieser Filter.)
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Ambient-Farbe bestimmt die Farbe und die Intensität des Umgebungslichtes, das aus keiner bestimmten Quelle kommt, sondern aus
allen Richtungen gleichmäßig. Umgebung bestimmt den Hintergrund, der eine Farbe oder eine Textur sein kann. Um eine Farbe zu setzen, wählt man durchgängige Farbe aus dem Ausklappmenü und klickt das darunter liegende Farbfeld an, um die Farbe zu bestimmen. Um eine Textur zu setzen, wählt man Textur - Diffus (unscharf) oder Textur-Emissiv (ausstrahlend) aus dem Menü. Klicken Sie auf ![]() Environment Fog (Umgebungsnebel) erstellt eine gleichmäßige Nebelwirkung. Die Nebelfarbe bestimmt dabei den Farbton des Nebels nach Nutzung des üblichen Farbwählers. Die Lichtmenge die bis zur Kamera von einem Punkt mit Abstand r zur Kamera durchdringt, ist gegeben von e-r/d wobei d die Nebelentfernung ist. Objekte, die dichter an der Kamera als d sind, werden vom Nebel verhältnismäßig unverschleiert bleiben. Die besten Effekte erzielt man, wenn die Nebelfarbe der Umgebungsfarbe (= Ambient-Farbe) gleicht. |
Einziger Vorzug der Raster-Ausstattung gegenüber der Raytracer-Ausstattung ist ihre Geschwindigkeit, doch
sollten Sie bedenken, das die Raster-Ausstattung weder Schatten noch Reflektionen wiedergeben kann. Ein Raster Renderer arbeitet, indem er Dreiecke auf den Bildschirm malt. Jedes Objekt wird in dreieckige Einheiten unterteilt, eine Umwandlung wird ausgeführt, um die Position jedes Dreiecks im Bild genau zu berechnen, dann wird seine Fläche gefüllt. Die Farbe eines Punktes in diesem Dreieck wird von der Textur an diesem Punkt und dem Licht, das an ihm die Oberfläche trifft, bestimmt. Es gibt 2 Standard-Rechenvorschriften, die von Art of Illusion zur Berechnung davon bereitgestellt werden: Gouraud-Abtönung (= Gouraud Shading) und Phong-Abtönung (= Phong Shading). Gouraud Shading berechnet das Licht, das jeden Eckpunkt des Dreiecks erreicht und mittelt/interpoliert diese Werte, um einen Schätzwert des Lichtes für jeden Pixel zu finden. Phong Shading interpoliert zur Schätzung die Oberflächennormale jedes Punktes und nutzt das, um das gesamte Licht, das an diesem Punkt die Oberfläche trifft, ausfindig zu machen. Gouraud Shading arbeitet schneller, jedoch weniger genau und besonders schwach bei glänzenden Oberflächen. Die Raster-Ausstattung kann - wie bereits erwähnt - keine Schatten und Reflektionen rendern - man wird zu diesen Belangen also auf den Raytracer zurückgreifen müssen. Um eine Szene mit der Raster-Ausstattung zu rendern, klickt man Szene → Szene rendern und wählt den Raster-Renderer im Ausklapp-Menü oben rechts in der erscheinenden Dialogbox: |
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Breite und Höhe legen die Maße (in Pixel) des 2D-Bildes fest, das erstellt wird. Die gewählte Kamera legt fest, welche Ansicht gerendert wird. Diese Ansicht kann als Vorschau ausgegeben werden, indem man die entsprechende Kamera im Ausklapp-Menü eines Ansichtenfensters markiert. Man kann wählen, ob nur ein Single Image (= Einzelnes Bild) oder ein Movie (= Film) gerendert werden soll. Die Movie-Option erzeugt eigentlich eine Reihe von aufsteigend durchnummerierten Einzelbildern, die in vielen Grafik-(Video)paketen zu einem Videofilm zusammengesetzt werden können. Lesen Sie unter Animation weitere Einzelheiten zum Rendern eines Films. Die nächste Feldergruppe des Dialogs, also Startzeit, Endzeit, Bilder/Sek und Bilder/Frame (Mehrfachbelichtung) ist ganz der Animation gewidmet (Ausnahme: ein "mehrfachbelichtetes" Einzelbild). Lesen Sie in dem entsprechenden Kapitel weitere Einzelheiten hierzu. |
Oberflächengenauigkeit bestimmt mit welcher Genauigkeit die Geometrie der Szene gerendert wird. Je geringer der Wert, desto besser die Genauigkeit. Der Wert stellt eigentlich den Spielraum dar, innerhalb dessen
die Dreiecke, die die Oberfläche darstellen, sich zur tatsächlichen Oberfläche befinden. Bedenken Sie daher,
