er auch mit dem 3D-Programm Blender in Kontakt, über das er bisher zahlreiche Vorträge hielt und Artikel in Fachzeitschriften veröffentlichte.

Transkript

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2 Carsten Wartmann beschäftigt sich seit Beginn der 80er Jahre intensiv mit Computern und deren Programmierung anfangs mit einem VC-20 von Commodore sowie speziell mit Computergrafik. Der Amiga ermöglichte ihm dann die Erzeugung erster Animationen. Während seines Studiums der Bioverfahrenstechnik war er an der Produktion der meisten Animationen der Berliner Firma»imago viva«beteiligt. Hier kam er auch mit dem 3D-Programm Blender in Kontakt, über das er bisher zahlreiche Vorträge hielt und Artikel in Fachzeitschriften veröffentlichte. Nach den ersten zwei Auflagen des Blender-Buchs arbeitete Carsten Wartmann zwei Jahre als Autor für die Blender-Firma»Not a Number«in Amsterdam und veröffentlichte in dieser Position zwei Bücher und unzählige Artikel über Blender. Im Jahr 2002 wurde er einer der beiden Geschäftsführer der Berliner Firma»imago viva«und war dort verantwortlich für die Produktion von Echtzeitsimulationen mit Blender. Während dieser Zeit begann Carsten Wartmann auch, an der FH Koblenz Lehrveranstaltungen über Computergrafik zu halten natürlich unter Verwendung von Blender als 3D-Programm. Inzwischen ist Blender immer noch das wichtigste Programm (neben Linux als OS, GIMP und Inkscape) das Carsten Wartmann zum Bestreiten seines Lebensunterhalts als freiberuflicher 3D Artist, Autor und Dozent benutzt. Das Blender-Buch wurde in Vorauflagen ins Englische, Italienische und Indonesische übersetzt.

3 Carsten Wartmann Das Blender-Buch 3D-Grafik und Animation mit Blender 5., aktualisierte und erweiterte Auflage

4 Carsten Wartmann Lektorat: René Schönfeldt Copy-Editing: Alexander Reischert, Redaktionsbüro Aluan, Köln Satz: Petra Strauch, Bonn Herstellung: Frank Heidt Umschlaggestaltung: Helmut Kraus, Druck und Bindung: M.P. Media-Print Informationstechnologie GmbH, Paderborn Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. ISBN: Buch PDF epub , aktualisierte Auflage 2014 Copyright 2014 dpunkt.verlag GmbH Wieblinger Weg Heidelberg Die vorliegende Publikation ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte vorbehalten. Die Verwendung der Texte und Abbildungen, auch auszugsweise, ist ohne die schriftliche Zustimmung des Verlags urheberrechtswidrig und daher strafbar. Dies gilt insbesondere für die Vervielfältigung, Übersetzung oder die Verwendung in elektronischen Systemen. Es wird darauf hingewiesen, dass die im Buch verwendeten Soft- und HardwareBezeichnungen sowie Markennamen und Produktbezeichnungen der jeweiligen Firmen im Allgemeinen warenzeichen-, marken- oder patentrechtlichem Schutz unterliegen. Alle Angaben und Programme in diesem Buch wurden mit größter Sorgfalt kontrolliert.weder Autor noch Verlag können jedoch für Schäden haftbar gemacht werden, die im Zusammenhang mit der Verwendung dieses Buches stehen

