BRYCE 6 Mini Anleitung

BRYCE 6 Mini Anleitung Wie man größer als 4000 Pixel breit rendert. Horo Wernli Mai 2009 Deutsch & HTML Version von Horo Ausschnitt aus Dream Studio (Horo) > Einführung Die maximale Breite eines Bildes, das mit Bryce gerendert werden kann, beträgt 4'000 Pixel. Die Höhe kann größer sein. Ein Hochformat im Seitenverhältnis 3:4 kann als 4'000 x 5'333 Pixel Bild gerendert werden. Für das Breitformat 4:3 sind nur 4'000 x 3'000 Pixel machbar. Wozu soll größer als 4'000 Pixel gerendert werden? Heimdrucker können 300 dpi ausgeben das sind 300 Punkte pro Zoll oder knapp 12 Punkte pro Millimeter. Das ist schon gut, wenn auch professionelle Drucker eine sechsmal höhere Punktdichte erreichen. Ein 4'000 Pixel breites Bild kann mit einem 300 dpi Drucker maximal 13.3 Zoll, bzw. knapp 34 cm breit gedruckt werden, will man keine Qualitätseinbussen in Kauf nehmen. Was nun, wenn man einen Auftrag für ein Bild hat, welches 4 m breit sein muss? Wird es mit 300 dpi gedruckt, muss es etwa 48'000 Pixel breit gerendert werden. Auch wenn ein solches Bild aus einer gewissen Distanz betrachtet wird und die Auflösung nicht sehr gut sein muss, bei 100 dpi werden immer noch ungefähr 16'000 Pixel benötigt. Es gibt also Fälle, wo man größer als 4'000 Pixel breit rendern muss. Die Lösung: Mehrere Render Bryce kann es nicht in einem Durchgang. Es werden mehrere Render benötigt, die dann zusammengefügt werden müssen. Das geht aber nicht mit einem gewöhnlichen Grafikprogramm. Links der Beispielrender in einem Durchgang, nur 720 Pixel breit und hier auf einen Drittel verkleinert dargestellt. Unten die 9 gerenderten Ausschnitte in der selben Größe. Wie man sieht, passen die Ränder nicht aufeinander, sie sind verzogen. 1

Unten nun schließlich das aus den neun Teilrendern zusammengestellte Bild. Die Verzerrungen sind verschwunden und das Bild sieht perfekt aus. Natürlich hätte dieses kleine Bild mit etwa 2'000 Pixel Breite in einem Durchgang gerendert werden können. Das Beispiel soll nur zeigen, das es funktioniert. Weiter unten wird ein weiteres Beispiel gezeigt, welches aus vier Teilrendern 4'000 x 5'333 Pixel erstellt wurde und daraus ein 6'600 x 8'800 Pixel Bild entstand. Vorgehen Um mehrere Teilrender eines Ganzen zu machen, kann man nicht einfach die Kamera verschieben. Die Kamera hat eine dreidimensionale Szene vor sich und wenn man die Kamera verschiebt, ergeben sich perspektivische Fehler. Man muss vorgehen, wie wenn man ein Panorama fotografiert. Die Kamera bleibt an einem festen Ort und wird um ihren Nodalpunkt geschwenkt. Die Bryce Kamera Blickwinkel und Brennweite: Grundsätzlich arbeitet man mit der frei beweglichen Kamera. Sie sollte so eingestellt sein, dann die Szene gut abgebildet ist. 2

