Lichtfabrik CINEMA 4D Part 1

Punktlichtquelle anlegen

Mit dem Anlegen und Verschieben einer Lichtquelle beginnt das Beleuchten. Sobald man eine einfache Punktlichtquelle anklickt, verschwindet das etwas dröge, aber nützliche Editor-Arbeitslicht. Allerdings kann diese Lichtquelle wirklich nur eines: leuchten. Dabei wird vom Programm lediglich der Winkel ausgewertet, in dem ein Lichtstrahl auf ein Polygon trifft und die daraus resultierende Helligkeit angezeigt. Bestrahlte Objekte werfen weder einen Schatten noch behindern sie den Lichtstrahl.

Lediglich die dem Licht abgewandte Seite bleibt dunkel. Auch das Abnehmen der Beleuchtungsstärke für weiter entfernte Objekte beherrscht das einfache Punktlicht noch nicht von alleine: Alle Objekte werden gleich hell bestrahlt, egal, wie weit sie von der Lichtquelle entfernt sind. Das ist in manchen Fällen sogar erwünscht, ist aber dennoch gewöhnungsbedürftig. Die meisten realen Lichtquellen besitzen eine solche Abnahme, doch muss man sie dem 3D-Licht erst einmal zuteilen.

Abnahme

Solltet ihr keinen Wert darauf legen, mit einer einzigen Lichtquelle eure Szene bis in den letzten Winkel auszuleuchten, müsst ihr eine Abnahme zuweisen. Die Abnahme der Lichtquelle wird über den Reiter Details festgelegt. Seit der Version R11 geht es hier physikalisch korrekt zu, denn dieser Abnahmetyp verhält sich wie eine reale Lichtquelle: Die doppelte Entfernung zum Licht entspricht nur einem Viertel der ursprünglichen Lichtleistung.

Damit ihr die Reichweite bereits im Editor einschätzen könnt, bekommt die Lichtquelle eine Sphäre aus drei konzentrischen Kreisen, die ihr interaktiv aufziehen oder verkleinern könnt. Doch Vorsicht: Die Sphäre gibt nicht die absolute Reichweite des Lichtes an. Die Abnahme tendiert gegen den Wert 0, erreicht ihn aber nie. Das bedeutet, dass auch außerhalb der Kreise liegende Objekte noch ein wenig Licht abbekommen.

Schatten

Die zweite wichtige Eigenschaft einer realen Lichtquelle ist die Tatsache, dass man sie zum Schattenwurf nutzen kann. Genaugenommen ist natürlich nicht die Lichtquelle, sondern das Objekt im Strahlengang der Lichtquelle für den Schatten verantwortlich. Dessen Charakteristik hat jedoch viel mit der Größe und der Entfernung des Lichtes zu tun. CINEMA 4D bietet gleich drei unterschiedliche Schattentypen an: Zunächst sind da die weiche Shadow Map, die am besten bei großen, simplen Objekten funktioniert, und der harte Schatten, der eine einfache Projektion aus der Richtung der Lichtquelle darstellt.

Beide sind schnell zu berechnen, aber physikalisch nicht korrekt. Deshalb gibt es die dritte, rechenintensive, aber dafür sehr realistisch wirkende Schattenart, den sogenannten Flächeschatten. Den solltet ihr aber erst zum finalen Rendern verwenden, für Testzwecke reichen die beiden anderen “schnellen” Schattentypen vollkommen aus.

Lichtformer

Neben diesen beiden essentiellen Attributen, der Abnahme und dem Schatten, spielt die Form der Lichtquelle die wichtigste Rolle beim Beleuchten einer Szene. Speziell dann, wenn man Lichtkanten auf Glanzobjekte setzen will, kommt man um ein Flächenlicht kaum herum. Das verhält sich allerdings zunächst nur in Bezug auf seine Schatten wirklich flächig; Reflexe werden nach wie vor punktförmig wiedergegeben, denn sie werden lediglich durch die Einstellungen im Glanzlichtkanal des beleuchteten Materials bestimmt.

Abhilfe schafft ein kleines Häkchen, welches ihr auf der Seite Details unter In Spiegelung anzeigen setzen könnt. Dort könnt ihr auch festlegen, ob die Lichtquelle selbst zu sehen sein soll oder nur die Spiegelung alleine. Übrigens: Wenn ihr die Spiegelung im Glanzobjekt seht, könnt ihr den Glanzlichtkanal des entsprechenden Materials abschalten - den braucht ihr nun nicht mehr.