dass dieses Mehr an Genauigkeit zusätzliche Renderzeiten bedeutet. Hier sind einige Beispiele, die die Oberflächengenauigkeit mit verschiedenen Werten durchspielen: Es sollte nie notwendig werden, die Oberflächengenauigkeit unter 0.005 zu setzen.![]() Schattierungsmethode ist entweder Gouraud, Phong oder Hybrid. Die beiden ersten sind oben bereits erläutert worden. Die Hybrid Option benutzt eine Kombination beider; Gouraud für die diffusen Reflektionen und Phong für die spiegelnden Glanzlichter. Das bringt Ergebnisse, die ein Zwischending beider Methoden in Geschwindigkeit und Qualität bieten. Ein einfaches Beispiel ist hier unten zu sehen: ![]() Übergeordnete Abtastung (Supersampling) ist eine Methode, die glatter wirkende Bilder erzeugt, indem sie die gesamte Geometrie ('Alles') oder die 'Kanten', die zu Stufenbildung neigen, einer überformenden Abtastung unterzieht. Der Bereich dieser Zusatzabtastung kann entweder 2x2 Pixel oder 3x3 Pixel groß sein. ![]() Transparenter Hintergrund (Transparent Background) Diese Option erstellt einen durchsichtigen Hintergrund, d.h. sie fügt dem Bild einen Alphakanal an (wenn es im TIFF Format gespeichert wird). Ein 2D-Bildbearbeitungs- oder Videoprogramm sollte dann dazu gebracht werden können, diese Informationen (als Alphakanal oder Maske) zu nutzen. Es gibt zudem erweiterte Einstellungen. Ein Klick auf diese Schaltfläche öffnet dazu folgende Dialogbox:
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Texturglättung belegt alle Texturen der Szene mit Antialiasing, um Einzelheiten, die (im Endbild) kleiner als ein Pixel sind, zu entfernen. Damit werden Probleme vermieden, die durch zu geringe oder überzogene Glättung in Renderer oder Textur auftauchen können. Ein Wert von 1 ist der Standardwert der Glättung. Werte grösser als 1 glätten mehr - Werte kleiner als 1 weniger. Genauigkeit für entfernte Objekte reduzieren Ist diese Option angehakt, haben entferntere Objekte eine geringere Oberflächengenauigkeit, als die (kamera)nahen. Das gewährt bestmögliche Programmleistungen bei kaum wahrnehmbaren Unterschieden der Ausgabequalität. Rückflächen ausschließen Die Dreiecke, die von der Ausstattung Raster 'gemalt' werden, haben eine Vorder- und eine Rückseite. Normalerweise sind die Rückseiten nicht zu sehen, und das Rendern läßt sich beschleunigen, wenn sie nicht errechnet werden müssen. In manchen Fällen jedoch, etwa (durchscheinende Objekte, oder) innerhalb geschlossener Objekte sind diese Rückseiten sichtbar, und das Häkchen vor dieser Option sollte dann entfernt werden. |
'High Dynamic Range' Image generieren Ist diese Option ausgeschaltet (= nicht angehakt), wird das Bild im RGB-Farbprofil mit Rot-, Grün- und Blauwerten im jeweiligen Bereich zwischen 0 und 255 ausgegeben. Das begrenzt die Spanne der in einem Bild verfügbaren Farbsättigungen. Das Anhaken/Einschalten dieser Option erzeugt hingegen im gerenderten Bild Pixeldaten mit Gleitkommagenauigkeit, was tatsächlich eine unbegrenzte Spanne für Farben/Sättigungen zuläßt. Das ist natürlich nur des Ausführens wert, wenn das zur Speicherung des/der gerenderten Bildes/Bilder genutzte Format Gleitkomma (und damit die Fülle an) Farben unterstützt, das bedeutet *.hdr . 5.4. Ausstattung Raytracer Ein Raytracer "schießt Strahlen" vom Betrachterstandpunkt in die Szene. 'Er' entscheidet welche Farbe einen Bildpunkt/Pixel bildet, indem er eine gerade Linie vom Kamerastandpunkt durch den Punkt der Abbildungsebene, der jenem Pixel entspricht, verfolgt und prüft, ob sie auf irgendein Objekt trifft. Ist das der Fall, wird der getroffene Punkt untersucht. Der Raytracer geht Strahlen zu jeder Beleuchtungsquelle nach, um zu sehen ob auf dem Weg etwas ist. Ist das Objekt transparent, nutzt er den (eingestellten) Brechungsindex zur Bestimmung der "vermittelten Strahlenrichtung" und folgt dann einem Strahl in jener Richtung. Ist ein Objektglänzend, stellt er die "Ausrichtung des zurückgeworfenen Strahls" fest und verfolgt schon einen anderen Strahl in entsprechender Richtung. Und trifft dieser Strahl seinerseits ein Objekt wird er gleich wieder weiteren Strahlen folgen. Um eine Szene mit der Ausstattung Raytracer (Stand 2012: inzwischen bietet AoI auch den wesentlich schnelleren Advanced Raytracer standardmäßig) zu rendern, wählt man Szene → Szene rendern und wählt Raytracer (bzw. Advanced Raytracer) aus dem Aufklapp-Menü rechts oben in der geöffneten Dialogbox: 5.4.1. Raytracer grundlegende Render-Optionen. |
