Deformationen und Partikel: Spezielle Deformatoren

Die folgenden Deformatoren gehen noch etwas komplexer ans Werk. Oft werden dabei gespeicherte Zustände des zu verformenden Objekts genutzt, damit eine Ausgangsbasis z. B. für die Glättung durch einen Deformator vorhanden ist. Schauen wir uns auch diese Objekte der Reihe nach an.

CINEMA-4D - Der Kamera-Deformer stell ein 2D-Verzerrungsraster zur Verfügung

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Projektentwicklung mit CINEMA 4D

Der Kamera-Deformator in CINEMA 4D

Hiermit können Sie Objekte aus der aktuellen Perspektive einer Kamera verformen. Dies wirkt so, als hätten Sie z. B. bei einem 2D-Bild das Grafikwerkzeug Wischfinger verwendet. Der Effekt ist also nicht wirklich dreidimensional, da er aus einer bestimmten Richtung auf die Geometrie projiziert wird. Die Deformationsebene wird daher von der im Dialog des Kamera-Deformators zugewiesenen Kamera bestimmt. Ist dieses Feld leer, wird die aktuelle perspektivische Editoransicht benutzt. Dies schränkt jedoch den Nutzen ein, da jede Veränderung an der Editoransicht nun auch die Deformation auf dem Objekt verschiebt.

In der Ansicht der zugewiesenen Kamera erscheint bei selektiertem Kamera-Deformer ein Raster, dessen Unterteilung über Gitter X und Gitter Y eingestellt werden kann. Je feiner das Raster unterteilt wird, desto mehr Punkte stehen Ihnen im Punkte-Modus zur Verfügung um die Verformung zu steuern. Ist Safe-Rahmen ausgeschaltet, weitet sich das Deformationsraster auch auf die Bereiche der Ansicht aus, die später nicht im berechneten Bild zu sehen sind. Achten Sie ansonsten darauf, dass die Option Safe Frames anzeigen in den Ansichtsvoreinstellungen der Editoransicht ebenfalls aktiviert ist.

CINEMA-4D - Der Kamera-Deformer stell ein 2D-Verzerrungsraster zur Verfügung

Abbildung 4.12: Der Kamera-Deformer stell ein 2D-Verzerrungsraster zur Verfügung

Das Gitter zeichnen-Menü legt fest, wann das Deformationsgitter in der Kameraansicht eingeblendet wird. Bei Aktiv ist das Raster nur sichtbar, wenn das Kamera-Deformator-Objekt selektiert wurde. Zudem muss die dort zugewiesene Kamera z. B. über deren Icon im Objekt-Manager ebenfalls aktiviert sein. Bei Immer ist das Gitter permanent zu sehen.

Die Einstellung Hierarchie schließlich blendet das Gitter nur dann ein, wenn entweder der Deformator selbst oder ein anderes Objekt innerhalb seiner Hierarchie im Objekt-Manager selektiert wurde. In jedem Fall ist es jedoch so, dass die Punkte des Deformationsrasters natürlich nur dann gesehen und editiert werden können, wenn der Deformator selbst ausgewählt und der Punkte-Modus aktiviert wurde. Schließlich können Sie die Intensität der Verformung noch über den Stärke-Regler prozentual regeln. Bei 0% ist daher immer das ursprüngliche, also unverformte Objekt zu sehen, wobei bei 100% das zugewiesene Objekt exakt der Verformung des Deformators folgt. Interessant hierbei, dass auch negative Werte und Einstellungen jenseits der 100% möglich sind. Die Richtung und Intensität der Verformung kann daher auf diesem Weg individuell verändert werden, ohne dafür die Punkte des Deformationsrasters erneut verschieben zu müssen.

Dieser Deformator eignet sich sehr gut für kleinere Korrekturen an der Form eines Objekts, vor allem wenn es nur um die Berechnung eines Standbilds geht. Wie bei jedem Deformator kann auch diese Verzerrung über Aktuellen Zustand in Objekt wandeln fest auf das verformte Objekt übertragen werden.

