Dieses Tutorial
soll anhand einer kleinen Beispielszene
einige Tips zur Lichtsetzung in 3dStudio Max geben. Die Szene besteht
aus einem Boden, zwei Wänden, einer Kugel und dem berühmten
Teapot. Noch sind keine Lichter gesetzt, d.h. Max verwendet die Standardbeleuchtung,
bestehend aus zwei Lichtern, die gegenübergestellt sind. Sobald
aber ein selbst gesetztes Licht zum Einsatz kommt, werden diese Standardlichter
deaktiviert. Zunächst ein wenig Theorie:
Es gibt drei Grundarten
von Lichtern in Max: Punktlichter, Spots und Richtungslichter. Diese
drei Arten unterscheiden sich in der Art, auf die sie ihr Licht ausstrahlen:
Punktlichter kann
man am besten mit einer Kerzenflamme vergleichen. Sie strahlt in alle
Richtungen gleichmäßig ihr Licht ab.
Spotlichter ähneln,
wie der Name vermuten läßt, einem Spot. Hier wird das Licht
von einem Punkt aus kegelförmig in eine bestimmte Richtung abgestrahlt.
Dabei kann man die weite des Kegels beeinflussen, somit enggebündelte
oder weit ausladende Spots erstellen.
Richtungslichter
lassen sich am besten dem Sonnenlicht oder einem Laser zuordnen. Hier
verlaufen alle Lichtstrahlen parallel zueinander. Lichtkegel wie beim
Spot gibt es nicht, vielmehr einen Lichtzylinder. Dementsprechend werden
auch die Schatten parallel zueinander abgebildet, und nicht wie bei
einem Punkt- oder Spotlicht verzerrt.
Betrachtet
zum besseren Vergleich das Blid links. Anhand des Schattenwurfs kann
man schön erkennen um welche Lichter es sich handelt.
Punktlicht und Spotlicht unterscheiden sich eigentlich nur dadurch,
das letzteres durch den Lichtkegel eingegrenzt wird.
Beim dem Richtungslicht erkennt man deutlich den parallelen Lichtcharakter.
Die Schatten werden nicht verzerrt.
Neben den drei
bereits genannten Lichtern, gibt es noch zwei Variationen: das Zielspotlicht
und das Zielrichtungslicht. Diese beiden Lichter funktionieren genauso
wie ihre großen Brüder, mit der Ausnahme das man bei der
Erstellung neben dem Licht auch noch ein Zielobjekt erhält. Verschiebt
man dieses Zielobjekt, verfolgt der Spot das Ziel. Man tut sich bei
der Ausrichtung der Lichter wesentlich leichter. In der Verwendung gibt
es einen einfachen Unterschied. Für einen Autoscheinwerfer z.B.
ist ein normales Spotlicht geeignet, für einen Theaterscheinwerfer
wäre das Zielspotlicht die richtige Wahl. Es kommt einfach darauf
an, ob der Spot feststehend ist (und lediglcih verdreht werden kann,
wie beim Theaterscheinwerfer), oder ob es ein starres Licht ist, daß
sich mit einem anderen Objekt mitbewegen muß (Auto). Natürlich
wäre auch eine Kombination denkbar, z.B. ein Suchscheinwerfer eines
Hubschraubers.
Es gibt auch noch
andere Lichtarten, meist unter dem Namen "Area-Lights" zusammengefasst.
Area-Lights haben den entscheidenden Unterschied, daß sie nicht
von einem Punkt ausgehen (so wie daß Punkt oder Spotlicht), sondern
von einer Fläche oder einem Objekt. Eine Neonröhre wäre
ein gutes Beispiel für ein Area Light. Die Neonröhre strahlt
auf ihrer gesamten Länge, und rund um sich herum. Ein glühender
Zylinder sozuagen.
In der Max-Standard-Version gibt es keine Arealights. Ein (Free-)Plugin
der Blurstudios (RayFX-Shadows) ermöglicht aber den Einsatz
solcher Lichtquellen. Oder Lumaobjekts
von Cebas bieten ebenfalls eine Simulation solcher Lichtquellen.
Nun aber zum Einsatz
von Lichtquellen in Max:
Im
Bild nebenan seht ihr die Erstellungspalette .
Klickt auf das Lämpchen, und ihr könnt zwischen den verschiedenen
Lichttypen auswählen. Im folgenden möchte ich nur auf das
Zielspotlicht eingehen. Dabei kommt man mit fast allen Lichteinstellmöglichkeiten
in Kontakt.