Geschwenkt wird um die X- und Y-Achse (Rotate). Wird die X-Achse negative, guckt die Kamera nach oben, ist sie positiv, nach unten. Bei der Y-Achse schwenkt die Kamera links wenn der Wert kleiner oder negativ wird und nach rechts, wenn der Wert größer oder positiv wird. Mit dem FOV-Wert wird eingestellt, wie viel die Kamera von der Szene «sieht». FOV steht für Field Of View (Gesichtsfeld) und ist in Grad ( ) angegeben. Ein Winkel von 30 zeigt weniger von der Szene als ein Winkel von 60. Man kann das als Zoom verstehen, passender ist es vielleicht, sich das als Teleobjektiv oder Weitwinkelobjektiv vorzustellen. Es wäre schön, wenn das alles so einfach wäre. Da ist nämlich noch ein weiteres Feld, die Skalierung (Scale) in Prozent (%). Es ist nicht so, dass ein FOV von 30 bei einer Skalierung von 100% auch 30 abbildet. Um den tatsächlichen Blickwinkel der Kamera auf den Wert zu bringen, der im Feld FOV angegeben ist, muss Scale für jeden Winkel anders eingestellt werden. Das Bild oben zeigt ein FOV von 75 bei einer Skalierung von 100%. Der tatsächliche Öffnungswinkel beträgt bei dieser Einstellung genau 60. Normalerweise ist das nicht störend. Man stellt FOV so ein, dass der Teil der Szene abgebildet wird, den man will. Werden aber mehrer Teile der selben Szene gerendert und wie ein Panorama zusammengestellt, muss dem «Nähprogramm» (stitching program) die Brennweite des Objektivs angegeben werden. Die Brennweite lässt sich nur mit dem Abbildungswinkel berechnen. Zusammengefasst kann gesagt werden, dass wir den tatsächlichen Abbildungswinkel (AOF = Angle Of View) kennen müssen, damit wir die Brennweite des virtuellen Objektivs der Bryce Kamera ermitteln und dem Stitching Programm übergeben zu können. 3

Diese Zusammenhänge sind in einem PDF Dokument zusammengestellt. Dem Dokument können die FOV-Werte mit den dazugehörigen Skalierungsprozenten und der diesem Objektiv entsprechende Brennweite für alle 5 abgelesen werden. Werden Werte zwischen diesen 5 verwendet, kommt das Stitching Programm normalerweise damit zurecht. Die Abstufung ist also genügend fein. Das Dokument FOV in einem neuen Fenster anzeigen (75 kb). Hinweis: In der PDF Version dieser Anleitung enthalten (letzte 4 Seiten). Stitching Programme Ein kostenloses Programm, um Panoramen zusammenzufügen, ist Hugin http://hugin.sourceforge.net/. Es fällt dabei ziemlich viel manuelle Arbeit an. Zwar kann Hugin Kontrollpunkte automatisch generieren, um manuelles Korrigieren kommt man selten herum. Die Handhabung muss man zuerst lernen. Muss man nur gelegentlich solch große Bilder erstellen, eignet sich Hugin vorzüglich. Wer regelmäßig große Bilder abliefern muss, wird PTGui bald zu schätzen wissen. Eine für 30 Tage gültige Testversion ist kostenlos, ansonsten kostet PTGui 79 Euro, die Pro Version PTGuiPro 149 Euro. Auf die Pro Version kann man aber gut verzichten, wenn man keine HDRI stitchen muss was ja bei Bryce Render der Fall ist. PTGui http://www.ptgui.com/. macht praktisch alles automatisch. Natürlich kann man überall manuell eingreifen. Hier werden wir mit PTGui arbeiten. Beide Beispiele konnten praktisch vollautomatisch erstellt werden. Beispiel 1 9 Render für ein Bild Die am Anfang gezeigten neun Render sollen als erstes Beispiel dienen. Sie wurden nur 720 Pixel breit gerendert, um das Konzept zu testen. Zuerst wird man die benötigten Kameraeinstellungen suchen und notieren. Bei jeder Nahtstelle sollte mindestens ein Viertel überlappen. Anhand der gewünschten Bildgröße wird man die Teilausschnitte bestimmen. Ein 15'000 Pixel breites Bild wird man horizontal in 5 Teilbilder zu 4'000 Pixel Breite einteilen, damit man genügend gemeinsame Teile bei den Säumen erhält. Eine gute Idee ist es, das Ganze einmal in kleinerem Format zu rendern und zusammenzustellen, um zu sehen, ob alles wunschgemäß herauskommt. Dann wird die Größe des Dokuments festgelegt. 4

Nachdem alle Teilbilder gerendert sind, öffnet man PTGui und lädt die 9 Bilder (Load Images). 5

PTGui weiß nicht, wie die geladenen Bilder zusammengehören, daher öffnet man nun den Reiter Image Parameters und gibt für jedes Bild an, wie es aufgenommen wurde. Yaw entspricht dem Winkel, um welchen die Bryce Kamera in der Y-Achse gedreht wurde, Pitch ist der Winkel, um welchen die Kamera in der X-Achse gekippt wurde. Achtung: Bryce X = -30 entspricht bei PTGui (und Hugin) +. Die Vorzeichen sind genau umgekehrt. Roll schließlich ist der Winkel, um welchen die Bryce Kamera in der Z-Achse gekippt wurde. Die hier gezeigten Werte entsprechen nicht den Eingaben, sondern den Berechnungen des Programms nach allen Optimierungen. 6