Der Korrektur-Deformator in CINEMA 4D

Dieser Deformator ermöglicht Ihnen, beliebige Objekte auf Punktebene zu editieren. Sie können dieses Objekt also z. B. einer parametrischen Kugel unterordnen und diese, ohne sie zuvor zu einem Polygon-Objekt konvertieren zu müssen, im Punkte-Modus editieren. Der Vorteil hierbei ist, dass Sie weiterhin die Parameter der Kugel benutzen können. Ein weiterer Nutzen besteht darin, dass die Formen bereits von anderen Deformatoren beeinflusster Objekte durch diesen Deformator korrigiert werden können. Daher auch sein Name. Wichtig in diesem Fall ist, dass der Korrektur-Deformator als letzter Deformator unter dem verformten Objekt einsortiert wird.

CINEMA-4D - Dialog des Korrektur-Deformators

Abbildung 4.13: Dialog des Korrektur-Deformators

Wie Sie bereits wissen, werden die Deformatoren im Objekt-Manager ja von oben nach unten abgearbeitet. Nur so kann der Korrektur-Deformator also alle zuvor berechneten Deformatoren „sehen“ und editieren.
Eine der wichtigsten Einstellungen an diesem Deformator ist das Mapping, denn dieses legt fest, wie sich die Deformation verhalten soll, wenn sich z. B. die Anzahl der Punkte am verformten Objekt verändert. Dies kann bei parametrischen Objekten schnell passieren, wenn Sie z. B. die Anzahl der Segmente, die Kantenrundung oder die Unterteilung an einem HyperNURBS-Objekt verändern. Die Einstellung Nächster setzt voraus, dass Sie nach der Zuweisung des Deformators keine Veränderungen bezüglich der Punktanzahl des zu verformenden Objekts mehr vornehmen möchten. Jeder Punkt am Objekt bekommt dadurch einen festen Partnerpunkt am Deformator zugewiesen. Sehr viel flexibler ist da hingegen die Einstellung UV, denn dabei werden die UV-Texturkoordinaten der Oberfläche des zu verformenden Objekts ausgelesen und auf die Punkte des Deformators übertragen. Auf diese Weise können auch nachträglich noch beliebige Verformungen und Veränderungen an der Unterteilungsdichte am zu verformenden Objekt durchgeführt werden, ohne dass der Deformator Probleme bekommt. Wichtig hierbei ist nur, dass die UV-Koordinaten des verformten Objekts möglichst sauber sind, es also keine Überlappungen von UV-Polygonen gibt.

Falls Sie mit dem Begriff UV-Koordinaten derzeit noch nichts anfangen können, lesen Sie bitte im Abschnitt über das Materialsystem von CINEMA 4D darüber nach. Dort erfahren Sie z. B., wie Sie mithilfe von BodyPaint 3D UV-Koordinaten individuell anlegen und editieren können. Viele Grundobjekte, aber auch die splinebasierten NURBS-Objekte generieren bereits automatisch UV-Koordinaten, so dass deren Verformung durch den Korrektur-Deformator besonders problemlos ist. Da Objekte auch mehrere UV-Koordinaten nutzen können, besteht bei Nutzung dieser Mapping-Methode auch die Möglichkeit, das gewünschte UV-Tag aus dem Objekt-Manager in das entsprechende Feld des Deformators zu ziehen. Bleibt das Feld leer, werden automatisch die zuerst gefundenen UV-Koordinaten des Objekts ausgelesen.

Der letzte Modus, Normalen, funktioniert ähnlich der Nächster-Einstellung, hat also auch Probleme, wenn sich nachträglich noch Veränderungen an der Form oder Punktanzahl des verformten Objekts ergeben. Hierbei wird die Verformung jedoch entlang der Oberflächennormalen aufgetragen. Dies kann den Effekt des Korrektur-Deformators bei bereits durch andere Deformatoren beeinflussten Objekten verbessern helfen.

