RENDERING Kamera, Licht und Material Prof. Dr.-Ing. Jürgen Albrecht 03. Juni 1998

Ziel des Kurses l Das ist der Schwerpunkt !! l Kamera, Licht, Material, Rendering l Größte Komplexität: Materialeditor

Zertifikat Voraussetzung für die Erteilung eines Zertifikats für diesen Kurs ist der Nachweis folgender Übungen: l Licht1 Übung l Material3 Übungen Jede Übung als l Animation1 Übung *.max und *.jpg Vorführung/Abgabe am Dienstag , 18 Uhr, Hörsaal 111

Abschnitte K Kamera1 x R Rendering1 x L Licht1 x M Material3 x

K KAMERA l Wozu braucht man Kameras ? l Kameratypen l Generierung und Positionierung l Position der Kamera verändern l Kameraeinstellung l Bild der Kamera betrachten

K Wozu Kamera ? l Kameras ermöglichen die Betrachtung von Szenen, viele Parameter sind einstellbar l Bei 3D Studio MAX nur folgende Betrachtungs-Varianten: - Orthogonale Ansicht - Perspektiv Ansicht - zwei Kameratypen

K Kameratypen l Kamera vom Typ Ziel - Kamerapunkt und Zielpunkt - Beide Punkte frei wählbar, Namen - Kamerakegel l Kamera vom Typ Frei - Kamera für Animation - Nur Kamerapunkt und Kamerakegel - Kamerakegel guckt direkt in Ihr Gesicht!

K Positionierung l Erzeugen über Palette: Kamera l Bei Erzeugung wird die Kamera positioniert l Die Generierung und erste Positionierung ist nur mit der Maus möglich ! l Direkt nach der Generierung der Kamera kann sie eingestellt werden l Nachträgliches Einstellen funktioniert nur über die Änderungspalette

K Position verändern l Die Veränderung der Kameraposition ist mit Verschieben, Drehen Skalieren möglich. l Damit können verändert werden: - Kamerapunkt - Zielpunkt - Blickrichtung der Kamera l Menü an der rechten Maustaste l Funktion PAN: Geschickt ! l Was passiert mit der Kamera bei Skalieren?

K Kameraeinstellung l Kameraeinstellungen verändern alle Parameter, außer der Kameraposition l Folgende Parameter sind einstellbar: - Objektive (Linsen) - Umgebungsbereiche - Schnittebenen l Einstellung über die Änderungspalette

K Kameraeinstellung l Objektive: Einstellung Brennweite u. Blickfeld l Umgebungsbereich: Wirkungsbereich für atmosphärische Effekte l Schnittebenen: Zwei Schnittebenen aktivieren l Kameraeinstellungen life vornehmen !! l Modifikatoren arbeiten bei Kameras nicht !!

K Bild betrachten l Unter dem Namen des Ansichtsfensters befindet sich ein Menü: Rechte Maustaste >> Damit Umschalten auf Kamera-Sicht l Andere Variante: Taste C l... Aber wie kommt man wieder zurück ?? Menü Ansichten funktioniert nicht...

K Bild verändern l Wenn Kamera-Ansicht aktiv, ist das Bild über spezielle Schaltflächen direkt zu verändern: - Dolly Kamera- Rollen Kamera - Truck Kamera- Orbit Kamera - Perspektive- Zoom Grenzen - Blickfeld- Min/Max l Bild ausgeben: Nur Export oder Rendern

KAMERA Beispiel

K Übung Kamera l Fußboden 8x10 m und Wand 2 m erzeugen (min.) l Div. Grundkörper in versch. Höhe generieren l Mehrere Kameras erzeugen l Mit untersch. Einstellungen experimentieren l Rendereinstellung verändern l Übung ablegen als *.max und *.jpg unter: M:\Belege\MAX\ \*.max

K Fachbegriffe KamerapunktPositionspunkt der Kamera ZielpunktZiel, auf das die Kamera gerichtet ist KegelBlickfeld der Kamera Kamera BildBild, das die Kamera sieht UmgebungsbereichWirkungsbereich atmosph. Effekte

Vergleich R1/ R2

L LICHT l Wozu braucht man Licht ? l Verschiedene Lichtquellen l Lichtparameter l Charakteristik der Lichtquellen l Lichtwirkung betrachten

L Wozu Licht ? l Ohne Licht kein Bild ! l Licht besitzt mehr Wirkung, als Effekte ! l 2 Vorgabe-Lichtquellen im Shaded-Modus: Ausgeschaltet, sobald Lichtquelle gesetzt l Achtung: Shaded-Modus nicht identisch mit Render !

