Lights & Cameras Grundlagen Autodesk Maya. Grundlagen. Version Ingo Clemens brave rabbit

Transkript

1 Lights & Cameras Grundlagen Version

2 Grundlagen 3D Beleuchtung Reguläre Lichter in 3D sind in erster Linie direkt beleuchtende Lichtquellen es gibt keine diffuse Beleuchtung durch die Reflexion von Licht von Oberflächen diffuse Lichtverteilung muss durch zusätzliche Lichtquellen simuliert werden lediglich durch die Erweiterung durch andere Renderer und damit verbundene moderne Rendertechniken sind globale Beleuchtungseffekte, wie Global Illumination, Radiosity und caustische Effekte möglich das Thema Beleuchtung wird weniger durch die technischen Möglichkeiten erschwert, als durch die allgemeine Aufgabe eine Szene mit Hilfe von gezielter Lichtsetzung mit einer Stimmung, Tiefe und Atmosphäre zu versehen

3 Typen von Lichtquellen Point Light eine Lichtquelle mit einem punktförmigen Ursprung, welche in alle Richtungen gleichmäßig beleuchtet wird in der Regel verwendet, um als Aufhellung, bzw. Fill Light Szenenbereiche zu beleuchten wird normalerweise nicht als schattenwerfende Lichtquelle verwendet Spot Light gerichtetes Licht mit einem punktförmigen Ursprung verfügt über einen erweiterten Parametersatz Spotlichter werden als schattenwerfende Lichter verwendet

4 Directional Light paralleles Licht eine gerichtete Lichtquelle, welche Sonnlicht simuliert definiert ein anderes Schattenverhalten, als z.b. ein Spotlicht Area Light simuliert flächige Lichtquellen, wie z.b. Neonröhren oder diffus beleuchtende Lichtwannen wirkt sich auf das Erscheinungsbild von Glanzlichtern bei reflektiven Oberflächen aus, d.h. Glanzlicher wirken nicht mehr punktförmig wie bei Punkt- oder Spotlichquellen Ambient Light soll ein allgemeines diffuses Licht simulieren führt in der Regel zu einem reduzierten Kontrast in der Beleuchtung die Verwendung sollte weitestgehend vermieden, bzw. nur kontrolliert eingesetzt werden

5 Lichteigenschaften Decay Rate No Decay die Lichtintensität bleibt über die Distanz konstant alles wird mit gleicher Intensität beleuchtet lediglich der Lichtwinkel wirkt sich auf die Helligkeit aus Linear die Intensität fällt proportional mit dem Abstand von der Lichtquelle ab in Relation zur Realität nicht korrekt, ergibt aber subjektiv bessere Ergebnisse Quadratic die Intensität fällt proportional zum Quadrat des Abstandes von der Lichtquelle ab entspricht am nächsten des Verhaltens in der Realität wirkt in der Regel zu intensiv, bzw. benötigt sehr hohe Intensitätswerte bei der Lichthelligkeit

6 Decay Regions (Spot Light) definiert drei Bereiche, in welchen die Beleuchtung durch ein Spotlicht wirkt wird genutzt, um gezielt Objekte in einer komplexen Szene zu beleuchten Nachteil: der Übergang zwischen Beleuchtung und Nicht- Beleuchtung ist hard und nicht fließend Barn Doors (Spot Light) entspricht den Toren an einem Scheinwerfer das Licht lässt sich gezielter auf bestimmte Bildbereiche beschränken

7 Light Effects Light Glow simuliert Glüheffekte durch Lichtquellen, d.h. Überstrahlung durch Überbelichtung Lensflare-Effekte die Anwendung sollte sich auf das Notwendigste beschränken, sofern dies nicht im Compositing möglich ist Light Fog Volume Light sichtbares Licht durch atmosphärische Effekte wie Nebel oder Rauch die Definition "Volumetrisches Licht" schließt die Verwendung von Schatten ein, was jedoch meist auch zu einer Verlängerung der Renderzeit führt sollte ebenfalls möglichst im Compositing generiert werden

8 Schatten Depth Map Shadows Shadow Maps, Soft Shadows vor dem eigentlichen Rendering wird aus der Blickrichtung der Lichtquelle eine Textur gerendert, welche Informationen über potentielle Schattenbereiche enthält (Depth-Map, Z-Buffer); diese Textur wird beim Rendering als Schattenbild auf die Oberflächen gelegt keine physikalisch korrekten Schatten die Schattengenauigkeit wird durch die Auflösung der Shadow- Map definiert Shadow-Maps werden gefiltert, um pixelige Kanten zu vermeiden und führen zu weichen Kanten können nicht mit Transparenzen in Materialien umgehen die Genauigkeit der Shadow-Map ist u.a. von der Fläche der schattenwerfenden Objekte abhängig (Option "Cast Shadows" beachten)

