MoGraph – Partikelanimationen mit dem Tracer-Objekt

Tutorials 11. Januar 2012 – 0 Kommentare

Autor: Andreas Asanger

In diesem Tutorial zum Modul MoGraph erzeugen wir eine Partikelanimation mit dem Tracer-Objekt. Dabei generiert uns das Tracer-Objekt aus den emittierten Partikeln die Spline-Punkte, die wir für die animierten Sweep-NURBS-Schlangen brauchen.

 

Weil wir uns bei diesem Tutorial ganz auf MoGraph und weniger auf die Ausleuchtung und Szenerie kümmern möchten, verwenden wir als Ausgangspunkt eine Standard-Szenerie mit Kamera, Lichtquelle und Boden-Objekt.

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Projektentwicklung mit CINEMA 4D

 

Kurz zum Aufbau der Szene: Auf der Höhe 0 befindet sich ein Boden-Objekt, das von einer Punkt-Lichtquelle zentral von oben ausgeleuchtet wird. Unsere Partikel werden später etwas unterhalb der Lichtquelle erzeugt werden, sodass alle Partikel automatisch vom Licht erfasst werden. Das Boden-Objekt besitzt ein leicht spiegelndes weißes Material.

 

Aufbau des Partikelsystems

Wir werden für jede der einzelnen Farben ein eigenes kleines Partikelsystem anlegen. Um die Arbeitsschritte dabei nicht mehrfach wiederholen zu müssen, stellen wir einen ersten Aufbau fertig und passen die anderen Farben über Duplikate an.

Für unsere Zwecke genügt das Standard-Partikelsystem aus CINEMA 4D vollauf. Wir erzeugen uns als Erstes ein Emitter-Objekt aus der Palette der Partikelsystem-Objekte.

 

Im zugehörigen Einstellungsdialog aktivieren wir die Partikel- und Emitter-Seite, um im Emitter die nötigen Parameter einzugeben. Zunächst setzen wir die Geburtsrate der Emission auf 2. Da wir noch vier weitere Emitter in die Szene einbauen, bekommen wir so später insgesamt 10 Partikel emittiert.

Der Start der Emission beginnt logischerweise bei Bild 1, das Ende legen wir auf Bild 400, damit sich inklusive der Auflösung der Partikel von ca. 175 Bildern eine insgesamt etwa 20-sekündige Animation ergibt. Die Geschwindigkeit setzen wir auf 700m, variieren diese aber mit 40%, damit der Flug der Partikel möglichst natürlich und nicht zu gleichförmig ausfällt. Den Emitter-Typ belassen wir auf Pyramide und geben für die horizontale und vertikale Flugrichtung einen Winkel von je 60° an. Damit stößt der Emitter die Partikel in einem Winkel bis zu maximal 60° aus.

 

Einbinden des Tracer-Objekts

Ein Tracer-Objekt aus dem Menü MoGraph in CINEMA 4D soll nun dafür sorgen, dass die emittierten Partikel sinngemäß und brauchbar zu Punkten für ein Spline-Objekt werden.

 

Nach dem Erzeugen des Tracers müssen wir den Tracer zunächst mit dem Emitter bekannt machen. Dazu selektieren wir das Tracer-Objekt im Objekt-Manager und ziehen das Emitter-Objekt in das Feld Tracer Verknüpfung des Einstellungsdialogs im Attribute-Manager.

Den zweiten Abschnitt des Dialogs können wir so belassen, wie er ist – wir möchten schließlich Pfade mit Punkten getraced haben. Den Parameter Grenze setzen wir auf Ende. Damit erzielen wir den Effekt, dass sich die Tracer-Schlangen zunächst nach vorne springend ausbreiten und sich schließlich von hinten nach vorne auflösen. Als Auflösungszeit setzen wir 75 Bilder fest, damit die Tracer-Schlangen zeitig Platz für die neuen Partikel machen.

Der unterste Abschnitt ist aus den Spline-Dialogen bekannt. Wir lassen uns ganz einfache, lineare Splines ohne Zwischenpunkte erzeugen.

 

Erzeugen der Tracer-Schlangen mit dem Sweep-NURBS-Objekt

Räumen wir noch ein wenig auf, bevor wir das Partikelsystem in ein Sweep-NURBS-Objekt integrieren. Wir legen das Emitter-Objekt über den Objekte-Manager in das Tracer-Objekt hinein. Das wäre zwar funktional nicht nötig, da wir die Zuweisung über das Tracer-Objekt bewerkstelligt haben, gibt uns aber mehr Übersicht, weil wir ja schließlich mehrere Partikelsysteme erzeugen wollen.

Der durch das Tracer-Objekt generierte Pfad wird im Sweep-NURBS-Objekt als Rail-Spline fungieren. Demnach brauchen wir noch einen zweiten Spline, um die Form des Sweep-NURBS-Objekts festzulegen.