5 Vorwort Anfang 1998 fand ich im Internet zum ersten Mal Hinweise auf ein freies 3D-Programm, das zuerst in einer Version für SGI-Rechner erschienen war und nun auch auf Linux portiert werden sollte. Die Webseiten der holländischen Firma NeoGeo sahen sehr vielversprechend aus und ich wartete einige Wochen gespannt auf die angekündigte Linux-Version. Im April 1998 war es dann so weit: Ich lud mir die Datei mit dem»linux«im Namen auf meinen Rechner. Mein erster Eindruck: Das 800 KB große Archiv konnte doch nicht vollständig sein? Doch, tatsächlich, ein komplettes 3D-Animationsprogramm! Der Einstieg war etwas kompliziert, war doch Blender von der Bedienung her recht eigen. Mittlerweile erscheinen mir aber andere 3D-Programme umständlich und schwerfällig. Die allermeisten Informationen und auch das Handbuch zu Blender waren allerdings in Englisch verfasst. Daher entschied ich mich nach dem Verfassen einiger Artikel, ein Buch über Blender zu schreiben, das Ihnen hier in der nunmehr fünften, weitreichend aktualisierten Auflage vorliegt. In den letzten Jahren hat sich sehr viel in Blender getan: Mit der Version 2.5 wurde Blender praktisch komplett umgekrempelt, ein neuer Unterbau sowie eine neue Oberfläche wurden entwickelt und es kamen sehr viele neue Funktionen hinzu. Blender machte dadurch noch einen Schritt in Richtung der kommerziellen Programme. Und Blender wird konstant weiterentwickelt, dem wird mit der 5. Auflage des Blender-Buchs Rechnung getragen. Und die Entwicklung bleibt nicht stehen wir blicken also in eine aufregende Zukunft. Mein Dank geht an Ton Roosendaal für dieses tolle Programm, meine Freunde, die mich beim Schreiben des Buchs unterstützt haben, und ein ganz besonderer Dank an meine Frau Andrea für die unermüdliche Korrektureinarbeitung und natürlich an meinen Lektor René Schönfeldt für die gute und produktive Zusammenarbeit. Allen Lesern danke ich für die vielen Rückmeldungen, die mir halfen, das Buch weiter zu verbessern! Carsten Wartmann Berlin, Februar 2014 v

6 vi Vorwort Geleitwort zur dritten Auflage 2007 This is if my memory serves me correctly already the fourth book about Blender written or edited by Carsten Wartmann. That means Carsten is not only the first known Blender book author but also a record author! By the time I write this foreword I ve not seen all of the book yet. So, as for you reader, I ll let myself be surprised what s in the whole book... but be assured it will be well written, sometimes even funny, but always to the point and with insight how to communicate complex 3D issues to new users of Blender. In 2002 Blender became open source, and this was truly the best thing ever happened to Blender. Now, almost five years later, we have proven that this software is not only one of the most popular 3D suites available with millions of downloads per year but also widely adopted by professionals to use for movie, video and game productions. I hope that this book will be for you the beginning of a bright new future as 3D Blender artist! Ton Roosendaal Chairman Blender Foundation Amsterdam Februar 2007 Geleitwort zur ersten Auflage 1999 It is now almost two years since Blender was released on the internet. Only in my wildest dreams I could have envisioned what would happen in this time! Now Blender is used by thousands of professional users, students and all kind of 3D interested people. The Blender-community is very active on the internet, we have many Blender-sites and even more tutorials online. Besides the internet activity, Blender gets attention from publishers around the world, first a japanese book was published, then an english book and now a german book, which you read at the moment. I ve read what Carsten has written about Blender and I think his book definitely is an excellent introduction for new users to get into Blender. I m very proud to present you this guide to Blender and wish you»viel Spaß beim Lesen des Buchs und bei der Beschäftigung mit Blender!«Ton Roosendaal Blender-Entwickler

7 vii Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Die Geschichte von Blender Wen spricht das Buch an? Fähigkeiten von Blender Ziel dieses Buches Sprachliche Konventionen Buchbegleitende Dateien Kontakt und Support Überlebenstipps für Umsteiger von Blender 2.4x Umsteiger von anderen 3D-Programmen Umsteiger von Blender-Versionen vor Grundlagen der 3D-Grafik Farben Farbmodelle Emotionale Wirkung von Farben Physiologische Farbwirkung Koordinatensysteme Punkte, Kanten, Flächen und Körper Umrechnung von 3D nach 2D Parallelprojektion Perspektivische Projektion Beleuchtungsberechnung Material und Textur Transformationen Animation Bildberechnung Echtzeitgrafik

8 viii Inhaltsverzeichnis 3 Schnellstart Blender starten Grundfunktionen Eine Szene laden Echtzeit Logisches Denken Die Arbeit sichern Interaktion in der Echtzeitgrafik Die Flasche per Keyframe-Animation öffnen Die Szene rendern Die Szene laden Keyframe-Animation Die Arbeit sichern Keyframe-Animation: Die Flasche öffnen Die zugrundeliegende Modellierung Die Modellierung Klebebildchen: Texturvergabe Keine Hexerei: Blender bedienen 57 Voreinstellungen Kleinnager: Die Maus Linke Maustaste Mittlere Maustaste Rechte Maustaste Tastaturbedienung Die Menüs Bedienung und Navigation in den 3D-Fenstern Wichtige Tastaturkommandos in den 3D-Fenstern Mausbedienung in den 3D-Fenstern Der 3D-Fenster-Header Schichtweise: Das Layer-System Laden und Speichern Knöpfe, Regler, Schalter Fenster Schaltzentrale: Das Properties Window Auf dem Tablett serviert: Panels Bildschirme (»Screens«) Szenen (»Scenes«) Blender an die eigene Arbeitsweise anpassen Wichtige Bereiche in den Voreinstellungen Objektselektion Objekte manipulieren Verschieben Raster und Fangoptionen