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Die Breite und Höhe bestimmt die Größe (in Pixel) des 2D Bildes das erstellt wird. Die gewählte Kamera legt fest welcher Blickwinkel gerendert wird. Diese Ansicht kann nach Markieren der entsprechenden Kamera im Aufklapp-Menü eines Ansichtenfensters als Vorschau betrachtet werden. Man kann wählen, ob nur ein Single Image (= Einzelnes Bild) oder ein Movie (= Film) gerendert wird. Die Movie-Option erzeugt entweder eine Reihe von aufsteigend durchnummerierten Einzelbildern, (die in vielen Grafik-(Video)paketen zu einem Videofilm zusammengesetzt werden können), oder ein Quicktime-Video. (Zur leichteren Nachbearbeitung empfehlen die Übersetzer Einzelbilder.) Lesen Sie unter Animation weitere Einzelheiten zum Rendern eines Films. Die nächste Feldergruppe des Dialogs, also Startzeit, Endzeit, Bilder/Sek und Bilder/Frame (Mehrfachbelichtung) ist ganz der Animation gewidmet (Ausnahme: ein "mehrfachbelichtetes" Einzelbild). Lesen Sie in dem entsprechenden Kapitel weitere Einzelheiten hierzu. |
Oberflächengenauigkeit bestimmt mit welcher Genauigkeit/3D Auflösung die Geometrie einer Szene
gerendert wird. Je niedriger der Wert, desto genauer. Bedacht werden sollte, dass ein Mehr an Genauigkeit
zusätzliche Renderzeiten erfordert. (Es sollte nie nötig werden die Oberflächengenauigkeit unter 0.001 zu
setzen.) Hier folgen drei Beispiele, die die Wirkung einer Änderung der Oberflächengenauigkeit zeigen:![]() Antialiasing Aliasing heißt die Auswirkung, die schräge oder gebogene Kanten stufig aussehen und dünne Linien brechen läßt. Sie ist im Grunde zu spärlicher Strahlenabtastung jedes Pixels geschuldet. Antialiasing ist ein Verfahren, diese Mängel auszugleichen, das hauptsächlich auf zusätzlicher Abtastung beruht und das auf jene Bereiche angewendet wird, die besonders zum Stufen neigen. Art of Illusion ermöglicht 2 Grade von Antialiasing: Medium und Maximum. Maximum Antialiasing bringt normalerweise bessere Ergebnisse als Medium, darum erhält es meist den Vorzug. In seltenen Fällen könnte es sehr feine Einzelheiten zu unscharf aussehen lassen, dann kann man auf Medium ausweichen. Man kann auch die Zahl der zum Antialiasing verwendeten Strahlen ändern. AoI nutzt anpaßungsfähige Abtastverfahren, die die Zahl der Strahlen in den Bereichen erhöhen, die das erfordern. Die geringste und größte Zahl der (zusätzlich benutzten) Strahlen kann zwischen 4 und 1024 festgelegt werden. Die Zahl der Minimalen Lichtstrahlen/Bildpunkt und der Maximalen Lichtstrahlen/Bildpunkt weiter unten in der Dialogbox zu erhöhen, wird das Ergebnis verbessern,verlängert aber, was bedenkenswert bleibt, natürlich auch die zum Rendern benötigte Zeit. Der Antialiasing-Wert und damit die benötigte Strahlenzahl, die einzustellen ist, hängt sehr vom Bild (und den verwendeten Besonderheiten) ab. Das untere Beispiel zeigt 2 Grade von Antialiasing, jeden mit anderen Min./Max. Strahlen-Vorgaben: ![]() In den meisten Ausgangslagen sollten Min 4, Max 16 Strahlen hinreichend Antialiasing schaffen. Weitere Strahlen sind aber für Wirkungen wie weiche Schatten, Schärfentiefe oder Glanz/ Lichtdurchlässigkeit je nach Verwendung durchaus notwendig. Das Minimum kann üblicherweise wesentlich niedriger gesetzt werden als das Maximum. Schärfentiefe (derzeit mit 'Tiefenunschärfe' bezeichnet) Diese Option anzuhaken, bringt die Brennweite und die Schärfentiefe der Kamera Optionen zu wirklich fotorealistisch gestalteten Wirkungen ins Spiel. Nur Geometrie im Bereich von Brennweite +/- (je halber) Schärfentiefe wird scharf dargestellt. Je weiter ein Objekt von diesem Bereich entfernt ist, desto unschärfer/verschwommener wird es. Die Brennweite und Schärfentiefe jeder Kamera wird von deren Kamera Optionen gesteuert. Das untere Beispiel zeigt einige Bilder mit unterschiedlichen Kamera-Werten: ![]() Glanz/Lichtdurchlässigkeit Glanz ist hier ein Begriff für die verschwommenen Reflektionen die durch die Rauheit einer Objektoberfläche bzw. ihrer Textur bedingt sind. Lichtdurchlässigkeit ist die Veränderung des von einem durchscheinenden Objekt übermittelten Lichts, abhängig von der