L Lichtquellen l Umgebungslicht l Punktlicht l Gerichtetes Licht l Zielspotlicht l Freies Spotlicht l Die Lichtcharakteristik ist unterschiedlich. Das Generieren und Editieren ist gleich.

L Lichtparameter

L Umgebungslicht l Funktion: Diffuses Licht, immer vorhand. l Setzen: Menü Rendern\Umgebung l Parameter:- Intensität = Weißgrad (Standard = 11) - Farbe des Lichtes: RGB - Atmosphärische Effekte - Hintergrund-Bild

L Punktlicht l Funktion: Punktförmig, ohne Schatten Allg. Ausleuchtung der Szene l Setzen: Palette: Lichtquellen > Tetraeder l Editieren:Position: Schieben l Parameter: Farbe, Intensität, Li.abnahme

L Gerichtetes Licht l Funktion: Parallel. Licht v. einem Punkt Wie Sonne, erzeugt Schatten l Setzen: Palette: Lichtquellen > 3D-Pfeil mit Spot l Editieren:Position: Schieben u. Drehen l Parameter: Richtungs- und Schattenpara.

L Zielspotlicht l Funktion: Gerichtetes Licht, gebündelt Scheinwerfer, Schattenwurf l Setzen: Palette: Lichtquellen > Kegel mit Zielpunkt l Editieren:Position: Schieben u. Drehen l Parameter: Spotlicht- und Schattenparam.

L Freies Spotlicht l Funktion: Gerichtetes Licht, gebündelt Scheinwerfer, Schattenwurf l Setzen: Palette: Lichtquellen > Kegel mit Spot l Editieren:Position: Schieben u. Drehen l Parameter: Spotlicht- und Schattenparam.

L Volumetrisches Licht l Funktion: Keine Lichtquelle, sondern Effekt! Lichtkegel sichtbar, Atmosphäre (Analogie: Nebel) l Setzen: Rendern\Umgebung\Hinzufügen > Atmosphärische Effekte l Editieren:Zusammen mit der Lichtquelle (außer Umgebungslicht) s. Seite 437

L L.-Wirkung betrachten l Kamera verwenden ! l Änderungspalette: Licht-Parameter einstellen l Einstellung life verfolgen: Quick-Shade l Szenenanordnung und Kameraeinstellung bei Bedarf verändern ! l Nur Render zeigt das tatsächliche Bild !! l Bilder als *.jpg speichern

LICHT Beispiel

L Übung Licht l Gleiche Szene wie bei Kamera verwenden l Verschiedene Lichtquellen erzeugen l Mit den Licht-Einstellungen experimentieren l Lichtquellen einzeln und gemeinsam betrachten l Achtung: Nur Render zeigt das exakte Bild !! l Übung als *.max und *.jpg ablegen

L Fachbegriffe RGBRot Grün Blau HSVHue Saturation Value Farbton Sättigung Wert HotspotBereich stärkster Lichtintensität FalloffBereich um den Hotspot herum OvershootMischform: Punktförmiges und gerichtetes Licht ProjektorLicht projiziert ein Bitmap

Vergleich R1/ R2

R RENDERING l Was macht der Renderer ? l Rendern mit Standard-Einstellung l Allgemeine Rendering Parameter l Scanline-A-Puffer l Dateiausgabe l Multithreaded Rendering

R Was heißt Rendern ? l Durch Rendern wird in Abhängigkeit von Geometrie, Beleuchtung und Material die Farbe und Helligkeit der sichtbaren Oberfläche punktweise berechnet. l Versch. R.-Verfahren: Raytracing, Scanline.. l Standard-Rendern: Symbolleiste, rechts l Render-Einstellung: Menü Rendern\Rendern und Menü Datei\Einstellungen\Rendern

R Standard Rendering l Der Renderer besitzt eine Standard-Einstellg. l Einfach auf die mittlere Kanne drücken: Los gehts ! l Rendertyp in Symbolleiste l Kontrolle über Render-Fenster: Lesen: Mit rechter Maustaste Kopfzeile festhalten !

R Allgem. Parameter l Wichtig: Zum Experimentieren kleine Bildgröße wählen, Endfassung größer berechnen l Wie groß ist Bildgröße max. einstellbar ??! (Al-Experiment: 5000x3500, Datei 5000.jpg) l Wenn möglich Schatten und Spiegelung ausschalten: Rechenzeit ! l Parameter mit System und Buch erkunden !!