9 Inhaltsverzeichnis Transformationszentrum (Pivot Point) Rotieren Skalieren Kopieren Kopieren Verlinken Undo, Repeat und History Modellierung Meshes: Polygone Ans Eingemachte: Der Edit Mode n-gons, Flächen mit mehr als vier Vertices Selektion im Edit Mode Fangoptionen im Edit Mode Vertex Slide Spiegeln von Auswahlen Kanten fasen oder runden: Beveln Schnittfest: Knife Polygonglättung Proportional Editing Mode, PEM Übung: Extrude Inset Faces Brückenbildung: Bridge Spin Screw Rapid Modelling: Geschwindigkeit ist fast Hexerei Übung: Umrisse zu Objekten, ein Schlüssel Übung: Bitte recht freundlich eine Kamera Veränderung ist positiv: Der Modifier Stack Objektvervielfältigung: Array Modifier Objektmengenlehre: Boolean Modifier Wände stärken: Solidify Modifier Screw Weichspüler: Subdivision Surfaces Erste Schritte mit Subsurfs Übung: Ein Telefon mit Subsurfs Sculpt Mode Brush-Texturen Kurven und Oberflächen Bézier-Kurven NURBS Übung: Ein Logo aus Kurven Komplexe Kanten: Beveling an Kurven Gutenbergs Erbe: Textobjekte ix

10 x Inhaltsverzeichnis 6 Animation Keyframe-Animation Animationskurven: F-Curves Dope Sheet Action Editor Übung: Erweiterte Materialanimation Pfadanimation Kurvenpfade Path Constraint Roboterarm mit inverser Kinematik Das Modell Das Skelett Die Einzelteile verbinden Freiheitsgrade einschränken Character mit Skelettanimation Ally N.: Ein nettes Alien Das Skelett oder: Haben Aliens Knochen? Die Verformungen kontrollieren Pose einnehmen und Action! Mischen der Actions: NLA Editor Partikel Partikel-Grundparameter Schwärme: Boids Flüssige Seife: Fluid Particles Haare und statische Partikel Physikalische Animation Festkörpersimulation mit Bullet Übung: Eine einfache Rigid-Body-Animation Rigid Body Parameter Cloth Smoke Fluids Blender Intern Renderer Licht Lichtrichtung Lichtquellen in Blender Intern Schatten Raytrace-Schatten Buffer-Schatten Ambient Occlusion Umgebungslicht: Environment Light Indirekte Beleuchtung: Indirect Light Natürliches Licht

11 Inhaltsverzeichnis Künstliches Licht Studio-Licht Halo-Lichter Die Welt Nebel Welttexturen Eine Frage der Perspektive: Die Kamera Das Materialsystem von Blender Intern Renderer Shader der diffusen Reflexion Specular Shader: Glanzlichter Weitere Material-Parameter Ramp-Option Strukturen: Texturen Material mit einer Textur versehen Panels im Texture Context Texturtypen Die Bildtextur Materialien und UV-Texturen für Echtzeit und Rendering Übung: UV-Texturierung einer Kamera Es wird bunt: Multimaterialien Nichts für Vampire: Spiegelungen Environment und Reflection Maps Raytracing-Spiegelungen Durchblick: Transparente Materialien Z-Transparenz Raytracing-Transparenzen Nudelsuppe mit Materialeinlage: Node-Materialien Lohn der Arbeit: Die Berechnung Der Render Context Bewegungsunschärfe Motion Blur Cycles Übung: Schnellstart in Cycles Cycles Camera Cycles-Lampentypen Das Materialsystem von Cycles Ein einfaches Cycles-Nodes-Material Shader, BSDFs und Material Nodes Shader Input Texture Color, Vektor, Converter, Skript Group, Interface, Layout Kochrezepte: Rauschfreie Bilder Cycles Displacement und Bump xi