Sichtbarkeit

Die Sichtbarkeit einer Lichtquelle ist in der 3D-Welt nicht selbstverständlich. Genau betrachtet ist sie dies im realen Leben auch nicht, denn wenn man einen Lichtstrahl sehen kann, ist es ja eigentlich nicht der Strahl selbst, sondern die Schwebeteilchen der Atmosphäre, die durch das Licht sichtbar werden. Trotzdem: In CINEMA 4D wird die Sichtbarkeit über die Lichtquelle selbst gesteuert. Es gibt sie in zwei Hauptformen: Sichtbar erzeugt eine Art helle Aura um die Lichtquelle, und zwar immer lotrecht zur Kamera.

Volumetrisch wertet diese Aura in allen drei Dimensionen aus und bemerkt damit auch Objekte, die innerhalb dieser Sichtbarkeit liegen. Die Zuteilung von Sichtbarkeit wird wie die Abnahme direkt im Editor über drei konzentrische Kreise gesteuert. Besonders stimmungsvoll wird sichtbares Licht, wenn der hellen Aura ein Noise zugeordnet wird. Noise besitzt einen eigenen Reiter; er wirkt, sobald er entweder der Beleuchtung, der Sichtbarkeit oder beidem zugeteilt wird.

Fotometrie

Fotometrische Daten, sogenannte IES-Dateien, beschreiben die Abstrahlcharakteristik von Leuchten bestimmter Hersteller. Die kommt durch Art und Platzierung der eigentlichen Lichtquelle, aber auch durch die Form und Oberflächenbeschaffenheit der Leuchte selbst zustande.

Praktischerweise bieten alle namhaften Hersteller diese Daten an, so könnt ihr bei der Visualisierung von Architekturaufnahmen bereits die passende Leuchte in die Szene integrieren: Ladet die Liste der IES-Daten von der Internetseite des Herstellers und legt als Typ eine IES-Lichtquelle fest. Im Reiter Fotometrisch ladet ihr den gewünschten Dateinamen, die entsprechende Charakteristik wird in einer stilisierten Raumvorschau darunter angezeigt. Wichtig: Die Hauptstrahlrichtung einer IES-Lichtquelle verläuft immer in Richtung der Z-Achse, sollte also gegebenenfalls gedreht werden.

Linsen

Der harmlos klingende Name dieses Reiters hat es in sich: Unter Linsen findet sich eine Reihe unterschiedlicher Presets, die die Wiedergabe von Lichtquellen durch optische Systeme simulieren. Erstens könnt ihr das sogenannte Glühen aktivieren, dies bildet die Lichtquelle selbst ab. Zweitens lassen sich zusätzlich die Reflexe einschalten, die die Reflexion von Licht auf den vergüteten Linsen innerhalb eines Objektivs, sogenannte Lensflares, nachahmen.

Beide Effekte sind über die Bearbeiten-Schaltfläche in ihre Bestandteile zerlegbar. Dass sie außerdem in puncto Größe, Helligkeit und Rotation veränderbar sind, versteht sich quasi von selbst. Interessant für Photoshopper: Wenn ihr einfach nur eine Lichtquelle anlegt, dieser dann Glühen und Reflexe zuteilt und die Datei rendert, könnt ihr sie speichern und in Photoshop verwenden. Den schwarzen Hintergrund blendet ihr aus, indem ihr den Verrechnungsmodus der Ebene von Normal auf Linear abwedeln stellt!

Effekte: Caustics

Beleuchtungseffekte sind so etwas wie das Salz in der Suppe der Lichtführung. Die meisten von ihnen sind luxuriös ausgestattete Technikwunder, die man sich entweder gönnt oder schweren Herzens, weil zu renderintensiv, darauf verzichtet. Beginnen wir mit einem hübschen Realitätsverstärker, den Caustics. Diese amorphen Reflexe treten bei transparenten oder reflektierenden Materialien auf; beide Caustictypen könnt ihr über den gleichnamigen Reiter getrennt voneinander anklicken.

Während Oberflächencaustics metallene Materialien und deren Umgebung mit den typischen Reflexen verzieren, machen Volumencaustics dasselbe bei transparenten Materialien. Der Wert für die Energie bestimmt die Helligkeit, die Anzahl der Photonen die Genauigkeit der Berechnung. Beginnt eine Testreihe mit einem niedrigen Wert von etwa 50000 Photonen und steigert ihn solange, bis die Caustics glatt verlaufen. Höhere Werte verbessern die Qualität nicht, verlängern aber die Renderzeit.