Wolkigkeit (Dunstigkeit) der Textur bzw. des Materials. Unter Gleichförmige Texturen bzw. Gleichförmige Materialien finden Sie weitere Einzelheiten. Die folgenden 4 Bilder geben Beispiele für Glanz (Gloss) auf einer leicht aufgerauhten metallischen Oberfläche. Beachtenswert wäre, das von den Min Lichtstrahlen/Bildpunkt und den Max Lichtstrahlen/ Bildpunkt bei größerer Rauhigkeit (auch) mehr benötigt werden, um ein gefälliges Ergebnis zu erhalten: ![]() Weiche Schatten Diese Option anzuhaken, ermöglicht, wirklichkeitsgetreuere Schatten mit weichen Randübergängen zu erzeugen. Derartige Schatten entstehen durch ein begrenztes Ausmaß der Lichtquelle, die für gewöhnlich als punktartig angenommen wird. Eine Änderung der Lichtquellengröße (Radius bei Punkt- und Spotlichtern, Winkelradius bei gerichtetem Licht) macht die Schattenverläufe weicher, wie man unten erkennt. Beachtenswert ist (wiederum), dass die Min Lichtstrahlen/Bildpunkt und Max Lichtstrahlen/Bildpunkt mit wachsendem Lichtradius (gleichfalls) mehr werden müssen, um ein gefälliges Ergebnis zu erwirken: ![]() Sowohl für Glanz/Lichtdurchlässigkeit als auch für weichen Schatten, bestehen zwei Möglichkeiten, über die die Zahl der zur Abtastung der Wirkung benutzten Strahlen erhöht werden kann. Als Erstes kann man die Zahl der 'ursprünglichen Strahlen' die durch jeden Bildpunkt/Pixel geschickt werden, durch Heraufsetzen der Eingabe bei Max Lichtstrahlen/Bildpunkt erhöhen. Als Zweites, kann man dem Raytracer durch Anpassung der Eingabe bei Lichtstrahlen zur Abtastung auftragen, mehrfache Strahlen lediglich bei der Abtastung der interessierenden Wirkung zu verwenden. Die zweite Möglichkeit dürfte schneller sein, da sie lediglich für die eine Wirkung zusätzliche Strahlen erzeugt. Andererseits ist sie nicht anpassbar (wie es die ursprünglichen Strahlen sind), so dass diese zusätzlichen Strahlen immer erzeugt werden, selbst wenn sie nicht gebraucht werden (wie beim Rendern weicher Schatten in einem Bildteil, der weit entfernt von irgendwelchen Schatten werfenden Objekten ist). Das bedeutet, dass diese Möglichkeit genauso gut langsamer sein kann. Man muss mit diesen Einstellungen herumprobieren, um zu sehen, welche Zusammenstellung das schnellste Rendern einer bestimmten Szene ergibt. Die Raytracer-Dialogbox erlaubt auch noch weitere Wirkungen, die über folgende 3 Schaltflächen zugänglich werden: ![]() ![]() ![]() 5.4.2. Umgebungslicht, Lichtbündelungsreflexe & Streuschichtstrahlung (SSS) Die Schaltfläche ![]() ![]() Umgebungslicht/Globale Ausleuchtung (GI) Umgebungslicht/Globale Ausleuchtung (= Global Illumination) (GI) ist eine Methode, um von Oberflächen zurückstreuendes Licht nachzuahmen. In der Praxis bedeutet dies, das Oberflächen, die in enger Nachbarschaft liegen, einander Licht "zuschubsen" (können, das sie selbst erhalten). Im unteren Beispiel strahlt ein Spotlicht unmittelbar auf die rote Kugel in der Kiste. Links ist die Szene ohne GI und mit einem Punktlicht über den Objekten gerendert; kein rotes Licht wird von der Kugel auf die Kistenwand übertragen, wie es in Wirklichkeit zu erwarten wäre. In der Mitte, mit angeschaltetem GI, gibt es einen roten Hauch auf der Kistenwand, der von dem zurückgestreuten Licht der Kugel stammt. Die Menge des gestreuten Lichtes hängt von den Einstellungen des Umgebungslichtes Ambient Color Optionen) und der diffusen Farbe des Objektes, von dem Licht zurückstreut, ab. ![]() Wenn GI benutzt wird ist es auch möglich den Umgebungshintergrund als Lichtquelle zu nutzen, wie rechts oben gezeigt. |
Diese Technik ist sehr wirkungsvoll wenn man das Licht eines bewölkten Tages darstellen möchte (wie im Beispiel unten) oder eine Innenraumszene mit großen Oberlichtquellen. | Zudem wird mit eingeschaltetem GI auch von emissiven Texturen wirklich Licht abgegeben. Das emittierte Licht kann mit der Funktion "Gewichten" (Scale) verstärkt werden. Lesen Sie weitere Einzelheiten hier. |
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Umgebungslicht (GI) wirksam zu nutzen, erfordert das Gleichgewicht mehrerer Faktoren. Grundsätzlich: Halten Sie die diffusen Farben dunkler als normal, und verwenden Sie eine beinahe schwarze Umgebungsfarbe.