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Als nächstes werden die Angaben für das Ausgabebild gemacht (Panorama Settings). Wichtig ist zu diesem Zeitpunkt, die Projektion Rectlinear ('flat') zu wählen. Bildbreite und Höhe (Field of view) werden später noch angepasst. Nun kommen wir zu den Objektivparametern (Lens Settings). Als Objektivtyp (Lens type) wird Rectlinear (normal lens) gewählt. Wenn man nicht schon beim Laden der Bilder nach der Brennweite des Objektivs gefragt wurde, gibt man diese im Feld Focal length an. Der Focal length multiplier ist 1, weil die Werte im PDF Dokument für normale Kleinbildkameras (SLR) angegeben ist. Wieder entsprechen die hier gezeigten Werte denen vom Programm nach der Optimierung berechneten. 8

Nun ist der Zeitpunkt, unter dem Reiter Project Assistant auf die Schaltfläche 2. Align Images zu klicken. Es werden nun Kontrollpunkte generiert und die Bilder aneinander gefügt. Wenn das getan ist, den Optimizer öffnen, ein Referenzbild auswählen und optimieren. Wenn der Prozess nach einigen Sekunden abgeschlossen ist, wird gezeigt, wie gut die Bilder zusammengefügt werden konnten. Wir haben eine grüne Anzeige very good, sehr gut, mit dem größten Fehler von ganz knapp 2 Pixeln. Das könnte man jetzt von Hand noch korrigieren, ist aber sinnlos. Wenn die Bilder nicht gut zusammenpassen (wenn zuwenig Überlappung vorhanden ist), wird die Anzeige rot. Der folgende Schritt ist nicht notwendig, zeigt aber die Übertragungskurve des Kamerachip und die Vignettierung des Objektivs. Mit einem Klick auf den Reiter Exposure/HDRI öffnet man das Fenster. Ein Klick auf die Schaltfläche Optimize Now startet die Analyse und zeichnet die Kurven. So gut ist die Bryce Kamera 9

Wir haben es gleich geschafft. Auf den Reiter Create Panorama klicken, um den Dialog zu öffnen. Man kann die meisten der vorgegebenen Einstellungen übernehmen. Ein Klick auf die Schaltfläche Set optimum size erlaubt das Einstellen der maximalen Bildgröße. File Format erlaubt die Auswahl des Formats für das fertige Bild, und in das Feld Output file schreibt man Ort und Name des Bildes; Browse öffnet einen Dialog, wohin man speichern will. Mit einem Klick auf den Knopf Create Panorama wird das Bild erstellt, was mehrere Minuten dauern kann. 10

Das fertige Bild sollte man sich nun sehr genau ansehen, bevor man PTGui schließt. Wenn es gut ist, Speichert man das Projekt unter dem Menü File ab. Möglicherweise müssen Sie das Bild and den Rändern noch leicht beschneiden. Beispiel 2 4 Render für ein Bild In diesem Beispiel wurden vier Bilder mit 4'000 x 5'333 Pixel gerendert und zusammengestellt. Es handelt sich um einen Render aus dem Jahre 2004 mit Namen Konjunktion. Die vier Bilder wurden in dieser Größe in einer Stunde gerendert. Der Ausschnitt aus den Quellbildern in PTGui zeigt die Bildgröße der geladenen Bilder. 11

Das Kamera FOV wurde auf 30 gestellt, mit Size = 79.2% entspricht das einem Blickwinkel von 30 und einer Objektivbrennweite von 67 mm. PTGui hat eine andere Brennweite aus der Bilddiagonale berechnet. 12

Nach Optimierung und Bildeinstellungen weißt das zusammengestellte Bild 48 x 61 auf. Die Bryce Kamera wurde um ±9 nach links und rechts geschwenkt; und um ±11 nach oben und unten gekippt. 13

Hier ist die vollständige Kontroll-Punkte Tabelle. Sie listet alle generierten und optimierten Kontrollpunkte auf. Der größte Fehler zwischen zwei Kontrollpunkten ist kleiner als 0.9 Pixel. Ziemlich gut 14