Effekte: GI

Die GI, die Global Illumination, ist für Modellierer eigentlich Pflicht. Sie basiert auf dem sogenannten Raytracing, was soviel heißt wie “Strahlen verfolgen”: Ein Lichtstrahl, der in die Szene geschickt wird, beleuchtet ein Objekt. Ohne GI wäre es das nun gewesen. In der Realität wird Licht aber nicht nur absorbiert, sondern ein gewisser Teil davon auch reflektiert und dabei diffus gestreut. Je heller und glatter der Gegenstand, desto stärker die Reflexion des auftreffenden Lichts.

Genau dies passiert bei der GI. Die Strahlentiefe legt dabei fest, wie oft ein Lichtstrahl weitergeschickt wird. Im neuen physikalischen Renderer der R13 ist dieser Effekt bereits enthalten, ihr könnt ihn jedoch bei Bedarf noch aus der Effekteliste der Rendervoreinstellungen dazuwählen. Kleiner Tipp: Verwendet den Typ Irradiance Cache und stellt die Werte für die Stochastischen Samples und die Eintragsdichte auf Niedrig. Erst für das finale Rendering nehmt ihr wieder Mittel, das spart unheimlich viel Zeit!

Effekte: AO

Eigentlich müsste man meinen, dass ein Flächeschatten das Nonplusultra eines physikalisch korrekten Schattens darstellt. Ist auch fast so. Was aber fehlt, ist der kleine, tiefschwarze Schatten unmittelbar am Auflagepunkt eines Objektes. Auch dieser Ambient Occlusion genannte Körperschatten ist ein Effekt, den ihr zumindest für das finale Rendern einer Szene dazubuchen solltet, auch wenn er Renderzeit kostet. Die AO ist vor allem dann wichtig, wenn ein Gegenstand im Schatten eines anderen liegt.

Da die Lichtquelle den verdeckten Gegenstand nicht sehen kann, erhält er auch keinerlei eigenen Schatten zugeordnet und wirkt so seltsam fremd und an der Szene unbeteiligt: Die Kugel in der rechten Bildhälfte, die zwischen den beiden größeren Kugeln liegt, demonstriert dies. Während alle anderen Kugeln eine AO besitzen, wurde dieser Kugel die AO per Render-Tag entzogen. Render-Tag?

Render-Tag

Das Render-Tag ist ein Tag, das nicht nur in Zusammenhang mit Lichtwerkzeugen sinnvoll ist. Es ist vielmehr ein unscheinbares, aber mächtiges Werkzeug, welches fast in jeder Szene in irgendeiner Weise seine Finger im Spiel hat. Das Render-Tag wird Objekten im Objekte-Manager zugeteilt und bestimmt deren Eigenschaften mit. Im Falle der gesperrten AO wurde einfach das Häkchen für die AO entfernt. Häufiger jedoch wird dieses Tag eingesetzt, um Objekte unsichtbar zu machen.

Das lohnt sich besonders dann, wenn man einen unverzichtbaren, aber störenden Aufheller in der Kamera sehen kann wie im Beispiel links. Da die Wirkung des Aufhellers, also seine Sichtbarkeit für Strahlen, GI, AO etc. unabhängig von seiner Sichtbarkeit für die Kamera ist, kann er aus dem Bild entfernt werden, ohne seine Wirkung einzubüßen. Das Render-Tag findet ihr im Menü des Objekte-Managers unter Tags>CINEMA-4D-Tags.

Lightbox

Man muss nicht ständig das Rad neu erfinden, um voranzukommen. Deshalb gibt es in CINEMA 4D neben den hier vorgestellten Lichtwerkzeugen auch vorgefertigte Lösungen, sogenannte Light Setups. Auch wenn ihr diese Setups wahrscheinlich nicht 1:1 übernehmen wollt, so taugen sie zumindest als Ausgangsposition oder als Inspiration für typische und bewährte Beleuchtungstechniken.

Die Auswahl ist vielfältig - egal, ob man gerade eine klassische Dreipunktbeleuchtung benötigt oder Sonnenlicht inklusive Himmelslicht im virtuellen Fotostudio simulieren will: Klickt euch im Content Browser durch die mitgelieferten Lichtsetups. Die Lichtquellen sind genauso variabel wie selbst in die Szene geklickte. Ergänzt Lichtquellen, schaltet andere dafür ab, ändert Lichtfarbe und Intensität und passt so das Setup den Bedürfnissen eurer Szene genau an.