Wenn ihr euch zunächst
einwenig mit dem Plazieren der Lichtquelle vertraut machen wollt, nehmt
einfach ein Licht eurer Wahl, und setzt es in die Beispielszene
"Licht01". Dort sind noch keine Lichter gesetzt. Rendert
ein Bild, verschiebt die Lichtquelle und rendert wieder. Ihr könnt
dabei beobachten, wie die Objekte anders beleuchtet werden, jenachdem
woher das Licht eben kommt. Der Glanzpunkt verschiebt sich dementsprechend,
und genauso auch die unbeleuchteten Seiten der Objekte. Beachtet jedoch
dabei, daß Euer Licht noch keine Schatten wirft. Außerdem
könnt Ihr beobachten, daß Flächen die nicht direkt beleuchtet
werden komplett schwarz sind. Ist ja eigentlich auch logisch, wo kein
Licht hinfällt ist es eben dunkel. Aber auch nur bei Computeranimationen.
In der Realität ist es etwas anderes. Lest dazu den kleinen Link
"Radiosity-Renderer",
falls ihr mit diesem Begriff nichts anfangen könnt.
Wenn ihr euch ausgetobt
habt, öffnet die Szene Licht02. Dort habe ich ein Ziel-Spotlicht
auf die Szene gerichtet. Das Licht ist noch total jungfräulich,
d.h. ich hab noch nichts an den Werten herumgeschraubt, alles sind Standard-Max-Einstellungen.
Ein weiteres Punktlich hellt die Szene von hinten auf. Macht ein kurzes
Rendering von der Kameraansicht, und ihr seht den Teapot mit der Kugel,
erleuchtet von einem Ziel-Spotlicht und dem Punktlicht.
Selektiert das Spotlicht, wechselt in die Änderungspalette
und öffnet dort das Rollout allgemeine Parameter. Im folgenden
werde ich nun die wichtigsten Parameter ansprechen, die man zur Lichtsetzung
in 3dsMax benötigt:
Ein: Schaltet
das Licht ein und aus (das Licht wird dabei nicht gelöscht, sondern
nur vorübergehend deaktiviert).
Ausschließen
(oder auch Einschließen): Hier könnt ihr Objekte von
verschiedenen Wirkungsweisen der Lichtquelle ausschließen (Schattenwurf,
Illumination oder beidem). Ist z.B. nützlich wenn es um Fensterscheiben
geht. Hier kann man dann die Fenster-Objekte vom Schattenwurf ausschließen
(schließlich ist Glas ja lichtdurchlässig).
RGB HSV: Die
Farbe, Helligkeit, Sättigung wird über diese Parameter geregelt.
Oder ihr benutzt gleich das Farbfeld.
Schatten werfen:
Lichter werfen nicht immer Schatten (z.B. wenn sie nur als Aufheller
für dunkle Ecken verwendet werden). Nur wenn diese Box aktiviert
wird, wirft das Licht auch Schatten. Dazu später noch mehr (unter
Schattenparameter).
Multiplikator:
Oft reicht es nicht ein Licht auf einen RGB-Wert von 255,255,255
einzustellen. Das Licht kann immer noch zu dunkel sein (z.B. wenn es
sich um Sonnenlicht handeln soll). In einem solchen Fall ist der Multiplikator
die richtige Wahl. 1 ist der Standardwert. Ist der Multiplikator höher
als 1 wird die Intensität des Lichtes erhöht (Werte über
6-7 sind jedoch schon meist übertrieben). Bei Werten zwischen 1
und 0 wird die Intensität des Lichtes abgeschwächt (bei 0
ist die Intensität =0).
Man kann auch negative Multipliktorwerte verwenden. Das Licht dunkelt
den betreffenden Bereich dann ab (natürlich nur nützlich wenn
noch ein anderes Licht vorhanden, von dem Lichtintensität abgezogen
werden kann).
Den Mulitplikator kann man auch animieren. So ist es möglich flakernde
Lichtquellen zu erstellen, Lichter auf- und abblenden zu lassen oder
Blinklichter zu erstellen. Zum animieren einfach den Anim.-Button drücken,
zu einem anderen Frame wechseln und den Multiplikator verändern.
Nun zu der Beispielszene.
Spielt anhand des Spotlichts etwas mit den eben erklärten Werten
herum. Schaltet auch ruhig mal den Schattenwurf ein. Schließt
den Teapot aus. Dreht am Multiplikator herum, oder verändert die
Farbwerte. Wenn Ihr Euch ausgetobt habt, öffnet wieder die Szene
Licht03. Hier habe ich folgende Einstellungen vorgenommen:
- den Multiplikator des Punktlichtes auf 0,4 (ist ja nur ein Aufheller)
gesetzt.