Kommen wir nun zu den Schaltflächen im unteren Teil des Dialogs. Über Aktualisieren können Sie eine Neuberechnung des Deformators auslösen, um z. B. dessen Punktanzahl an Veränderungen am deformierten Objekt anzupassen. Wenn Sie einen Korrektur-Deformator neu zuweisen, ist dies jedoch nicht notwendig. Er liest dann immer automatisch die vorhandene Anzahl an Punkten am Objekt aus.

CINEMA-4D - Verschieden aufgelöste Korrektur-Deformatoren können gleichzeitig auf ein Objekt wirken.

Abbildung 4.14: Verschieden aufgelöste Korrektur-Deformatoren können gleichzeitig auf ein Objekt wirken.

Interessant ist die Möglichkeit, verschiedene Korrektur-Deformatoren mit unterschiedlichen Punktanzahlen zu nutzen. Dies wird am Beispiel der Abbildung 4.14 deutlicher. Dort wurde zuerst ein einfacher Würfel mit einem Korrektur-Deformator versehen und diese Form des Würfels durch Verschieben eines Deformator-Punkts leicht verändert. Anschließend wurde die Segment-Anzahl am Würfel erhöht und ein neuer Korrektur-Deformator zugewiesen. Auch an diesem werden nun einige Steuerungspunkte verschoben, um die Würfelform weiter zu verzerren. Somit haben Sie zwei Kontrollebenen, mit denen Sie die Geometrie einmal grob und einmal Punktgenau verformen können.

Über Aktualisieren können Sie also jederzeit die aktuelle Punktanzahl und Objektform auf den Deformator übertragen lassen, damit dieser wieder alle Punkte des zu verformenden Objekts enthält. Mit Einfrieren werden ebenfalls die Form und Punktanzahl des verformten Objekts auf den Deformator übertragen. Dabei werden jedoch auch die Stärke- und die Abnahme-Einstellungen berücksichtigt. Zusätzlich speichert diese Funktion die aktuelle Form des Deformators ab, sodass Sie über die Zurücksetzen-Schaltfläche später jederzeit zu diesem Zustand zurückkehren können.

Wie bereits beim Kamera-Deformator, bietet Ihnen der Stärke-Wert auch hier die Möglichkeit, die Intensität der Deformation stufenlos abzuschwächen oder auch zu verstärken. Die Abnahme-Parameter finden sich bei diesem Deformator in einem separaten Tab gruppiert und begrenzen die Stärke der Deformation zusätzlich in einem bestimmten räumlichen Bereich. Mehr dazu gleich in einem separaten Abschnitt. Der Zurücksetzen-Knopf nimmt schließlich alle Veränderungen zurück, die seit der Betätigung der Einfrieren-Taste an den Positionen der Deformator-Punkte vorgenommen wurden. Die Anzahl der Punkte am Deformator bleibt hierbei jedoch unverändert.

Kommen wir noch zu den beiden Optionen im oberen Teil des Dialogs. Mit Skalieren bleiben die vorgenommenen Deformationen auch dann noch im richtigen Verhältnis zum verformten Objekt, wenn dieses skaliert wird. Wird das verformte Objekt größer skaliert, verstärken sich also auch die vorgenommenen Deformationen. Die Verriegeln-Option sperrt schließlich den Korrektur-Deformator und macht so nachträgliche Veränderungen an dessen Form oder Punktanzahl unmöglich.

Die Abnahme-Einstellungen

Viele Objekte benutzen zusätzliche Abnahme-Einstellungen, um ihre Wirkung räumlich zu begrenzen (siehe Abbildung 4.15).

CINEMA-4D - Durch die Abnahme kann der Effekt z. B. eines Deformators räumlich beschränkt werden.

Abbildung 4.15: Durch die Abnahme kann der Effekt z. B. eines Deformators räumlich beschränkt werden.