Wir holen uns dazu einen Kreis-Spline aus der Palette der Spline-Objekte und vergeben einen Radius von 0.5m.

 

Nun holen wir den Sweep-NURBS-Generator aus der Palette der NURBS-Objekte und passen ihn an unsere Bedürfnisse an.

Wem der niedrige Wert des Kreis-Splines aus dem vorangegangenen Schritt aufgefallen ist, hat hier seine Erklärung. Bei den Objekt-Eigenschaften setzen wir den Skalierungswert am Ende des NURBS-Objekts auf 2000%. Das klingt nach viel, bewirkt aber eigentlich nur, dass der Kreis-Spline auf die zwanzigfache Größe skaliert wird, was aus dem 0,5m Radius am Anfang der Tracer-Schlange eine brauchbaren Wert von 10m Radius am Ende der Schlange macht.

Beim Anfang des Sweep-NURBS-Objekts benötigen wir aufgrund des minimalen Wertes keine Deckfläche, am Ende des Sweep-NURBS dagegen ist die Öffnung deutlich sichtbar. Zum Schließen dieser Öffnung aktivieren wir für das Ende des Sweep-NURBS die Deckflächen und Rundung. Ein Wert von 0,3 m Radius bei drei Stufungen sorgt für eine abgerundete Kante.

 

Jetzt müssen wir nur noch Form- und Rail-Spline in der richtigen Reihenfolge in das Sweep-NURBS-Objekt im Objekt-Manager legen.

 

Probieren wir unser fertiggestelltes erstes Partikelsystem einmal aus. Nach Klick auf den Abspiel-Button in der Animations-Palette stößt unser Emitter langgezogene Sweep-NURBS-Stäbe aus. Mehr ist an dieser Stelle auch nicht zu erwarten, da noch gar keine Kräfte und Modifikatoren auf das Partikelsystem wirken.

 

Passen wir die Position des Partikelsystems an. Die Partikel sollen von oben nach unten ausgestoßen werden. Wir selektieren dazu das übergeordnete Sweep-NURBS-Objekt im Objekte-Manager und versetzen es über die Koordinaten auf einen Y-Wert von 500m nach oben.

Um jetzt noch das Partikelsystem nach unten zu drehen, ändern wir den Pitching-Winkel auf -90°. Dieses erste platzierte Partikelsystem soll blaue Tracer-Schlangen ausstoßen. Um die Übersicht zu behalten, benennen wir es gleich entsprechend um.

 

Material für die Tracer-Schlangen

Für die verschiedenfarbigen Tracer-Schlangen erzeugen wir nun insgesamt fünf bunte Materialien, die alle einen leicht neonartigen Schimmer aufweisen und über eine Transparenz-Maske zum Ende der Schlange hin durchsichtig werden sollen.

Fangen wir mit einem blauen Material an. Wir erzeugen ein neues Material durch Doppelklick auf eine freie Stelle im Material-Manager. Im Material-Editor benennen wir das Material beispielsweise „Tracer Blau“ und stellen uns über die Farbregler im Farbe-Kanal ein kräftiges Blau ein.

 

Weil wir diese Farbe auch gleich noch einmal im Leuchten-Kanal benötigen, legen wir sie einfach in der Farbpalette für eigene Farben ab. Dazu klicken wir auf den Farbchip am Farbregler des Farbe-Kanals und anschließend auf den großen Farbchip im Farbwähler.

Jetzt können wir das eingestellte Blau von oben nach unten an eine freie Stelle der individuellen Farbpalette schieben.

 

Zurück im Material-Editor aktivieren wir den Leuchten-Kanal. Da wir das Leuchten über den Fresnel-Shader steuern werden, ist die hier eingestellte Grundfarbe eigentlich unerheblich. Sollten wir den Fresnel-Shader durch Mischen mit der Grundfarbe später anpassen wollen, eignet sich die blaue Material-Grundfarbe aus dem Farbe-Kanal gut.

 

Wir laden uns den Fresnel-Shader über den Pfeil-Button als Textur in den Leuchten-Kanal.

 

Nach Klick auf den Shader-Button landen wir in den Einstellungen des Fresnel-Shaders. An die linke Seite des Farbverlaufs setzen wir ein helles türkisblau, das sich als Schimmerfarbe gut mit dem Blau verträgt; an die rechte Seite des Farbverlaufs setzen wir das in unserer individuellen Farbpalette gespeicherte Grundfarben-Blau ein.

Unsere Tracer-Schlangen sollen über ihre Sweep-NURBS-Länge zum Ende hin immer durchsichtiger werden und schließlich transparent auslaufen. Dies steuern wir über den Transparenz-Kanal.

 

Wir aktivieren uns den Transparenz-Kanal über die Liste der Material-Kanäle des Material-Editors.