- den Multiplikator des Spotlichter auf 2, die Farbe leicht gelblich-rötlich
gewählt.
- den Schattenwurf des Spotlichtes aktiviert.
Das
Rollout Spotlichtparameter:
Dieses Rollout
ist nur für Spot- und Richtungslichter relevant.
Hotspot und
Falloff: Mit diesen beiden Einstellungen könnt ihr die Ausmaße
des Lichtkegels festlegen. Im Hotspot (dem inneren, hellblauen Bereich
des Kegels) bleibt die Lichtstärke immer gleich. Dann nimmt die
Intensität nach außen hin ab, bis das Spotlich schließlich
kein Licht mehr abgibt. Dieser Bereich nennt sich Falloff (durch den
dunkelblauen Kegel angezeigt). Außerdem könnt ihr wählen
ob der Lichtkegel nun rund (Kreis) oder rechteckig ist.
Overshoot: Diese
Funktion hebt die Wirkung von Hotspot und Falloff auf. Der Spot besitzt
keinen Kegel mehr, das Licht breitet sich ohne Falloffbeschränkungen
aus. Gut einzusetzen wenn es um Sonnenlicht gehen soll, oder ein Raum
gleichmäßig erleuchtet werden soll
. Der Overshoot wirkt sich jedoch nur auf die Illumination aus. Der
Schattenwurf findet weiterhin nur im Falloffbereich statt. Ihr könnt
das testen, indem ihr Overshoot aktiviert, und einen kleinen Falloff
verwendet (z.B.25 Grad). Die Szene wird dann gleichmäßig
beleuchtet, aber der Schattenwurf wird durch den Falloff weiterhin begrenzt.
Seitenverhätnis:
damit könnt ihr das Längen-Breiten-Verhältnis eines
rechteckigen Spot beeinflussen. Das Feld "Bitmap-Passung"
wird relevant wenn ihr ein Projektormap, verwendet habt.
Projektor-Map:
Dieses Feld macht aus eurem Licht eine Art (Dia-)Projektor. Wenn ihr
in den Map-Kanal ein Bitmap hineinlegt (genauso wie beim Materialeditor),
verwendet euer Spotlicht die Bildinformationen für Farbe und Helligkeit.
Das ganze funktioniert das tatsächlich wie ein Projektor, d.h.
fällt euer Lichtkegel dann auf eine einigermaßen weiße
Fläche, wird dort das Bitmap abgebildet. Falls ihr später
nicht mehr an euer Bitmap herankommen solltet (um es z.B. zu spiegeln),
öffnet einfach den Materialeditor ,
und zieht das Projektormap per Drag&Drop in einen freien Kanal des
Materialeditors. Wählt ihr im erscheinenden Fenster "Instanz",
so werden zukünftig alle Änderungen die ihr an diesem Map
im Materialeditor vornehmt, auf das Projektormap übertragen.
Nun zurück
zur Szene (stellt sicher daß ihr die Szene03 gerade eben geladet
habt!). Macht nochmals ein Rendering aus der Kameraansicht. Der Henkel
des Teapots wird nicht mehr vom Spot erleuchtet. Aktiviert also wieder
das Spotlicht und erhöht den Falloff auf 55 Grad. Nun wird der
Rand des Lichtflecks größer und weicher, der Henkel wird
ebenfalls erleuchtet.
Verkleinert nun den Hotspot auf 20. Der Lichtfleck wird nicht großer,
aber nach innen hinein dunkler und weicher.
Die drei Bilder
nebenan zeigen folgendes:
1. Der Lichtfleck
mit den originalen Hotspot- Falloff- Einstellungen.
2. Die veränderten
Falloffeinstellungen (Hotspot 20/Falloff 55). Der Henkel des Teapots
bekommt noch ein wenig Licht ab!
3. Overshoot an.
Der gesamte Raum wird gleichmäßig erleuchtet. Den Falloff
hab ich in diesem Bild absichtlich auf 25 runtergedreht, um zu zeigen,
was passieren kann, wenn er zu klein gewählt wird. Die Teekanne
wirft gar keinen Schatten (sie liegt außerhalb des Falloffs),
der Schatten der Kugel wird abgeschnitten (gut zu sehen wenn man durch
den Henkel der Kanne durchguckt!).
Das
Rollout Lichtabnahmeparameter:
In diesem Rollout
könnt ihr die Abnahme der Lichtintensität in Bezug zur Entfernung
zur Lichtquelle bestimmen. Das ganze nicht mit dem obenbesprochenen
Falloff verwechseln! Hier geht es um den tatsächlichen Abstand
von Lichtquelle und beleuchtetem Objekt. Beginnen wir mit der Lichtabnahme
fern, da ihre Verwendung einfacher zu erklären ist.