Hellen Sie Lichtquellen (wenn genutzt) auf und verwenden Sie viele Lichtstrahlen/Pixel um ein gefälligeres
Bild zu erzeugen. Es gibt in Art of Illusion 4 Methoden, GI zu berechnen, wie in der Optionenliste oben dargelegt: Monte Carlo, Ambient Occlusion (Umgebungsabsorption), Photonen-Mapping (Kartierung) (Direkt) oder Hybrid. Die Monte Carlo Methode fügt gestreute (oder diffus reflektierte) Lichtstrahlen dem Raytracing Algorithmus hinzu. Diese Lichtstrahlen werden in zufällige Richtungen abgegeben und können - wenn genug Max. Lichtstrahlen/Pixel verwendet werden, das vollständige einfallende Licht ermitteln, das von anderen als den normalen Lichtquellen kommt. Die Glättung des Ergebnisbildes wird durch die Anzahl der Lichtstrahlen gesteuert, die in der Raytracer-Dialogbox gesetzt werden, bzw. wirksamer mit dem Wert von Lichtstrahlen zur Abtastung der Umgebung in der Ausleuchtung-Dialogbox. In beiden Fällen steigt die Ansehnlichkeit des Bildes, je mehr Strahlen verwendet werden. Der Unterschied ist, dass die Anhebung der Min/Max Strahlen im Raytracer Dialog die Zahl der über den ganzen Rendervorgang verwendeten Strahlen erhöht, während die Vermehrung der Lichtstrahlen zur Abtastung der Umgebung nur die Zahl der Strahlen erhöht, die zur Auswertung der GI gebraucht werden, was schnelleres Rendern für den gleichen Betrag GI-Rauschen ergibt. Globale Ausleuchtung Monte Carlo ![]() Wenn Hintergrundbilder für IBL (Bild/Image-basierte-Lichtgebung) genutzt werden, ist auch die auf das Bild angewendete Glättung wichtig (siehe Zusätzliche Glättung für Globale Ausleuchtung weiter unten). Ambient Occlusion (= Umgebungsabsorption) ist eine vereinfachte Fassung der Monte Carlo GI Rechenvorschrift. Während Monte Carlo weiter alle Strahlen verfolgt und berechnet, die gestreut und rückgestreut werden, bis sie die Szene verlassen (oder zu schwach werden) - bestimmt Ambient Occlusion keine diffusen Zwischen-Reflektionen, mit dem Ergebnis, dass kein "Ausbluten" von Farben geschieht. Dennoch erlaubt Ambient Occlusion, Szenen allein über die Umgebung oder emissive Objekte zu beleuchten, wie in den Monte Carlo- gegenüber den Ambient Occlusion-Bildern hier unten gezeigt: Ambient Occlusion ist auch schneller. ![]() Photonen Mapping (Direkt) ist ein weiterer Weg um GI zu errechnen. Bei dieser Methode wird eine GI Photonenkartierung, aufgebaut aus den Pfaden einzelner, von jeder Lichtquelle (und Objekten mit emissiven Texturen) ausgesandter Photonen. Die Anzahl der Photonen, die so insgesamt 'verspurt' werden, wird mit der Gesamtzahl Photonen in der Ausleuchtung-Dialogbox festgelegt. Wie man erwarten könnte, je mehr Photonen benutzt werden, desto genauer wird die Photonenkartierung. Allerdings braucht die Erhöhung dieses Wertes mehr (Arbeits-)Speicher und Zeit zum Rendern. Die Photonenkartierung wird dafür gebraucht, das Licht an jedem Punkt der Szene zu berechnen. Genauer: Um das Rauschen zu reduzieren, wird das Licht über einen gewichteten Mittelwert aus einer bestimmten Zahl von Photonen um diesen Punkt herum (stimmig zur Entfernung von dem Punkt) berechnet. Die zu dieser Berechnung genutzte Zahl Photonen wird mit dem Wert Anzahl der Photonen zur Abschätzung des Lichts in der Ausleuchtung-Dialogbox gesetzt. Die Erhöhung dieses Wertes verringert das Rauschen, könnte aber ein "Verschwimmen" der Photonenkarte verursachen. Das kommt dadurch, dass, um die größere Zahl an benötigten Photonen zu bekommen, notwendigerweise größere Entfernungen von dem Punkt aus abgetastet werden. Auch Darstellungsfehler (Artefakte) können davon verursacht werden, besonders an scharfen Ecken. Diese nachteiligen Wirkungen können durch die Erhöhung der Gesamtzahl Photonen ein wenig verringert werden. Die Tafel hier unterhalb zeigt die Änderung der Bildqualität die mit dem Austausch der 2 Photonenwerte erreicht wird. Wie zu sehen ist, ergibt die Erhöhung der Gesamtzahl Photonen eine schärfere, genauere