Dazu gehören z. B. viele MoGraph-Effektoren, Partikel-Modifikatoren, aber auch Lichtquellen oder einige der Deformator-Objekte. Selbst einige Werkzeuge, wie z. B. der Pinsel nutzen ähnliche Funktionalitäten. Sofern das gesamte Objekt erfasst werden soll, belassen Sie es bei der Form Unbegrenzt. Andere Einstellungen im Form-Menü resultieren in geometrisch geformten Begrenzungen, wie z. B. zylindrischen, kubischen, kugelförmigen oder ringförmigen Einflussbereichen. Sofern die Sichtbar-Option aktiv ist, werden diese Formen zugleich auch in den Editoransichten eingeblendet, was die Skalierung und Platzierung natürlich vereinfacht. Fortan werden nur noch die Bereiche am Objekt verformt, die innerhalb der gewählten Form liegen.

Im Beispiel der Abbildung 4.15 wurde z. B. ein hoch unterteilter Würfel mit einem Korrektur-Deformator versehen. Dieser Deformator wurde mittels Punktwert setzen aus dem Mesh > Befehle-Menü radial geknittert. Nach dem Nutzen einer kugelförmigen Abnahme im Deformator können nun z. B. gezielt nur die Mitten der Würfelseiten geknittert werden. Durch Anhaken von Invertieren lässt sich dieser Effekt aber auch umkehren. Dann werden nur noch die Bereiche verformt, die außerhalb der Form liegen. Die Intensität der Deformation kann zusätzlich über die Wichtung reduziert oder verstärkt werden.

Die Parameter für die gewählte Form unterscheiden sich leicht, sollten jedoch so selbsterklärend sein, dass wir hier sicherlich nicht alle besprechen müssen. Sie finden dort in der Regel verschiedene Größe-, Ausrichtung- oder Winkel-Parameter, über die Sie die äußere Form der Abnahme beschreiben können. Die Offset-Werte verschieben dann diese Form entlang der drei Achsrichtungen, sodass z. B. auch exzentrische Platzierungen und Animationen der Form-Positionierung möglich werden. Über die Skalierung kann die gesamte Form dann gleichmäßig vergrößert und verkleinert werden. Auch Einstellungen über 100% sind hier möglich.

Diese Skalierung betrifft dann auch die Größe des inneren Bereichs der Form. In den Editoransichten wird dieser Bereich rot dargestellt. Die äußere gelbe und die innere rötliche Form sind so zu verstehen, dass die Wirkung des Deformators innerhalb der roten Begrenzung in der Regel gleichbleibend stark ist und von dort aus bis zum Erreichen der gelben Umrandung auf null absinkt. Wir lernen hierzu aber gleich noch eine Ausnahme kennen.

Die Abnahmefunktion

Das Größenverhältnis zwischen der roten und der gelben Form wird über den Abnahme-Wert definiert (siehe untere Abbildung). Zwischen der roten und der gelben Begrenzung nimmt die Intensität der Wirkung dann entsprechend der gewählten Abnahmefunktion auf null ab. Mit der Abnahmefunktion Spline können Sie den Kraftübergang sogar selbst über eine Splinekurve beschreiben.

CINEMA-4D Abnahmefunktion

Klicken Sie dazu in den Spline-Funktionsgraphen hinein. Der linke Rand des Graphen entspricht hierbei der gelben, äußeren Einfassung der Abnahmeform. Der rechte Rand deckt sich folglich mit der roten Eingrenzung der inneren Form und deren Einfluss auf die Deformation. In diesem Modus kann zusätzlich eine Splineanimationsgeschwindigkeit definiert werden, durch die die erstellte Splinekurve bei positiven Werten kontinuierlich nach rechts verschoben wird. Dort am rechten Rand wegfallende Abschnitte kommen auf der linken Seite des Funktionsgraphen dann wieder ins Bild. Dies macht natürlich nur für ganz spezielle Effekte während einer Animation Sinn. Ein Wert von 100% entspricht dabei einer vollständigen Splineverschiebung pro Sekunde der Animation.

Beachten Sie, dass dieser Effekt weder an der Splinekurve im Abnahme-Dialog, noch im Editor am verformten Objekt zu sehen ist. Es ist in jedem Fall das Rendering im Bild-Manager nötig um diesen Animationseffekt tatsächlich am verformten Modell beobachten zu können!