Klickt zunächst
mal auf die Box "verwenden", standardmäßig arbeitet
Max ohne Lichtabnahme (d.h. euer Spot strahlt unendlich weit). Sobald
ihr die Box aktiviert habt, könnt ihr in den Ansichtsfenstern zwei
neue Bereiche in eurem Lichtkegel erkennen. Der gelbe zeigt den Beginn,
der "Lichtabnahme fern", der braune das Ende der Lichtabnahme.
Spielt zunächst an den beiden Werten herum, und beobachtet wie
sich die Bereiche auch in den Anischtsfenstern verändern. Stellt
dann den Beginn auf 450 und das Ende auf 650.
Rendert wieder
ein Bild (am besten von dem oberen Anischtsfenster. Da wird der Effekt
besonders deutlich!). Während der vordere Bereich der Szene noch
erleuchtet wird (hier hat die Lichtabnahme noch nicht begonnen) , werden
ab einer Entfernung von 650 Einheiten vom Spot aus die Objekte nicht
mehr beleuchtet (hier ist die Lichtabnahme vollendet). Das man dennoch
die Raumecke hinten erkennen kann, liegt an dem Punktlicht, das sich
noch in der Szene befindet.
Wenn Ihr nun noch
was über den Verwendungszweck der "Lichtabnahme nah"
wissen möchtet, schaut Euch das Scheinwerfer-Tutorial
an.
Deaktiviert die
"Lichtabnahme fern" wieder. In dieser Beispielszene wird sie
nicht benötigt.
Das
Rollout Schattenparameter:
Hier könnt
ihr nochmals den Schattenwurf ein- bzw. ausschalten. Außerdem
könnt Ihr die Art des Schattens bestimmen. Es gibt zwei unterschiedliche
Arten: Schattenmap und Raytrace-Schatten. Den Unterschied zwischen beiden
könnt Ihr hier
nachlesen.
Schattenfarbe:
Dieses Feld gibts erst seit Max R3. Damit könnt Ihr Eure Schatten
einfärben (normalerweise sind sie ja schwarz). Angenommen ihr habt
ein Glas modelliert und ihm dunkelblaues Plexiglas als Textur verpasst.
Der Schatten muß also eine Blau-Färbung erhalten.
Dichte: Mit
der Dichte habt ihr die Möglichkeit Schatten "transparent"
zu machen, auszufaden sozusagen. Setzt ihr die Dichte auf 0,5 so versumpfen
im Schatten liegende Objekte nicht im totalen Schwarz, sondern erhalten
noch 50% des Lichtes. Das bringt einem der Theorie Radiosity-Effekte
zu faken ein Stückchen näher. Man kann damit die 100% dunklen
Stellen vermeiden.
Zurück
zur Szene: Stellt die Schatten-Dichte eures Spotlichtes auf 0,8. Der
Ausguß der Teekanne wird nun nicht mehr zu 100% im Schatten der
Kugel versinken, sondern nun dennoch leicht aufgehellt (wie alle übrigen
Schatten auch).
Seht euch die zwei
Bilder rechts an. Das obere zeigt die Szene mit einer Schattendichte
von 1.0, das untere mit 0,8. Nachteil ist, daß der Ausguß
auch seinen Glanzpunkt wiedererhält. Das dürfte, wenn man
nach den Radiosity-Regeln geht, nicht so sein (da hier der Glanzpunkt
aufgrund des Spotlichtes entsteht. Radiositymäßig gesehen
würde der Ausguß von dem reflektierendem Diffuslicht der
Kugel und Umgebung erhellt werden, und das reicht für einen eindeutigen
Glanzpunkt kaum aus) Es ist eben alles nur ein Fake....
Das Rollout
Schatten-Map-Parameter
Dieses Rollout
ist für ein Licht nur interessant wenn es sich um bei der Generierung
der Schatten um Schattenmaps handelt. Verwendet Ihr Raytraceschatten,
hat dieses Rollout keine Bedeutung.
Die Neigung:
Die Map-Neigung vergrößert (bzw. verkleinert) den Abstand
zwischen Schatten und Objekt welches den Schatten wirft. Ist es euch
schon mal passiert, daß Objekte über ihrem Schatten zu schweben
scheinen? Oder das Objekte übele Moireeffekte erhalten, soblad
ihr die Schatten aktiviert? Über diesen Wert kann solche Effekte
regeln.