 

Als Textur verwenden wir diesmal einen Farbverlauf-Shader. Wir setzen ihn über das Shader-Menü nach Klick auf den Pfeil-Button am Textur-Menü ein.

 

Die standardmäßig eingestellten schwarz-weißen Verlaufsfarben sind an dieser Stelle schon richtig, die Richtung des Verlaufs müssen wir aber noch vom horizontalen „2D – U“ in das vertikale „2D – V“ umändern.

Wer mag, kann den Verlauf noch etwas anpassen, damit er nicht zu linear ausfällt. Wichtig ist hier, dass der rechte Bereich, also der Verlauf von halbtransparent zu transparent, möglichst weich ausläuft und nicht abrupt abfällt.

 

Damit wäre die erste Farbe der Tracer-Schlangen auch schon fertiggestellt. Nach diesem Muster habe ich insgesamt noch vier weitere Materialien erstellt. Am besten kopiert man sich das Basis-Material durch Ziehen mit gedrückt gehaltener Ctrl- bzw. Strg-Taste im Material-Manager und tauscht sowohl die Grund- als auch die Schimmerfarbe des Materials einfach durch die gewünschte Farbkombination aus.

 

Um unser Material den generierten Tracer-Schlangen zuzuweisen, ziehen wir es aus dem Material-Manager einfach auf das Sweep-NURBS-Objekt des Partikelsystems im Objekt-Manager. Um mehr müssen wir uns gar nicht kümmern, denn dank UVW-Mapping legt sich die Textur des Farbverlaufs automatisch entlang des getraceten Splines an.

 

Nun ist das Partikelsystem endlich fertiggestellt und texturiert, sodass wir uns insgesamt vier Kopien durch Ziehen mit gedrückt gehaltener Ctrl- bzw. Strg-Taste im Objekt-Manager erzeugen können. Jedes Partikelsystem bekommt natürlich noch sein eigenes Material und der Übersichtlichkeit halber auch einen passenden Namen zugewiesen.

 

Positionieren der Partikelsysteme

Bislang befinden sich alle Partikelsysteme an exakt der gleichen Position im Raum. Um die Partikelemission natürlicher und kurzweiliger zu gestalten, werden wir sie kreisförmig und damit auch jeweils leicht rotiert anordnen.

Diesen Job wird CINEMA 4D für uns erledigen. Dazu wählen wir zunächst alle fünf Partikelsysteme im Objekt-Manager aus und rufen anschließend den Befehl Anordnen aus dem Menü Funktionen auf.

 

Im Einstellungsdialog des Anordnen-Befehls wählen wir den Modus Kreis und stellen einen Radius von 60m ein. Damit liegen die fünf Emitter zwar relativ nahe beieinander, sind aber weit genug voneinander entfernt, sodass es keine Überschneidungen der Tracer-Schlangen geben sollte.

Die tangentiale Anordnung sorgt dafür, dass jeder Emitter leicht rotiert an den imaginären Kreis gesetzt wird, was zusätzlich noch etwas mehr Natürlichkeit in den Partikelregen bringt.

 

Obige Abbildung zeigt das Ergebnis nach Zuweisung des Anordnen-Befehls. Die Partikelsysteme sind damit an Ort und Stelle, sodass es höchste Zeit wird, die bunten Tracer-Schlangen mal testweise regnen zu lassen.

 

Nach Klick auf den Abspielbutton in der Animationspalette emittieren die fünf Partikelsysteme schön bunt gemischte Tracer-Schlangen. Wie obige Abbildung zeigt, sind alle Tracer-Schlangen noch schnurgerade und werden von keinen Kräften beeinflusst bzw. vom Boden aufgehalten. Das werden wir jetzt ändern.

 

Ausbau des Partikelsystems mit Modifikatoren

Kümmern wir uns zunächst einmal um die Schwerkraft. Dank negativer Y-Ausrichtung strahlen die Emitter die Tracer-Schlangen zwar nach unten ab, die Schlangen ändern ihre Form aber zu keiner Zeit und würden bei einem späteren Aufprall auf dem Boden ihre Richtung komplett ändern und sich nach oben davonmachen.

Wir integrieren die Schwerkraft durch ein Gravitations-Objekt aus der Palette des Standard-Partikelsystems.

 

Im Einstellungsdialog des Gravitations-Objekts setzen wir die Beschleunigung auf einen Wert von 1000, auf der Abnahme-Seite lassen wir einen unbegrenzten Einfluss auf die Partikel zu.

Es wäre unschön, wenn ein Partikel – und damit eine Tracer-Schlange – plötzlich wieder schwerelos im Raum schweben würde.

 

Als Nächstes widmen wir uns dem Boden. Bislang durchdringen alle Partikel unbehelligt den weißen Untergrund; eigentlich sollten sie aber vom Boden abprallen.