R Scanline A-Puffer l Menü Rendern\Rendern: Scanline A-Puffer l Scanline spezielles Render-Verfahren v. MAX l Scanline berechnet Lichtbrechungen, Spiegelungen und Schatten nicht optimal, Raytracing ist besser >> Plug-In nötig l Parameter mit System und Buch erkunden !!

R Datei-Ausgabe Format-Parameter über: Ausgabe\Einrichten

R Multithreaded R. l Bei Multithreaded werden Tasks in einzelne Threads aufgeteilt: Multiprozessormaschinen l Multithreaded ein/aus bei: Datei\Einstellungen\Rendern

R Fachbegriffe RendernBildberechnung Scanline-A-PufferRenderverfahren von 3D-MAX Multithreaded...Unterstützt Multiprozessor-Rechner FrameBild, mehrere Frames: Video Anti-AliasingVerhindert Treppeneffektean schrägen oder gebogenen Linien *.PGNähnlich GIF, aber 24 Bit Farbtiefe Achtung: kein *.GIF in 3D-MAX !!

M MATERIAL l Material - Was und Wie ? l Anzeigen und Zuweisen l Standard-Material l Bitmap-Material (Texture-Mapping) l Spezielle Material-Typen - Spezielle Standard-Materialien - Spezielle Bitmap-Materialien

M Was und Wie ? l Fotorealistische Bilder erfordern Material ! l Komplexe Oberflächenwirkung: Rückschluß auf das Material des Körpers l Materialtyp: Standard-Material: blaue Kugel und Map-Material: grünes Parallelogramm l Alle Einstellungen über Materialeditor

M Der Material-Editor l Materialvorschau l Schaltflächen l Grundparameter l Erweiterte Parameter und Maps l Material/Map-Übersicht - Durchsuchen: 5 Möglichkeiten - Zeigen: 3 Möglichkeiten

M Der Material-Editor l Knopf Optionen: Renderparameter für die Vorschaufenster werden voreingestellt l Ganze Materialbibliothek speichern

M Auswahl + Zuweisen l Materialeditor aktivieren l Prinzip: Auswahl, Editieren und Zuweisen l Auswahl: Button Material holen >>> vorher Vorschaufenster auswählen !! l Editieren: Grundparameter... u.v.a. l Zuweisen: Button Material der Auswahl zuw. >>> vorher Objekt auswählen: spez. Knopf !!

M Modifikator UVW- Map l Viele Materialien funktionieren ohne Mapping- oder Texturkoordinaten nicht !! l Mappingkoordinaten abhängig von Objekttyp l Jedes Objekt hat auf der Änderungspalette Kontrollkästchen: Mapping-Koord. generieren l Weitere objektspezifische Mapping-Parameter unter Modifikatoren: UVW-Map

1. SM Mat.typ Standard l Standard-Material funktioniert ohne Bitmap und besitzt keine Unter-Materialien l Das SM ist durch Farb-, Glanz- und Transparenzwerte definiert. l Viele Standard-Materialien in der Bibliothek: Blaue Kugeln !! l Sie funktionieren sofort nach der Zuweisung, ohne Eingabe o. Änderung von Parametern

1. SM Mat.typ Standard l Die Grundparameter können verändert werden:Farb-, Glanz- und Transparenzwerte l Jedes Material kann editiert werden. l Damit gibt es keine fest fixierten Materialien, sondern unendlich viele, variable Materialien. l Material der Szene kontrollieren: Knopf Material Holen, Durchsuchen: Szene

1. SM Standard Beispiel

1. SM Standard Übung l Gleiche Szene wie bei Kamera verwenden l Den Objekten Standard-Materialien zuweisen l Keine Kombinationen mit Bitmap verwenden ! l Vor Zuweisung Material nicht editieren ! l Kamera u.U. neu einrichten, Bild speichern l Heißes Material editieren und mit Bildern dokumentieren

2. MM Map-Material l Standard-Material funktioniert ohne Bitmap, defi- niert durch Farb-, Glanz- und Transparenzwerte. l Map-Material entsteht durch auf die Ober-fläche projizierte (gemapte) Bilder (Bitmap) l Zwei Map-Materialarten: Einfaches Material: Kombiniertes Material: Map-Typ Bitmap Alle anderen Map-Typen l Standard-Material: Map-Material: Blaue Kugel grüneParallelogramme