Kartierung, während die Erhöhung der Anzahl der Photonen zur Abschätzung des Lichts das Rauschen verringert, aber das "Verschwimmen" verstärkt. ![]() Die letzte Methode Globaler Ausleuchtung ist Hybrid benannt. Sie ist eine Verknüpfung von Monte Carlo und Photonenkartierung. Die Monte Carlo Methode wird für die Strahlen benutzt, bevor sie diffus zurückgeworfen werden, die Photonen Methode wird auf Strahlen angewendet, die diffus reflektiert worden sind. Bei dieser Methode wird die Photonenkartierung nur von diffus gestreuten Strahlen "gesehen", was bedeutet, dass die Genauigkeit der Kartierung weniger wichtig ist als die Photonenkartierungsmethode selbst. Das kann unten begutachtet werden; die Bilder sind verhältnismäßig unempfindlich für Änderungen der Photonenzahl: ![]() Lichtbündelungsreflexe/Caustics Wenn diese Option in der Ausleuchtung-Dialogbox angehakt ist, wird eine andere Photonenkartierung berechnet, die nur entweder gespiegelt reflektierte oder mindestens einmal gebrochene Photonen enthält. Das ermöglicht natürliche Lichtbündelungsreflex-Wirkungen, bei denen Licht gebündelt wird und helle Muster und Lichtflecke erzeugt. Wie beim Photonenmapping für Globale Ausleuchtung (GI) können die Zahlen der Gesamten Photonen und zur Abschätzung des Lichts festgeschrieben werden. Die Bildfolge unten zeigt Beispiele. Die Erhöhung der Zahl der Gesamten Photonen (unten die linke Bilderspalte) macht diese Lichtbündelungsreflex-Kartierung genauer. Das Erhöhen der Photonenzahl zur Abschätzung des Lichts (unten die rechte Bilderspalte) verringert anfänglich das Rauschen, beginnt aber, wenn sie zu hoch angesetzt wird, die Abbildung verschwimmen zu lassen. ![]() Streuung durch Materialien Haben Sie Objekte, denen streuendes Material zugewiesen ist, sollte das Licht innerhalb des Objektes gestreut werden. Die Methode, die benutzt wird, um das gestreute Licht zu berechnen, wird hier eingestellt. Innerhalb eines Materials gibt es 3 Möglichkeiten der Streuung: Einfache Streuung, Photonen-Mapping oder Beide. Einfache Streuung: Ein vereinfachter Ansatz wird hier genutzt, der Rechenzeiten verkürzt, zum Preis von geringerer Genauigkeit und weniger naturgetreuer Wirkung. Ein Strahl, der sich durch streuendes Material fortpflanzt, sendet an jeder Stelle einen Strahl zu jeder Lichtquelle aus, um herauszufinden ob der blockiert wird. Das klappt bei Materialien gut, die nur ein kleinwenig streuen, etwa Licht durch einen staubigen Raum, wie unten. In diesem Beispiel wurde ein, mit vollständig durchsichtiger Textur und dem unten links gezeigten Material versehener, den Raum füllender Quader erstellt. Dieses Material ist halbtransparent und hat einen hohen Streuungswert durch die skalierte Streufarbe. ![]() Photonen-Mapping: Diese Methode ahmt Streuschichtstrahlung (Subsurface Scattering/SSS) nach, die unverzichtbar zur naturgetreuen Darstellung von Materialien wie Wachs, Haut, Milch, Marmor usw. ist. Diese Methode erstellt eine Kartierung durch "Beschuß" aller Objekte aus streuenden Materialien mit Photonen, die sie im Objekt herumprallen läßt, um festzustellen wohin sie gelangen. Dies ist langsamer als die Einfache Streuung Methode, außer es gibt eine Menge Lichtquellen, in dem Fall kann diese Methode sogar schneller sein. Allerdings ist es für Fälle wie den Sonnenstrahl im staubigen Raum nicht so gut, da die Kanten des Sonnenstrahls dann nicht sonderlich scharf begrenzt erscheinen. Durch die Photonen-Einstellungen werden Genauigkeit und Gefälligkeit des Ergebnisses beeinflusst, wie im unteren Beispiel veranschaulicht. Es ist ein Versuch Wachs unter Gebrauch von gezeigter/m Textur und Material nachzuahmen. Die Szene besteht aus einem einfachen Objekt, das mit einem Punktlicht innerhalb einer transparenten, aber abstrahlenden Kugel beleuchtet wird (die emissive Eigenschaft der Kugel wird mehr als eine lediglich sichtbare Wirkung denn als eine Licht verströmende Textur verwendet – einzige Lichtquelle der Szene ist der Leuchtpunkt innerhalb der Kugel). Mit Einfacher Streuung erhält man das unnatürliche Ergebnis, das unten in der Mitte rechts gezeigt ist. Der Gebrauch des Photonen Mapping mit verschiedenen Photonen-Zahleingaben liefert weit bessere Ergebnisse. ![]() Beide benutzt eine Kombination des Standardraytracens für einfache und Photonenmappings für mehrfache Streuungen. Theoretisch sollte das die besten Ergebnisse liefern, aber es ist auch die langsamste Methode. 