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Hier noch die Vorschau des zusammengestellten Bildes. Mit den Schiebern wird das Bild Format füllend eingestellt. Dies beeinflusst Betrachtungswinkel (Field of view) drei Bilder weiter oben. Schaut man genau hin, sieht man an allen vier Bildseiten kleine Einbuchtungen. Das Bild hätte etwas enger eingestellt werden sollen. Nun muss man es halt in einem Grafikprogramm nachschneiden. Dies ist die maximale Größe des zusammengestellten Bildes. Für diese Größe stehen Bilddaten zur Verfügung. Gerendert wurden 4 x 4000 x 5333 = 85'328'000 Pixel, das fertige Bild hat 6642 x 8844 = 58'741'848 Pixel, das sind 69% der gerenderten Bilder. Anders gesagt, es wurde nahezu ein Drittel zuviel gerendert. Dieser Anteil wurde vom Stitcher benötigt. 16

Das fertige Bild (nur online Version), nachgeschnitten in voller Größe steht hier als geziptes JPEG mit 50% Qualität zur Verfügung. Abgesehen von der schlechten JPEG-Qualität sieht man auch Fehler an den Vorhängen. Diese wurden mit Terrains erstellt und die Fehler sind in der ursprünglichen Größe von 600 x 800 Pixel nicht sichtbar. Das Bild downloaden (3.9 MB). Zur Anzeige werden etwa 168 MB benötigt. Zusammenfassung Obwohl Bryce keine Bilder breiter als 4000 Pixel rendern kann, ist es möglich, Bildteile zu rendern, ähnlich wie wenn man fotografisch ein Panorama aufnehmen würde. Diese einzelnen gerenderten Bilder können mit einem geeigneten Stitching Programm zu einem Ganzen zusammengefügt werden. 17

Einstellung des wahren Gesichtswinkels der Bryce Kamera Stellt man in Bryce den Winkel der frei beweglichen Kamera ein (FOV = Field Of View = Gesichtsfeld), so entspricht der Winkelwert nicht dem Gesichtswinken (Angle Of View = AOF). Um den mittels FOV eingestellten Winkel wirklich als Gesichtsfeld zu erhalten, muss der Prozentwert (%) der Skalierung (Scale) angepasst werden. Bryce Camera FoV and % = true AoF 80 70 60 50 % 40 30 20 10 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 FOV = AOF Der Kurve kann man den Prozentwert entnehmen, welcher eingestellt werden muss, damit der FOV Winkel auch dem tatsächlichen Gesichtsfeld entspricht. Beispiel: FOV = 90, Scale = 72.5%, AOF = 90 ; FOV = 150, Scale = 46.3%, AOF ) 150. 1 Grafik 2009 by

Der Abbildungswinkel bei verschiedenen Brennweiten einer SLR Kamera Die Brennweite des Objektivs einer Spiegelreflexkamera (SLR) beeinflusst den Winkel, den die Kamera «sieht». Ein Weitwinkelobjektiv hat eine kürzere Brennweite als ein Teleobjektiv. Hat das Objektiv einer Kleinbildkamera (24 mm x 36 mm) eine Brennweite von etwa 50 mm, wird der Gegenstand natürlich groß abgebildet. SLR focal length vs AOF 400 350 300 250 mm 200 150 100 50 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130 135 140 145 150 155 160 165 170 175 180 AOF Der Kurve kann man aus der Brennweite den Winkel, der dem tatsächlichen Gesichtsfeld entspricht, ablesen. Beispiel: Um ein Gesichtsfeld von 20 aufnehmen zu können, wird ein 102 mm Objektiv benötigt; für 100 ein 15.1 mm Objektiv. 2 Grafik 2009 by