9 wirken realistisch, das in der Realität weiche Schatten überwiegen Artefakte können durch Selbstschattierung der Oberflächen entstehen und lassen sich durch ein Anpassen des Bias-Wertes vermeiden (größere Bias-Werte lassen den Schatten vom Objekt wegrücken) nur gerichtete Lichtquellen sollten, als schattenwerfende Lichtquellen verwendet werden (Punktlichter generieren ausgangsseitig 6 Shadow-Maps) Shadow-Maps können bei statischen Szenen und Objekten einmal berechnet und dann wiederverwendet werden ("Reuse-Depth Maps") um Renderzeit zu sparen

10 Ray Tracing Shadows benötigen Raytracing benötigen unter Umständen eine längere Renderzeit können besser mit Transparenzen umgehen, als Shadow-Maps wirken oft unrealistisch, da die Kanten in der Regel sehr hart sind Light Radius bietet die Möglichkeit, den Schattenstrahlen einen Versatzwinkel zu geben; daraus ergeben sich Flächenschattenähnliche Qualitäten (der Schatten fächert umso mehr auf, je weiter er sich vom Objekt entfernt) Shadow Rays steuert die Samples für den Schatten; höhere Werte reduzieren das Rauschen im Schatten

11 Beleuchtungsgrundlagen 3-Punkt Beleuchtung Key-Lights Fill-Lights Rim-Lights gezielte Beleuchtungseffekte Einsatz von nur diffus beleuchtenden Lichtern Einsatz von nur Glanzlicht-generierenden Lichtern Light Linking Shadow Linking Einblick in den Einsatz von Ambient Occlusion Simulation von diffusen Beleuchtungssituationen durch die Verwendung eines Light-Domes Script-Einblick: automatisches Generieren eines Textur-basierten Light-Domes

12 Ambient Occlusion vs. Final Gather Unterschied zwischen AO und FG Ambient Occlusion berechnet nur die direkten Verdeckungseffekte durch benachbarte Geometrie simuliert perfekt diffuses, neutrales Licht das resultierende Graustufenbild kann zur Beeinflussung der Oberflächenhelligkeit genutzt werden Final Gather berechnet die indirekte Beleuchtung durch die Helligkeitsintensität von diffusen Oberflächen im Gegensatz zu AO kann hier Color-Bleeding (farbiges Abstrahlen), sowie mehrere Strahlentiefen berechnet werden

13 Image Based Lighting Grundlegendes über HDRI-Bilder High Dynamic Range Imagery die Helligkeit der einzelnen Pixel wird in Fließkommawerten gespeichert bei der Aufnahme wird das Bild in mehreren Blendenstufen aufgezeichnet und dann gespeichert der Kontrast in dunklen und hellen Bildbereichen bleibt erhalten Einsatz von HDRI-Bildern in Mental Ray Erzeugen einer Image Based Lighting Sphere in den Render-Globals Einsatz von Global Illumination und Final Gather

14 Cameras Camera Types Camera (Free), Camera and Aim, Camera, Aim and Up Parameters Focal Length Field Of View Clipping Planes Auto Render Clip Planes Animation von Clipping Planes Film Gate Unterschied zwischen Film Gate und Resolution Gate Auswirkungen des Film Gates auf die Brennweite Fit Resolution Gate / Overscan Display Options Output Settings Image Planes

15 Motion Blur Maya Renderer 2D Motion Blur berechnet aufgrund der Bewegungs Vektoren eine entsprechende Unschärfe sehr einfaches, aber brauchbares Motion Blur funktioniert nicht korrekt mit Rotationen 3D Motion Blur sehr rechenintensiv nur bedingt besser als das 2D Motion Blur Mental Ray kann in Verbindung mit dem Parameter Motion Steps auch Rotationen korrekt mit einem Motion Blur versehen Linear: wirkt nur auf Transformationen Exact: wirkt auch auf Deformationen

16 Depth of Field Z-Buffer basierendes DOF Z-Buffer in Maya vs. andere 3D-Programme Grundlegende Unterschiede zwischen Maya DOF und Mental Ray DOF DOF im Compositing