2. MM Einfaches MM l Map-Typ Bitmap l Minimale Parameter

2. MM Map-Material l Das einfachste Map-Material entsteht aus dem Map-Typ Bitmap !! (die anderen Map-Typen: s. Material-Kombi !!) l Einstieg in Erstellung Map-Material über das Rollout Maps/Gestreut l Click auf Keine, dann auf Bitmap (Alle Map-Materialien: grüneParallelogramme) l Das MM heißt Tex. Nr. x (Name zu verändern)

2. MM Map-Material l Dem Map-Material müssen Parameter zugewiesen werden: Minimum: Bitmap laden und Koordinaten l Map-Material ist immer Untermaterial eines Standard-Materials: Blaue Kugel >> Veränderung der Grundparameter !! l Material der Szene kontrollieren: Knopf Material Holen, Durchsuchen: Szene

2. MM Map-Mat. Bitmaps

2. MM Map-Mat. 1. Beispiel

2. MM Map-Mat. 1. Übung l Einfachste Szene mit einer großen Fläche (z.B. Quader als Fußboden) erstellen l Keine Beleuchtung (Standard), keine Kamera l Einen Satz von Map-Material erstellen: Dabei ausschließlich Map-Typ Bitmap verwenden ! l Material den Objekten zuweisen l Experimentieren mit wenigen Parametern: (1) Art des Bitmaps, (2) Koordinaten (3) Parameter des übergeordneten Materials

2. MM Map-Material l Map-Typ Bitmap l Alle Parameter

2. MM Map-Mat. Parameter l Im 1. Beispiel wurde nur das Minimum der Map-Parameter eingesetzt: (1) Art des Bitmaps, (2) Koordinaten (3) Parameter des übergeordneten Materials l Im 2. Beispiel werden alle Map-Parameter berücksichtigt l Experimentieren Sie mit diesen Parameter erst einzeln, bevor sie sie kombinieren ! l Schaffen Sie sich eine Test-Scene

2. MM Map-Mat. Test-Scene

2. MM Alle Map-Mat. Parameter l Übergeordnetes Material l Koordinaten l UVW-Mapping-Koordinaten l Art des Bitmap und Bitmap-Parameter l Rauschen l Ausgabe l Zeit l Mapping-Typen

2. MM Übergeordnetes Mat. l Das Material erhält zusätzlich Farbe und Glanz l Die übergeordnete Materialschicht wird mit einem speziellen Knopf (Gehe zu Über..) erreicht l Durch Veränderung der Grundparameter wird das übergeordne Material modifiziert. l Die erweiterten Parameter steuern die Opazität.

2. MM Koordinaten l Mit Koordinaten wird das Mapping gesteuert. Koordinaten wirken bei Rendering !! l Textur texturiert das Objekt l Umgebung überzieht das Objekt l Kacheln und Spiegeln rapportiert das Bitmap l Abstand und Winkel verändern die Lage des Bitmaps auf dem Objekt

2. MM UVW-Koordinaten l Mit UVW wird das Mapping gesteuert. UVW wirkt auf Ansicht, NICHT auf Rendering !! l UVW-Mapping-Koordinaten (in der Änderungs- palette) sind gleichzeitig und gleichwertig zu den Koordinaten (im Materialeditor) zu nutzen l Vorschau nach Bitmap-Passung l Editieren der Lage des Bitmaps über das Unterobjekt Gizmo möglich

2. MM Bitmap l Der Bildcharakter des Bitmaps erzeugt die visuelle Oberflächenwirkung. l Bitmap laden (div.Formate möglich). l Pfade für Bitmap definieren (Standard: Maps). l Filterung: Anti-Aliasing l Kanalausgabe: Auswahl des Farbkanals l Alpha-Quelle: Woher Transparenzinformation

2. MM Rauschen l Rauschen verzerrt das Bitmap. l Durch Verzerrung wird die Zufälligkeit einer Textur deutlich verbessert. l Die Stärke und Qualität des Rauschens wird durch drei Parameter bestimmt: l Betrag, Ebenen und Größe

2. MM Ausgabe l Ausgabe steuert den Bitmapanteil am Gesamtmaterial. l Invertieren: Bitmap positiv oder negativ l Ausgabebetrag: Bitmapanteil am Material l RGB-Ebene: Farbintensität des Bitmaps l RGB-Abstand: Farbwert des Bitmaps

2. MM Zeit l Animiertes Material in einer Animation durch Steuerung eines animierten Bitmaps. l Start-Frame: Beginn animiertes Material l Abspielrate: Abspielgeschwindigkeit einstellen l Endbedingungen: Ende animiertes Material