12 xii Inhaltsverzeichnis 8.6 Cycles Welteinstellungen Cycles Scene-Kontext Render Layer Context Feinschliff: Postproduction Der Compositor Übung: Blender als Video-Titeler Schärfentiefe Tiefenschärfe Vector Motion Blur Alpenglühen: Glow-Effekt Kekse ausstechen: Green Screen Keying Node Sequence Editor Übung: Sequenzen editieren Übung: Eine Überblendung Übung: Titel und Untertitel Audio im Sequencer Keine Angst vor Schlangen: Python Erste Schritte mit Python Ein erstes einfaches Skript Der Text Editor Neue Objekte mit Python erzeugen Grafische Benutzeroberflächen (GUI) Eine praktische Aufgabe: Gitarrenbünde Anhang Wichtige Tastaturkommandos Texturfotos erstellen D-Werkzeuge Kommandozeilenargumente Literaturverweise 393 Glossar 395 Stichwortverzeichnis 407

13 1 1 Einleitung Mit der zunehmenden Verbreitung des Internets bis in unsere Wohn- und Arbeitsräume wächst bei vielen der Wunsch, dieses Medium um eine dritte Dimension zu erweitern. Forciert durch die moderne Medienelektronik und Kinofilme, die vor computergenerierten Effekten nur so strotzen und nun auch im Wohnzimmer als Stereo-(3D-)Bilder ankommen, möchten viele Menschen auch einmal solche Effekte produzieren oder zumindest verstehen, wie diese Effekte funktionieren. Mit Blender ist ein Programm erhältlich, das genau diesen Einstieg bietet, ohne dabei den fortgeschrittenen und professionellen Anwender einzuschränken. Als eines der wenigen Programme berechnet Blender sowohl Bilder und Animationen, die man aus Kino- und Fernsehproduktionen kennt, als auch interaktive 3D-Grafik, wie sie in so gut wie allen modernen Spielen eingesetzt wird. 1.1 Die Geschichte von Blender Blender ist ursprünglich eine Entwicklung des niederländischen Animationshauses»NeoGeo«. Als firmeninterne Animationssoftware wuchs Blender dort mit den Aufträgen und wurde stetig weiterentwickelt. Nahezu zeitgleich mit der Veröffentlichung einer freien Version von Blender im Internet (Mai 1998) zog sich»neogeo«aus dem Geschäft zurück. Dies war der Zeitpunkt, an dem sich Ton Roosendaal sowie Frank van Beek,»Väter«und Hauptprogrammierer von Blender, entschieden, die Firma»Not a Number«zu gründen, um Blender weiterzuentwickeln. Damit wurde Blender zu einem Produkt allerdings zu einem in der Geschäftswelt sehr ungewöhnlichen, denn die frei erhältliche Variante von Blender war keine stark eingeschränkte Demoversion, sondern voll funktional, und die Lizenz ließ die uneingeschränkte Verwendung auch für kommerzielle Produktionen zu. Die Verbreitung von Blender auf CD war aber ausdrücklich von einer Genehmigung abhängig. Neben dem Vertrieb des Blender-Handbuchs wurde ein Softwareschlüssel von»not a Number«ver- Blender 1.x

14 2 1 Einleitung C-Key trieben, der den freien Blender zum»complete Blender«mit vielen weiteren Funktionen freischaltete (der sogenannte C-Key). Abb. 1.1 Fast 15 Jahre Blender-Entwicklung (V1.63 und 2.67b) Blender 2.x»Game BlenderFreikaufen«des Quellcodes Blender Conference Elephants Dream Mit der Weiterentwicklung von Blender gingen immer wieder Eigenschaften des»complete Blender«in den freien Blender über, bis in Version 1.80 alle ehemaligen C-Key-Features freigeschaltet wurden. Die Blender-Version 2.x wurde dann mit Funktionen erweitert, mit denen man komplette interaktive 3D-Welten oder -Spiele erstellen und auch in Blender abspielen konnte. Besonderer Schwerpunkt war hier die Erstellung von Spielen. Hiermit sollte ein Standard für 3D-Grafik im Internet geschaffen werden inklusive der entsprechenden geschäftlichen Möglichkeiten. Leider waren die Ziele sehr hoch gesteckt, die Konkurrenz groß, und das Geschäftsziel konnte nicht erreicht werden. Nach einem Neustart (April 2001) als Nachfolgefirma»NaN«mit stark reduzierter Belegschaft musste auch diese Idee aufgegeben werden. Blender drohte in der Versenkung zu verschwinden, sämtliche Rechte an Programm und Quellcode gingen an den Konkursverwalter. Um Blender zu retten, wurde als Initiative von Ton Roosendaal die»blender Foundation«gegründet, die durch Verhandlungen mit dem Konkursverwalter erreichte, dass der komplette Quellcode für eine Einmalzahlung von Euro»freigekauft«werden konnte. Am 18. Juli 2002 wurde die Spendenaktion in der Blender-Community gestartet und bereits am 7. September 2002 konnte verkündet werden, dass genügend Geld bereitstand. Und so wurde Blenders Quellcode schließlich am 13. Oktober 2002 unter der GNU General Public License [GNU] veröffentlicht. Seit der Veröffentlichung von Blender unter der GPL wird jedes Jahr die Blender Conference in Amsterdam veranstaltet, jeweils ein Wochenende, an dem Künstler und Entwickler ihre Arbeiten präsentieren können und heftig über die weitere Entwicklung von Blender diskutiert wird. Heute hat die Entwicklung von Blender ein Tempo angenommen, das in der Softwarewelt seinesgleichen sucht. Einen großen Anteil an der aktuellen Entwicklung hatte sicherlich das von der Blender Foundation initiierte»orange«-projekt, das das erste»open Movie«produzierte, also einen mit Open-Source-Software produzierten Film. Der Film selbst, wie auch alle seine Produktionsdateien, wurden parallel auf DVD und im Internet veröf-