Die Bedienung der Splinekurve entspricht ansonsten der von anderen Spline-Dialogelementen, die Sie bereits kennen. Durch Anklicken des kleinen Dreiecks neben dem Spline-Parameter erhalten Sie zusätzliche Wertfelder, über die z. B. die Position eines gesetzten Splinepunkts exakt eingetragen oder die Tangenten numerisch editiert werden können. Sie kennen dieses Bedienelement ja bereits aus der Besprechung diverser anderer Objekte und Werkzeuge.

Abschließend schauen wir uns zu diesem Thema noch die Beschränkt-Option an. Ist diese aktiv, verhält es sich mit der Abnahme exakt wie bislang beschrieben. Die Intensität, in diesem Fall die der Deformation, erreicht an der roten Begrenzung ihr Maximum und bleibt innerhalb der roten Form konstant. Ist die Beschränkt-Option ausgeschaltet, steigert sich jedoch auch innerhalb der roten Form die Intensität der Deformation weiter, also über das eigentlich festgelegte Maß hinaus und ist damit nur noch vom Abstand eines deformierten Punkts vom Zentrum der Abnahmeform abhängig.

Der Displacer-Deformator in CINEMA 4D

Bei der Besprechung des Materialsystems werden wir auch auf eine Eigenschaft eingehen, die sich Displacement nennt. Dadurch können z. B. durch ein Graustufenbild die Punkte eines Objekts verschoben werden. Dies kann besonders bei Objekten mit vielen Punkten die manuelle Modellierung feiner Details vollständig ersetzen. Denken Sie nur an die Poren der menschlichen Haut oder die Risse und Fugen einer aufgeschichteten Steinwand. Zudem eröffnet diese Technik natürlich auch interessante Optionen für die Animation. Denken Sie z. B. an Wasserwellen, die durch eine animierte Graustufentextur auf einer Ebene erzeugt werden können.
Auch dieser Deformator verfügt wieder über Abnahme-Einstellungen. Diese entsprechen denen des bereits bekannten Korrektur-Deformators und werden daher hier nicht erneut behandelt.

Liegt ein derartiges Material samt dort aktiviertem Displacement-Effekt auf dem Objekt, dem das Displace-Objekt untergeordnet wurde, kann die Verformung des Objekts direkt im Editor begutachtet werden. Ansonsten ist das Material-Displacement generell erst beim Rendern des Objekts zu sehen. Hierfür muss am Displace-Objekt im Objekt-Tab die Emulation-Option aktiviert sein (siehe auch Dialogseiten des Deformators in Abbildung 4.16).

CINEMA-4D - Dialogseiten des Displace-Deformers

Abbildung 4.16: Dialogseiten des Displace-Deformers

Diese Option blendet dann auch nahezu alle anderen Parameter und Optionen des Deformators aus. Alle notwendigen Einstellungen werden dem Material entnommen. Ist Emulation ausgeschaltet, kann die Struktur und Intensität des Displacements selbst über das Displacer-Objekt definiert werden.

Die Höhe legt dann die maximale Verschiebung eines Oberflächenpunkts durch das Displacement fest. Wie die Graustufen im Material oder im Shader ausgewertet werden, bestimmen Sie über das Typ-Menü. Voreingestellt ist hier Intensität (Zentriert). Dies führt dazu, dass Texturen mit einer Helligkeit über 50% die Punkte nach außen verschieben. Dunklere Pixel drücken die Objektpunkte hingegen in die Oberfläche hinein und lassen dort ggf. Senken und Täler entstehen. Beim Typ Intensität führt ein schwarzer Texturpixel dazu, dass der Oberflächenpunkt an seiner ursprünglichen Position verbleibt. Nur hellere Pixel verschieben daher die Oberflächenpunkte nach außen.