2. MM Mapping-Typen l Die Oberflächencharakteristik (glänzend, transparent, Relief usw.) wird entscheidend durch den Mapping-Typ definiert. l Übersicht im RollOut Maps l Quasi-Standard: Gestreut l Beispiele: Peterson, Seite

2. MM Weitere Map-Typen l Bisher nur Map-Typ Bitmap verwendet l Weitere Map-Material-Typen unter: Materialeditor\Holen: Material/Map-Übersicht: Bitmap MischenFlat Mirror Maske MarmorVerlauf RGB-Tönung RauschenHolz Schachbrett ReflexionKerbe... usw. l Unterschied: Spezielle Parameter im RollOut des Materialeditors.

2. MM Map-Mat. 2. Beispiel

2. MM Map-Mat. 2. Übung l Die Test-Scene laden l Map-Material mit eigenen Bitmaps erstellen l Nur Map-Typ Bitmap verwenden ! l Alle Parameter varieren l Variieren von Kamera und Licht l Die besten Ansichten als *jpg-Bilder speichern und vorführen.

3. MK Materialkombination l Standard-Material: Funktioniert sofort l Map-Material: Bitmap und viele Parameter l Kombi: Kombination Standard +Map-Material l Materialeditor\Holen: Material/Map-Übersicht l Außer Standard noch 5 weitere Typen: blau: l Prinzip: Materialhierarchie mit speziellen Parametern im RollOut des Materialeditors. l Spezialknopf: Mat-Map-Anzeigensteuerung

3. MK Materialkombination l 5 Kombi-Material-Typen: l (Standard) l Multi-/Unterobjekt-Material l Oben/Unten-Material l Doppelseitiges Material l Überblenden-Material l Mattheit-Schatten-Material

3. MK Multi-/Unterobjekt l Eine Anzahl komplexer Materialien können beliebig hierarchisch verschachtelt werden l Die Anzahl kann beliebig groß sein l Verschiedenes Material für unterschiedliche Flächen eines Objekts

3. MK Oben/Unten l Ein Oben/Unten-Material weist einem Objekt auf der gleichen Fläche zwei Materialien zu: Eines für die Ober- eines für die Unterseite l Die Z-Achse definiert die Seiten. l Unterschiedliche Überblendung einstellbar. l Verschiedenes Material für eine Fläche

3. MK Doppelseitig l Mit einem doppelseitigen Material können jeder Seite einer Fläche ein individuelles Material zugewiesen werden. l Unterschiedliche Transparenz einstellbar. l Verschiedenes Material für eine Fläche mit Vorder- und Rückseite

3. MK Überblenden l Mit einem Überblenden-Material werden Materialien überblendet. l Analogie: Mit einem Mischen-Map werden Maps überblendet. l Mit einer Maske kann das das Überblenden kontrolliert werden. l Überblendung von Material

3. MK Mattheit/Schatten l Es werden Stellvertreterobjekte erzeugt (Matte Objekte). Sie sind selbst unsichtbar, können aber Schatten von anderen Objekten empfangen. l Verwendung bei Spezialeffekten

3. MK Kombi Beispiel

3. MK Kombi Übung l Die Test-Scene laden l Oben-Unten-Material mit eigenen Bitmaps erstellen und der Kugel zuweisen l Ein Doppelseitiges Material erstellen und dem Fußboden-Quader zuweisen. l Variieren von Transparenz und Überblendung l Ansichten als *jpg-Bilder dokumentieren. l Probleme beim Rendern mit Koordinatenzu- weisung: Umgebung statt Textur !!

M Fachbegriffe Standard M. Material wird durch Farbe, Glanzund Transparenz des Körpers definiert Map-Mater.Material wird durch ein auf den Körper projiziertes Bild (Map, Mapping) dargest. Kombi-Mat.Kombination von Standard- und Map- Material Glossar:Warnke, 3D Studio Max, Addison-Wesley

Vergleich R1/ R2

PETERSON: Beispiel-CD l Beispiele auf der CD im Directory Source, geordnet nach Kapitel-Nummern. l Licht und Kamera: Ch11...Schwach l Material: Ch12 und Ch13...Schwach l Atmosphärisch Effekte: Ch16...Interessant

Was gibt es noch in 3D-Studio ? l Atmosphärische Effekte l Animation -->> Animation.ppt l Inverse Kinematik l Was in R2 ??! l Was in R2,5 ??!

Noch Fragen ?