Dies erledigt ein Reflektor-Objekt für uns, das wir ebenfalls aus der Partikelsystem-Palette in die Szene holen.

 

Im Einstellungsdialog des Reflektor-Objekts setzen wir den Elastizitätswert auf 50%. Das bedeutet, dass die Partikel bei jedem Aufprall auf dem Boden bis zur Hälfte der Ausgangshöhe nach oben gestoßen werden.

Eine Größe von 10000m x 10000m stellt sicher, dass kein Partikel aus der vorgegebenen Zone durch den Boden tauchen kann. Da sowohl Boden-Objekt als auch Reflektor-Objekt standardmäßig auf gleicher Höhe liegen, müssen wir an der Position des Reflektor-Objekts nichts ändern.

 

Ein Testlauf aus der Ansicht von vorne zeigt bereits, dass sich die Tracer-Schlangen an unsere Vorgaben halten und vom Boden abprallen. Die Krümmung der Tracer-Schlangen vor und nach dem Aufprall wird durch die Gravitation erzeugt, die auf jeden einzelnen Partikel der Tracer-Schlange wirkt.

 

Wer noch ein bisschen mehr Chaos in die Flugbahn der Tracer-Schlangen bringen möchte, holt sich aus der Partikelsystem-Palette noch ein Turbulenz-Objekt dazu.

Es sorgt zusätzlich auf eine Verwirbelung der Partikel entlang der Y-Achse. Der hier gezeigte Stärke-Wert von 10 bei einer Frequenz von ca. 70% sorgt für eine leichte Rotation, übertreibt seinen Einfluss dabei aber nicht. Höhere Werte lassen aus den Tracer-Schlangen schnell Zackengebilde werden. Wir schränken den Einfluss des Turbulenz-Objekts durch die Form Würfel auf der Abnahme-Seite auf einen Würfel der Seitenlänge 1500m ein.

 

Die Modifikatoren des Standard-Partikelsystems wirken standardmäßig global. Das bedeutet: Alle Modifikatoren in unserer Szene nehmen auf alle Partikel jedes Systems Einfluss.

Für unsere Zwecke ist diese Einstellung genau richtig, sodass wir die Arbeit an den Modifikatoren beenden und die Kräfte in eine Gruppe (Befehl Alt+G im Objekt-Manager) aufräumen können.

 

Ein bisschen Feintuning gönnen wir uns aber noch, damit die Partikel der unterschiedlichen Partikelsysteme nicht zu gleichförmig ausgestoßen werden. Das Schrauben am Zufallswert ist ganz nett, bei der relativ geringen Zahl der Partikel sollten wir die Emission aber besser zeitversetzt ablaufen lassen.

Dazu öffnen wir noch einmal die einzelnen Partikelsystem-Hierarchien bis zum Partikel-Emitter-Objekt und versetzen jeden Start- und Stopp-Wert der Emission um etwa 4-5 Bilder. Damit läuft die Emission des zweiten Partikelsystems in unserem Beispiel von Bild 5 bis Bild 405, …

 

… die Emission des dritten Partikelsystems von Bild 10 bis Bild 410, …

 

… die Emission des vierten Partikelsystems von Bild 15 bis Bild 415 …

 

… und die Emission des fünften Partikelsystems von Bild 20 bis Bild 420.

 

Damit sind die Partikelsysteme fertiggestellt und können auch schon auf die Szene losgelassen und gerendert werden.

Wie obige Abbildung zeigt, besitzen die Tracer-Schlangen nur eine von den Positionen der Partikel vorgegebene Länge und laufen wir gewünscht transparent aus…

 

… während sie sich zum Ende der Animation durch den ausbleibenden Partikelnachschub und die unerbittliche Tracer-Grenze von 75 Bildern von hinten praktisch auflösen.

 

Wer sich am schwarz nach hinten auslaufenden Hintergrund stört und die Tracer-Schlangen lieber auf komplett weißem Unter- und Hintergrund – wie auch in der mitgelieferten Beispielanimation – rendern möchte, setzt zusätzlich einfach noch ein Himmel-Objekt ein und holt sich für Boden und Himmel je ein Render-Tag aus dem Menü Tags>CINEMA 4D Tags des Objekt-Managers.

Im zugehörigen Einstellungsdialog aktivieren wir die Option Hintergrund-Compositing

 

… und können die Tracer-Schlangen Bunt auf Weiß bewundern. Im gerenderten Beispiel habe ich außerdem die Spiegelung des Boden-Materials deaktiviert.

Zum Thema Hintergrund-Compositing gibt übrigens auch ein separates Tutorial auf PSD-Tutorials.de, das alle notwendigen Schritte dazu detailliert beschreibt. Im Archiv der Arbeitsdateien sind beide Versionen enthalten.

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