Standardmäßig ist die Mapneigung auf einem Wert von 1. Verringert
ihr den Wert gegen Null, rücken die Schatten näher an ihr
Objekt, der Schwebeeffekt nimmt ab. Dafür vergrößert
sich die Chance einer Moiré-Bildung. Normalerweise kommt man
mit der Standardeinstellung von 1 gut zurecht. Erfahrungsgemäß
schwanken die Werte aber von 0,002 bis 5.
Die Schattenmap
Größe: Gibt die Größe des Schattenmaps an.
Kleine Schattenmaps (128, 256, 512) haben meist eine schlechte Qualität,
die Schatten fransen oft aus. Dafür wird beim Rendern der Speicher
nicht so schnell zugemüllt, das "Lichter werden vorbereitet"
geht wesentlich schneller von der Hand (vorallem wenn man eine Szene
hat die 32 schattenwerfende Punktlicher hat).
Normale Schattenmaps
(Größe 1024) erreichen meist eine ausreichende Qualität.
Große Schattenmap
(2048, 4096) sind vorallem bei großen Szenen notwendig. Z.B. ihr
habt den Eifelturm nachmodelliert und viel Landschaft darumherum gebaut.
Um zu erreichen, daß trotz der großen Szenendimensionen
jede einzelne Eisenstrebe immer noch einen sauberen Schatten wirft,
müßt Ihr solch große Maps verwenden. Noch größere
Einstellungen sind unnütz, da der Speicherverbrauch explodiert.
In solchen Fällen dann lieber auf Raytraceschatten umsteigen.
Auch wenn eure Szene in einer hohen Auflösung gerechnet werden
soll (z.B. 2000x3000 Pixel) empfiehlt es sich die Schattenmaps etwas
größer zu gestallten.
Aber Vorsicht:
der Speicherverbrauch nimmt exponentiell mit der Map-Größe
zu. Eine Größe von 4096 führt zu 64Mb Speicherverbrauch.
Eine Mapgröße von 512 dagegen benötigt nur 1Mb...
Um Euren Rechner
nicht unötig zu belasten, solltet ihr außerdem immer in den
eben gennannten Schritten arbeiten: 128, 256, 512, 1024, usw. Der Prozessor
muß sich dann nicht mit der Berechnung von Kommastellen herumschlagen.
Es ist nicht viel, aber ein paar Prozent Renderzeit sind allemal drin.
Der Samplebereich
ist so eine Art Weichzeichner für die Schattenränder. Standardmäßig
liegt dieser Wert bei 4, und sollte im Normalfall auch im Bereich zwischen
2 und 12 bleiben. Maximal kann man den Samplebereich auf 50 einstellen,
was aber einen total unscharfen Schattenwurf zur Folge hat. Bei Werten
kleiner als 2 (bis 0) kann es sein, das Schatten so scharf werden, daß
schließlich Aliaseffekte auftreten.
Zurück
zur Szene:
Öffnet die
Szene04 und rendert einen Frame aus der Perspektivansicht. Betrachtet
vorallem den unteren Rand des Teapots. Der Schattenwurf schimmert unter
der Kanne hervor. Erhöht die Mapneigung auf 1.5 und der Schatten
rutscht noch ein Stückchen unter die Kanne hinein.
Das Bild links zeigt die zwei verschiedenen Mapneigungen nochmals im
Vergleich (oben die niedrige Einstellung, unten die korrigierte mit
einer Neigung von 1.5).
Gebt auch ruhig
mal extrem hohe und niedrige Werte ein. So erkennt ihr die Wirkungsweise
der Mapneigung deutlicher.
Werft
nun einen Blick auf die Wand hinter dem Henkel der Teekanne. Der Schatten
dort ist sehr ausgefranst. Das liegt an der niedrigen Map-Größe
von 512. Erhöht diesen Wert mal auf 1024. Die zwei Bildchen links
zeigen den Unterschied. Das obere Bild ist mit einer Mapgröße
von 512 gerechnet, das darunter mit einer Größe von 1024.
Der Schatten-Rand
ist nun nicht mehr so ausgefranst, jedoch ist er auch um einiges härter
geworden. Also
solltet ihr zum Schluß noch etwas mit dem Samplebereich herumspielen.
Erhöht ihn mal auf 10. Der Schatten wird weicher, und nun sind
auch die ausgefransten Kanten verschwunden. Die letzten zwei Bilder
zeigen den Teapot nochmal vor und nach den Korrekturen an den Schattenmap-Parametern.
Viel Spaß
beim Ausleuchten!
Noch ein kleines
Zuckerl: wer mehr über Licht und Ausleuchtungstechniken erfahren
möchte sollte sich diesen (englischen) Link
mal anschauen (vorsicht hat nen kleinen Newtek-Touch ;-)....