3D Visualisierung & 3D Animation Einführung, Shading, Raytracing, Materialien, 3dsmax. Dipl. Ing. Dr. Alexander Berzler

Transkript

1 Einführung, Shading, Raytracing, Materialien, 3dsmax Dipl. Ing. Dr. Alexander Berzler

2 Einführung 3D Visualisierung und 3D Animation kann als das anspruchsvollste Gebiet im Bereich Mediendesign angesehen werden, weil mehrere Fähigkeiten erforderlich sind: Kompositorisches Sehen (Räumlichkeit, Lichtwirkung) Kameraführung (Framing, Lichtsetzung, Bewegung) Lichtführung (Dramaturgie) Texturierung (Erstellung und Bearbeitung von Materialien) Animation & VFX (Animationsbasics & Vorbereitung für das Compositing) 2

3 Einführung Das Ergebnis der Modellierung ist eine Szene, die neben der Objektgeometrie (Wireframe, siehe Bild oben), Materialeigenschaften, Lichtquellen sowie die Position und Blickrichtung eines virtuellen Betrachters (Kamera) enthält. Ausgehend von einer Szene werden durch das so genannte Rendern 3D Computergrafiken berechnet. Als Shading ( Schattierung ) wird im Allgemeinen die Berechnung der Farben an Oberflächen anhand der zugehörigen Materialeigenschaften und dem direkt von den Lichtquellen eintreffenden Licht bezeichnet. (Abbildung unten: Szene mit einfachem Shader). 3

4 4

5 Shading, Licht & Raytracing Ob ein gerendertes Bild realistisch wirkt, hängt v.a. davon ab, inwieweit die Verteilung des Lichts innerhalb einer Szene simuliert wird. Während beim Shading nur die direkte Beleuchtung berechnet wird (siehe Abbildung Mitte links), spielt bei der indirekten Beleuchtung die Reflexion von Licht zwischen Objekten eine Rolle (Abbildung Mitte rechts). Damit werden Räume, die nur durch einen schmalen Lichtspalt erhellt werden, möglich. Werden alle Arten der Lichtreflexion berücksichtigt, so spricht man von globaler Beleuchtung (siehe Abbildung unten). 5

6 Shading, Licht & Raytracing Eines der in der realistischen Bildsynthese verwendeten Verfahren ist Raytracing. Raytracing ist in erster Linie ein Algorithmus zur Verdeckungsberechnung (siehe die ge raytracten Schatten im Bild rechts oben). Ein weiterer Algorithmus für realisitisches Rendern ist Radiosity. Im Gegensatz zu Raytracing wird die Lichtverteilung unabhängig vom Blickpunkt berechnet. Dabei geht es v.a. um das um das Bouncen von Licht (siehe hierzu das Abprallen der Farben der Kugeln). Szene mit Raytracing Raytracing: abhängig vom Blickpunkt Radiosity: Bouncen von Licht (inkl. Farbe) Szene mit Radiosity 6

7 Texturierung & Shading Wie in der Abbildung links oben gut zu sehen ist, hängt das Aussehen und die Wirkung von einem Objekt in starkem Maße davon ab, wie die Textur aussieht und wie der Shader definiert wurde. Das 3D Objekt ist jeweils das gleiche: eine einfache Kugel. Hier wir definiert, wie das Material auf Licht reagiert. Verwendet wurde hier ein metallischer Shader. Im Material Fenster können verschiedene Arten von Maps definiert werden: Streufarbe ( Farbe eines Objektes ), Opazität, Relief, Reflexion usw. Ein Eiswürfel entsteht so durch Reflexion, Refraktion (Lichtbrechung) und 3D Verschiebung. 7

8 3D Software Zu den bekanntesten und weit verbreitetsten 3D Software Produkten zählen: 3dsmax (Autodesk), Maya (Autodesk ), Cinema4D (Maxon), LightWave (Newtek) und Blender (Open Source). Wir werden uns mit der professionellen 3D Software 3dsmax von Autodesk näher auseinandersetzen. 3dsmax wird sowohl in der Film, TV als auch in der Spieleindustrie verwendet. Bekannte Filme und Spiele, die mit 3dsmax umgesetzt wurden: Harry Potter, Star Wars, Matrix, Sin City, X Men usw. Diablo, Warcraft, Assassin s Creed, Need for Speed, Die Siedler usw. 8

9 Eigene Arbeiten mit 3dsmax aus dem Bereich Spieleentwicklung 9

10 3dsmax Die Oberfläche 10

11 3dsmax Die Oberfläche Funktionen zur Änderung der Ansicht: Hier sind alle Funktionen zusammengefasst, die die allgemeine Darstellung der Objekte betrifft. Hier kann man die Kamera im Raum bewegen, sie drehen oder zoomen. Hier kann man auch einstellen, ob die Modelle im Wireframe (Drahtgitter), Facettiert (Flächendarstellung), mit Smoothgroups (mit einem Shader) oder mit Texturen dargestellt werden sollen. 11