Die Modi Rot/Grün, RGB (XYZ Lokal) bzw. RGB (XYZ Welt) nutzen nicht nur die Helligkeitswerte der Textur im Material, sondern können auch mit Farbwerten umgehen und interpretieren dann z. B. den Rot-, den Grün- und den Blauanteil eines Pixels als Verschiebungsintensitäten in lokaler oder globaler X-, Y- und Z-Richtung. Beim Typ Rot/Grün werden nur diese beiden Farbkomponenten ausgewertet.

CINEMA-4D - Hier werden die Punkte einer hoch unterteilten Ebene durch ein Ziegelmuster beeinflusst.

Abbildung 4.17: Hier werden die Punkte einer hoch unterteilten Ebene durch ein Ziegelmuster beeinflusst.

Der Rotanteil des Texturpixels verschiebt den Objektpunkt in die ursprüngliche Oberfläche hinein. Der Grünanteil wirkt entgegengesetzt, verschiebt die Punkte also nach außen.
Das Richtung-Menü legt in jedem Fall fest, welcher Richtung dabei die Punkte folgen. Bei Vertexnormale erfolgt z. B. die Verschiebung entlang der ursprünglichen Oberflächennormalen an dem Punkt. In der Regel also senkrecht zur Oberfläche. Bei Kugel erfolgt die Verschiebung radial ausgehend vom Mittelpunkt des Displace-Objekts. Ebene lässt Sie schließlich eine Achsrichtung wählen, entlang derer die Punkte verschoben werden. Die Gesamtintensität des Effekts kann schließlich über den Stärke-Regler beeinflusst werden.

Die Shading-Einstellungen

Ist die Emulation-Option ausgeschaltet, können Sie über das Shading-Tab des Dialogs selbst ein beliebiges Bild oder einen Shader zuweisen (siehe auch Abbildung 4.17). Was es damit genau auf sich hat, erfahren Sie ausführlich im Kapitel über das Materialsystem von CINEMA 4D. Falls Ihnen dies noch unbekannt ist, können Sie sich vorerst darunter ein beliebiges Bild vorstellen, dessen Pixel hier bezüglich Helligkeit und Farbigkeit abgefragt werden können.

Über das Kanal-Menü legen Sie fest, welcher Materialkanal für das Displacement-Objekt ausgewertet werden soll. Auf diese Weise kann z. B. auch die Textur im Farbe-Kanal eines Materials eine Verformung am Objekt auslösen. Dazu muss nur das entsprechende Textur-Tag des Materials aus dem Objekt-Manager in das Textur-Tag-Feld des Displace-Objekts gezogen werden, damit das Objekt auch weiß, welches Material auszuwerten ist. Objekte können nämlich auch mehrere Materialien tragen, wie Sie ebenfalls im Abschnitt über das Materialsystem erfahren werden. Über die Bearbeiten-Schalfläche kommen Sie in einem solchen Fall sofort zu den Einstellungen der jeweiligen Textur um diese ggf. editieren zu können.

Wird Kanal Eigener Shader gewählt, kann über die kleine Dreieckstaste beim Shader-Parameter ein Menü mit den installierten Shadern von CINEMA 4D geöffnet werden. Was genau unter Shadern zu verstehen ist, erfahren Sie im Kapitel über die Materialien. Stellen Sie sich diese Einträge daher einfach als unterschiedliche Muster oder Bilder vor, die fertig abgerufen werden können. Dieser Modus ermöglicht Ihnen also auch dann ein sichtbares Displacement zu erzeugen, selbst wenn dem zu verformenden Objekt noch gar kein Material zugewiesen wurde.