5.4.3. Erweiterte Einstellungen Wie bei der Ausstattung Raster, gibt es auch beim Raytracer Erweiterte Einstellungen. Ein Klick auf die Schaltfläche ![]() |
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Zum Verständnis der hier verfügbaren Optionen müssen wir den Vorgang
'Raytracen' betrachten. Die Ausstattung Raytracer schickt einen Strahl von der Kamera durch jeden Pixel des Bildes und achtet auf Wechselwirkungen mit Objekten auf dem Weg. Wenn der Strahl ein glänzendes oder transparentes Objekt trifft, sendet das mehrere Strahlen aus, die ihrerseits wiederum zu weiteren Strahlen führen usw. . Das erzeugt einen 'Baum' von Strahlen, der aus dem anfänglich einzigen Lichtstrahl entsteht und sich immer so weiterentwickeln könnte. Um den Vorgang an einem sinnvollen Punkt gezielt zu beenden, gibt es 2 Parameter: Max Lichtstrahl-Baum Tiefe, das die max. Anzahl von Ebenen vorgibt die der ursprüngliche Strahl erzeugen kann, und Min. Lichtstrahlintensität, das den Vorgang beendet, sowie die Intensität der Strahlen diesen Wert unterschreitet, ihr Beitrag zur Farbbestimmung eines Pixels zu vernachlässigen ist. Zudem sind diese Werte Möglichkeiten Renderzeit und Renderqualität aneinander auszubalancieren. Man wird den Wert Max Lichtstrahl-Baum Tiefe anzupassen haben, wenn es (in der Szene) eine große Zahl an Reflektionen oder transparenten Objekten gibt. Im unteren Beispiel ist ein roter Zylinder zwischen 2 parallele Spiegel gesetzt, die eine unendliche Zahl von Spiegelungen erzeugen sollten. In dieser Situation muss (um ein bestimmtes Spiegelungsergebnis zu erreichen,) die Max Lichtstrahl-Baum Tiefe erhöht werden, wie gezeigt. |
![]() Material Schrittgröße Dies ist eine Steuerung zur Einbindung der Schrittweite von Materialien in einer Szene. Die Schrittgröße jedes Materials wird vom Programm bestimmt, kann aber hier beeinflußt werden. Kleine Werte führen zu langen Renderzeiten, könnten aber für sehr fein strukturierte Materialien notwendig sein. Große Werte ergeben schnellere Rendervorgänge, können aber auch Unschärfen von Materialien bewirken. (Normalerweise kann man die vorgegebenen Werte belassen.) Texturglättung (Texture Smoothing) wendet Antialiasing auf alle Texturen in einer Szene an, um Details die kleiner als ein Pixel sind zu entfernen. Damit werden Probleme vermieden, die durch Über- oder Unterglättung im Renderer oder der Textur auftreten können. Werte größer als 1 (= Standardeinstellung) glätten stärker und Werte kleiner als 1 schwächer. Zusätzliche Glättung für Globale Ausleuchtung stellt zusätzliche Glättung für das an sich rauschenträchtigere Verfahren Globale Ausleuchtung bereit. Der Bedarf an Glättung hängt von der Intensitätsspanne der verwendeten Bilder (Bitmaps) in Texturen und Umfeld ab. Die Glättung wird nur angewendet, nachdem die Lichtstrahlen wenigstens einmal diffus reflektiert worden sind. Umgebungsabtastungen können einen höheren Glättungsgrad haben, da die Strahlen von dem Umgebungsbereich ausgehen, der physikalisch weit weg von den Objekten der Szene ist. Diese Entfernung bedeutet, dass jeder Punkt einer Oberfläche weite Bereiche der Umgebungsabtastung "sehen" kann und somit zusätzliche Glättung wenig Wirkung entfaltet. HDR- Bilder benötigen sogar grundsätzlich mehr Glättung (Werte bis 1000 oder höher), um das Rauschen auf Grund der zusätzlichen Intensitätsspanne im abschließenden Rendern zu vermindern. Die unteren Beispiele zeigen die Auswirkung dieser Glättung für eine HDRI Umgebungsabtastung – bemerkenswert ist, das sich, genauso wie beim Glätten des gerenderten Bildes allgemein, die Farben merklich unterscheiden, während die Umgebungsabtastung verschwimmt. ![]() Genauigkeit für entfernte Objekte reduzieren Wenn diese Option angehakt ist, haben in der Szene entferntere Objekte eine geringere Oberflächengenauigkeit, als die, die nah sind. Das bietet bestmögliche Programmwirkung bei kaum wahrnehmbaren Unterschieden in der Ausgabequalität. 