12 3dsmax Die Oberfläche Funktionen zum Selektieren von Objekten: Mit Hilfe dieser Funktionen ist es möglich Objekte durch anklicken oder nach Namen zu selektieren. Es können Selektionen gespeichert und später wieder aufgerufen werden. Es ist auch möglich Objekte in Layern (Gruppen von Objekten) zusammenzufassen und diese dann zu verstecken, einzufrieren usw. 12

13 3dsmax Die Oberfläche Funktionen zum Manipulieren von Objekten Hier sind alle Funktionen zusammengefasst um ein Objekt im Raum zu verschieben, zu rotieren oder zu skalieren. Weiterhin ist es möglich Objekte zu spiegeln oder sie im sogenannten Snap Modus auf bestimmte Elemente einrasten zu lassen: dieser Modus ermöglicht es z.b. eine Fläche auf der Oberfläche oder dem Mittelpunkt eines Objekts zentrieren zu lassen. 13

14 3dsmax Die Oberfläche Das Command Panel Dieses Panel enthält alle Funktionen, welche benötigt werden, um Objekte zu erstellen, sie zu bearbeiten, ihre Hierachien zu ändern, ihre Sichtbarkeit zu ändern und sie zu animieren. Zusätzlich enthält es auch eine Möglichkeit externe Tools und installierte Plugins zu benutzen. Das Command Panel besteht aus 6 Bereichen (Erstellen, Ändern, Hierarchie, Bewegung, Anzeige, Dienstprogramme), die wir uns jetzt genauer ansehen... 14

15 3dsmax Die Oberfläche Control Panel Erstellen: hier kann man verschiedenste primitive Objekte wie Quader, Zylinder, Kegel, Kugeln, Toruse, Rohre, Kameras, Lichter, Bones, usw. erstellen. Ändern: Das Modify Panel bietet Funktionen an, um die zu erstellenden primitiven Objekte zu verformen oder sonst wie zu modifizieren. Hierarchie: Hier kann man die Ausrichtung des Pivot (das Zentrum eines Objektes, später dazu mehr ) ändern und das Verhalten von Eltern Kind Relationen während einer Objektmodifikation ändern. 15

16 3dsmax Die Oberfläche Control Panel Bewegung: Hier ist es möglich einem Objekt verschiedenste Bewegungscontroller für Animationen hinzuzufügen. Anzeige: Dieses Panel dient zum Einstellen der Darstellung eines Objekts während des Bearbeitens. Hier können Objekte versteckt oder eingefroren werden. Dienstprogramme: Innerhalb dieses Panels werden alle Hilfsprogramme und Plugins zusammengefasst. 16

17 3dsmax Kamerakontrollen (1) Dieser Button sollte eigentlich selbsterklärend sein. Wenn man ihn aktiviert kann man in der aktuellen Ansicht (die aktuelle Ansicht ist immer die, welche den gelben Rahmen hat) zoomen, indem ihr die linke Maustaste gedrückt halten und die Maus nach vorne schiebt um hineinzoomen oder nach hinten zieht um heraus zu zoomen (2) Gleiche Funktion wie (1), nur das sich das Zoomen auf alle Ansichten gleichzeitig auswirkt. (3) Die aktuelle Ansicht kann man entweder so zentrieren, dass alle in der Szene vorhandenen Objekte zu sehen sind (Icon = grau) oder dass alle selektierten Objekte zu sehen sind (Icon = weiß). Modus umschalten linke Maustaste gedrückt halten und Modus auswählen. 17

18 3dsmax Kamerakontrollen (4) Gleiche Funktion wie (3), nur dass sich das Zentrieren auf alle Ansichten auswirkt. (5) Hier ist es möglich den Blickwinkel der Kamera zu ändern (der Effekt ist ähnlich dem Wechsel des Objektivs einer Kamera) (6) Pan Tool (wie in PS): Ansicht verschieben, indem die linke Maustaste gedrückt gehalten und die Maus bewegt wird (auch möglich mit der mittleren Maustause oder dem gedrückten Drehrad). 18

19 3dsmax Kamerakontrollen (7) Mit dieser Funktion kann man die aktuelle Ansicht drehen. Dies ist auf 3 verschiedene Arten möglich. Die gewählte Option (Icon mit teilweise grüner Markierung, siehe Abbildung) ist id.r. sinnvoll, weil das Objekt stehen bleibt und sich nicht mitbewegt (8) Dieser Button bietet uns die Möglichkeit die aktuelle Ansicht zu vergrößern und die anderen Ansichten auszublenden. Beim zweiten Aktivieren stellen wir die versteckten Ansichten wieder her und minimieren die aktuelle Ansicht. 19

20 3dsmax Darstellungsmöglichkeiten Alle Optionen sind zu finden, wenn man auf den Namen der View rechts klickt. Realistisch = Smoothgroups und Lichtreflexion Fläche mit Kanten & Facettiert = eine sinnvolle Wahl beim Erstellen von primitiven Objekten (auch bei Low Poly Modeling) Facettiert = Flächen, Knickkanten sind sichtbar Drahtgittermodell = Linien ohne Oberfläche 20