CINEMA-4D - Displacement mit verschiedenen Mustern auf einer einfachen Ebene

Abbildung 4.18: Displacement mit verschiedenen Mustern auf einer einfachen Ebene

Die Mapping-Einstellungen

Diese Einstellungen sind nur sichtbar, wenn Eigener Shader aktiviert wurde. Ansonsten wird das Mappping automatisch den Einstellungen des Materials entnommen. Unter dem Mapping versteht man die Anordnung eines Materials auf der Oberfläche eines Objekts. Auch dies wird ausführlich im Kapitel über die Materialien behandelt, daher an dieser Stelle nur so viel, dass die Offset-Werte den Shader in X- und Y-Richtung verschieben und die Länge X- und Länge Y-Einstellungen zu einer Skalierung des Shaders genutzt werden können. Dabei kommen die so genannten UV-Texturkoordinaten zum Einsatz. Diese zweidimensionalen Koordinaten legen für jeden Polygonpunkt auf der Oberfläche fest, welcher Abschnitt eines Materials oder Shaders auf ihm angezeigt werden soll. Dies ermöglicht dann, dass Materialien organisch der Form einer Oberfläche folgen und so z. B. ein zugewiesener Schriftzug um die Rundungen einer modellierten Flasche herumläuft. Die Bearbeitung dieser UV-Koordinaten ist mithilfe der BodyPaint 3D-Werkzeuge möglich, die ebenfalls im Abschnitt über die Materialien besprochen werden.

Die Kacheln-Option aktiviert die unendliche Wiederholung des Shaders auf dem Objekt. Es wird dann in jedem Fall die gesamte Oberfläche bedeckt, selbst wenn die Shader-Darstellung ansonsten kleiner als das Objekt sein sollte.

Die Alpha-Einstellungen

Unter dem Alpha versteht man in der Regel ein Graustufenbild, dessen Helligkeiten die Sichtbarkeit einer Texturebene oder eines Materials steuern. Sie kennen dies sicherlich aus Grafikprogrammen, wie z. B. Photoshop, wo über einen Alpha-Kanal Teile eines Bilds freigestellt oder ausgeschnitten werden.

Verfügen das zugewiesene Material oder der Shader über einen Alpha-Anteil, so kann dieser über Verwenden Alpha ebenfalls ausgelesen werden. Das Displacement wird dann nur dort angezeigt, wo der Alpha-Anteil dies zulässt. Bei Verwenden Grau, werden die Helligkeitswerte des Materialkanals oder Shaders als Alpha-Maskierung interpretiert. Der Displacement-Effekt ist dann dort am besten sichtbar, wo die hellsten Pixel vorhanden sind. Die übrigen Modi Rot, Grün und Blau betrachten isoliert den jeweiligen Farbanteil und interpretieren diesen als Alpha-Maskierung. In jedem Fall wird über die Alpha invertieren-Option die Maskierung umgekehrt. Bei der Nutzung einfacher Shader für das Displacement kehrt sich dadurch die Intensität der Verformung um.

Die Aktualisierung

Je nach Komplexität und Punktanzahl des zu verformenden Effekts, kann die Berechnung recht zeitaufwändig sein und die Darstellungsgeschwindigkeit im Editor verringern. Sie haben daher in dieser Rubrik die Möglichkeit, die Aktualisierungsrate individuell vorzugeben. Ist Objekt aktiv, findet eine Neuberechnung nur dann statt, wenn das verformte Objekt z. B. durch Verdrehen, Skalieren oder Verschieben verändert wird. Dies kann nämlich ggf. sogar das Aussehen des Displacements verändern, falls dieses relativ zu den Welt-Koordinaten berechnet wird. Dies hängt jedoch von der Art des für das Displacements verwendeten Shaders ab. Die Kamera-Option aktualisiert den Effekt immer dann, wenn die Kamera und somit der Blickwinkel auf das verformte Objekt verändert werden. Dies sollte in der Regel ausgeschaltet bleiben, da der Blickwinkel nur bei speziellen Mappingmethoden Einfluss auf die Berechnung des Displacements hat.

Durch Backface-Culling wird die Objektverformung auf die direkt sichtbaren Teile der Oberfläche beschränkt. Dies hilft natürlich auch dabei, die Darstellungsgeschwindigkeit im Editor zu erhöhen. Für die Berechnung des Effekts während der finalen Bildberechnung hat dies alles jedoch keine Auswirkungen.