'Russisches Roulette' Abtastung ist eine andere Möglichkeit übermittelte oder zurückgeworfene Strahlen zu verfolgen. Statt die Intensität all solcher Strahlen zu erhöhen, schätzt dieses Verfahren die Wahrscheinlichkeit, ob ein Strahl überhaupt erzeugt wird. Erwägen Sie beispielsweise eine Textur die eine Spekularität (Spiegelfähigkeit) von 0.2 hat: Der normale Raytracer-Vorgang würde die Intensität aller spiegelnd reflektierten Strahlen mit dem Faktor 0.2 multiplizieren. Die Abtastung 'Russisches Roulette' andererseits wird Strahlen der Intensität 1 erzeugen, aber nur 20% der Zeit. Das hat den Vorteil, nicht so viel Zeit damit zu verbringen Strahlen zu rendern, die nur einen kleinen Anteil zur letztendlichen Farbe eines Pixels beitragen. In der Praxis ist 'Russisches Roulette' Abtastung grundsätzlich schneller, erzeugt aber verrauschtere Bilder. Ihr Hauptvorteil ist die zügigere Herstellung von Render-Vorschauen besonders bei Verwendung Globaler Ausleuchtung (GI). Für endgültiges Rendern ist diese Option vermutlich am besten auszuschalten. Die untenstehenden Bilder verdeutlichen die Unterschiede von Qualität und Renderzeit des Standard Raytracers im Vergleich zu einem GI-Render mit 'Russisches Roulette' Abtastung: ![]() Schließlich gibt es (in der Renderdialogbox des Kapitels 5.4.1.) die Ausgabe Optionen , die von jener Dialogbox aus gesteuert bzw. eingestellt werden, die sich mit Klick auf die Schaltfläche ![]() |
(Umgruppierung bei der Versionspflege hinterließ lediglich eine Wahl:) Transparenter Hintergrund Das Anhaken dieser Option erzeugt ein Bild mit durchsichtigem Hintergrund; das bedeutet, damit wird ein Alphakanal beigefügt (der nur im *.tif, *.png oder *.bmp Format speicherbar ist). Ein 2D Bild-(oder Video-) Bearbeitungsprogramm kann dann veranlaßt werden, den Alphakanal in einer Auswahl zu nutzen (z.B. als Maske). |
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Wenn ein Bild fertig gerendert ist wird ein "Rendern abgeschlossen" im oberen Teil des Dialogfeldes eingeblendet, und man bekommt die Möglichkeit das/die Bild/er zu Speichern. Auf die Schaltfläche ![]() |
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Hier können Sie das Bildformat zum Speichern des Bildes wählen, entweder JPEG (*.jpg), TIFF (*.tif),
PNG (*.png), Windows bitmap(*.bmp), oder Radiance, bzw. High Dynamic Range Image (*.hdr) Format.
Wenn Sie einen transparenten Hintergrund haben, sollten Sie im TIF, BMP oder PNG Format speichern,
um diese Transparenzinformation etwa in einem Bildbearbeitungsprogramm (oder Videoeditor) weiter benutzen zu können. Der Qualität-Schieberegler bzw. Wert bestimmt den (prozentualen) Grad der Kompression des Bildes, wenn es im JPG Format gespeichert wird. Ein höherer Qualität Wert bedeutet ein besser aussehendes Bild auf Kosten der Dateigröße (und also Speicherplatzes). Auf OK klicken öffnet den nächsten Dialog, in dem Dateiname und Speicherort bestimmt werden können. |
Das Feld, in dem das fertig gerenderte Bild erscheint, hat auch eine Schaltfläche Filter. Anklicken ermöglicht
die verwendeten Kamerafilter anzupassen. Das ist dann hilfreich, wenn man nach dem Rendern eines Bildes feststellen muss, dass die Filter nicht wunschgemäß wirken. So aber können sie angepaßt, sofort überprüft und, ist man schließlich damit glücklich, das Bild gesichert werden, ohne es erneut rendern zu müssen.
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