15 3 Die Geschichte von Blender fentlicht und können gemäß der Open-Content-Lizenz frei genutzt werden. Finanziert wurde das Projekt wie alle folgenden Blender-Filme aus DVDVorverkäufen, Spenden und Sponsorings.»Elephants Dream«[ELE] stellte außerdem einige Rekorde auf, unter anderem als erste in Europa erschienene HD-DVD. Alle während des Projekts entwickelten Features von Blender gingen mit Version 2.42 in den Quellcode von Blender ein. Nach dem großen Erfolg von»elephants Dream«(als Film, aber auch als»entwicklungshilfe«für Blender) folgten weitere Projekte. Mit dem»project Peach«wurde ein ganz anderer Stil geplant:»niedlich und flauschig«war das Ziel von Ton Roosendaal, und so kam es, wie es kommen musste:»big Buck Bunny«, so der Filmtitel, bekam als Hauptdarsteller vier Nagetiere. Wieder erhielt Blender mit diesem Open Movie einen enormen Entwicklungsschub, besonders bei der Partikeldarstellung und der Renderpipeline. Durch den Film selbst erhielt Blender weltweite Anerkennung als 3D-Software. Mit den Charakteren und Assets aus»big Buck Bunny«entstand im folgenden»apricot«-projekt ein»spiel zum Film«. Trotz andauernder Schwierigkeiten und dem Weggang der Entwickler, deren Game Engine an sich genutzt werden sollte, kam am Ende ein Spiel mit mehreren Leveln und einer guten grafischen Anmutung heraus. Hier profitierte hauptsächlich die Blender-Game Engine von den Entwicklungen. Im Mai 2009 wurde schließlich das Projekt»Durian«begonnen, das einige hochgesteckte Ziele verfolgte: Es sollte komplett mit der neuen (nicht einmal fertigen) Blender-Version 2.5x produziert werden und das in 4K, also einer Auflösung von ca Bildpunkten in der Horizontalen, was etwa dem Doppelten normaler Kinoprojektoren entspricht. Dabei wurde von Anfang an Wert auf auf eine wirkliche Story gelegt und so konnte das Projekt mit Fördermitteln der Niederländischen Filmförderung so weit verlängert werden, dass fast alle Ziele erreicht wurden und die Premiere von»sintel«so der offizielle Titel pünktlich, wenn auch nur in 2K stattfinden konnte. Die 4K-Version wurde dann etwas später nachgeliefert. Das Besondere an der Produktion von Sintel war, dass gleichzeitig eine lange vorbereitete, fast komplette Umstellung im Blender-Sourcecode stattfand, die zu einem leichter zu erweiternden Kern und einer einfacher zu bedienenden grafischen Oberfläche führte. Mit Projekt»Mango«wurde dann Ende 2011 ein neuer Open Movie»Tears of Steel«[TOS] begonnen. Ziel war es diesmal, einen Mix von Realaufnahmen und Computergrafik zu machen. Dies erforderte unter anderem einen Motion Tracker, mit dem Kamerabewegungen der realen Kameras aus den Aufnahmen extrahiert und dann auf die Blender-Kameras übertragen werden, um eine perfekte Integration zu erzielen. Aber auch die komplette Pipeline an Tools wurde für die Arbeit an visuellen Effekten und Color Grading verbessert. Gerendert wurde fast ausschließlich mit der neuen Renderengine»Cycles«. Elephants Dream Big Buck Bunny Yo Frankie! Sintel Tears of Steel