Ergänzende Bemerkungen und Wertetabelle Die Grafik oben zeigt die Werte für rektlineare oder normale Objektive (schwarze Kurve). Weitwinklige Objektive sind normalerweise Fischaugenobjektive. Diese sind in der blauen Kurve gezeigt. Wichtig ist zu bedenken, dass DSLR (digitale Spiegelreflexkameras) einen kleineren Bildsensor als 24 mm x 36 mm aufweisen. Das eingesetzte Objektiv hat ein engeres Gesichtsfeld. Ein typischer DSLR Sensor hat eine Größe von 16 mm x 24 mm und somit engt sich das Gesichtsfeld um den Faktor 2/3 ein. Die tatsächliche Brennweite wird um den Faktor 1.5 verlängert. Beispiel: Ein starkes 18 mm Weitwinkelobjektiv wird zu einem mittleren Weitwinkel mit 27 mm Brennweite; ein 200 mm Teleobjektiv zum 300 mm Teleobjektiv. Verwendete Formel für Normalobjektive α = FoV Field of View Gesichtsfeld in, d = Durchmesser (Breite, Höhe oder Diagonale) des Sensors (d.h. CCD Chip) in mm (36 mm für das Beispiel unten), f = Brennweite des Linsensystems in mm (55 mm für das Beispiel unten). α = 2 arctan (d / (2 f )); z.b.: 2 arctan(36 / (2 55)) = 2 arctan(0.327) = 2 18.1 = 36.2. d = 2 f tan (α / 2); z.b.: 2 55 tan(36.2 / 2) = 2 55 tan(18.1) = 2 55 0.327 = 35.97 mm. f = d / (2 tan(α / 2)); z.b.: f = 36 / (2 tan(36.2 / 2)) = 36 / (2 0.326) = 36 / 0.654 = 55.04 mm. Quelle: Die CCD Astrokamera für den Amateur (p.51) by Hans-Ruedi Wernli; Birkhäuser 1995; ISBN 3-7643-5218-3. Verwendete Formel für Fischaugenobjektive α = FoV Field of View Gesichtsfeld in, d = Durchmesser (Breite, Höhe oder Diagonale) des Sensors (d.h. CCD Chip) in mm (28.4 mm für das Beispiel unten), f = Brennweite des Linsensystems in mm (10 mm für das Beispiel unten). α = 4 arcsin (d / (4 f )); z.b.: 4 arcsin(28.4 / (4 10)) = 4 arcsin(0.71) = 4 45.2 = 180.9. d = 4 f sin (α / 4); z.b.: 4 10 sin(180.9 / 4) = 4 10 sin(45.2) = 4 10 0.71 = 28.4 mm. f = d / (4 sin(α / 4)); z.b.: f = 28.4 / (4 sin(180.9 / 4)) = 28.4 / (4 0.71) = 28.4 / 2.84 = 10 mm. 3

Verwendete Formel für die Bryce Kamera Keine. Ich habe die Mathematik, die dahinter steckt, noch nicht erkannt. Die Werte wurden empirisch ermittelt. Ein Korb mit Rippen im 5 Abstand wurde in den Weltmittelpunkt gesetzt, die frei bewegliche Bryce Kamera ebenfalls. Dann wurde der FOV-Wert von 5 bis 180 in 5 Schritten vergrößert und die Skalierung (Scale) in Prozenten solange angepasst, bis der Gesichtswinkel stimmte. 180 werden nicht erreicht. FOV kann maximal auf 180 gesetzt werden und Scale minimal auf 1%. Es wurde grundsätzlich nur der horizontale Winkel ermittelt. Das gilt übrigens auch für die Brennweite und Gesichtswinkel Berechnungen für die SLR Kamera. Wertetabelle FOV ( ) Scale (%) F (mm) normal F (mm) Fischauge 5 80.00 410.00 10 79.90 205.00 15 79.80 136.00 20 79.60 102.00 25 79.45 81.00 30 79.20 67.00 35 79.00 57.00 40 78.80 49.40 45 78.40 43.40 50 78.00 38.60 55 77.50 34.55 60 77.00 31.15 34.10 65 76.40 28.25 31.50 70 75.80 25.70 29.30 75 75.10 23.45 27.35 80 74.30 21.45 25.70 85 73.50 19.64 24.20 90 72.50 18.00 22.86 FOV ( ) Scale (%) F (mm) normal F (mm) Fischauge 95 71.50 16.47 21.70 100 70.20 15.10 20.65 105 69.00 13.80 19.70 110 67.50 12.60 18.83 115 65.80 11.45 18.05 120 64.00 10.38 17.32 125 61.90 9.36 16.65 130 59.60 8.39 16.05 135 56.90 7.45 15.47 140 53.90 6.55 14.85 145 50.30 5.66 14.48 150 46.30 4.81 14.01 155 41.70 3.98 13.60 160 36.10 3.16 13.20 165 29.50 2.36 12.83 170 21.70 1.57 12.48 175 11.80 0.78 12.16 180 1.00 0.00 11.85 Die Tabelle zeigt FOV = eingestellter Wert in Bryce, Scale = eingestellter Wert in Bryce damit FOV AOF entspricht. F normal = Brennweite eines Normalobjektivs an einer Kleinbildkamera um den FOV zu erhalten und F Fischauge dasselbe für das Fischaugenobjektiv. 30. Mai 2009 / 4