Der Mesh-Deformator in CINEMA 4D

Gerade wenn es um die Verformung komplexer Geometrien geht, stoßen die Standard-Deformatoren schnell an ihre Grenzen. Es ist damit recht aufwändig die Deformation auf einen bestimmten Abschnitt zu beschränken oder weiche Übergänge zu anders verformten Bereichen zu schaffen. Dies wird Ihnen vor allem dann auffallen, wenn Sie sich mit der Verformung und Animation von Figuren beschäftigen. Diese bestehen oft entweder aus sehr vielen Flächen oder aus später getrennt voneinander zu animierenden Abschnitten. Denken Sie dabei nur an die Beweglichkeit der Finger, die aufeinander abgestimmte Wichtungen der zu verformenden Abschnitte nötig machen. In solchen Fällen kann der Mesh-Deformer Erleichterung bringen.

Mit seiner Hilfe kann die Verformung eines einfach strukturierten Polygon-Objekts z. B. auf ein sehr viel feiner unterteiltes Modell übertragen werden (siehe Abbildung 4.19).

CINEMA-4D - Arbeitsweise des Mesh-Deformers

Abbildung 4.19: Arbeitsweise des Mesh-Deformers

Diese niedriger aufgelösten Modelle umgeben in der Regel das zu verformende Objekt, weswegen man dabei auch von einem Käfig, oder englisch Cage spricht. Die Funktion des Mesh-Deformers wird daher in anderen Programmen oft auch als Cage-Deformer bezeichnet.

Beachten Sie eine wichtige Einschränkung dieses Deformators: Das zu verformende Objekt kann zwar auch ein Grundobjekt, wie z. B. ein Würfel oder eine Kugel sein, wenn Sie jedoch einen Parameter verändern, wird trotz des Deformators wieder die unverzerrte Form angezeigt. Sie sollten daher immer mit Polygon-Objekten arbeiten, oder zumindest an Grundobjekten nachträglich keine Veränderungen mehr an deren Größe oder Punktanzahl vornehmen!

Die Objekt-Einstellungen

Dieser Deformator kann nicht alleine wirken, sondern benötigt von Ihnen die Zuweisung eines oder mehrerer Polygon-Objekte, die als solche Käfige für die Verformung ausgewertet werden sollen. Zu diesem Zweck finden Sie die Käfige-Liste im Dialog, in die Sie die entsprechenden Objekte aus dem Objekt-Manager hineinziehen können. Durch einen Rechtsklick auf diese Einträge lassen sich versehentlich aufgeführte Objekte auch wieder aus der Liste entfernen oder selektiert im Editor anzeigen.

Um nun eine Beziehung zwischen dem zugewiesenen Käfig und dem zu verformenden Objekt herzustellen, betätigen Sie die Initialisieren-Schaltfläche. Dadurch entstehen interne Magnetkräfte zwischen den Käfigpunkten und den Oberflächenpunkten des zu verformenden Objekts. Dafür wird ebenfalls ein gewisser Speicherplatz benötigt, dessen Größe rechts neben den Schaltflächen angezeigt wird. Zudem werden Sie feststellen, dass hinter dem jeweiligen Käfig-Objekt ein neues Darstellung-Tag entsteht. Das ebenfalls neue Render-Tag wird in einem späteren Kapitel besprochen, da es ausschließlich die Darstellung eines Objekts während der Bildberechnung beeinflusst.

Das Darstellung-Tag

Über dieses lässt sich das Aussehen des Objekts in den Editoransichten individuell steuern (siehe Abbildung 4.20).

CINEMA-4D - Dialog des Darstellung-Tags

Abbildung 4.20: Dialog des Darstellung-Tags

Auf diese Weise kann ein Objekt z. B. mit Gouraud-Shading angezeigt werden, obwohl ansonsten nur die Drahtgitter-Linien im Editor aktiviert sind. Zudem lassen sich auch die Detailstufe, das Backface-Culling, die Texturen und Erweitertes OpenGL separat aktivieren. Wir sind auf diese Optionen bereits bei der Besprechung der Darstellungsoptionen in den Editoransichten eingegangen.

Dies alles ist nur dann relevant, wenn die Auswertung von Darstellung-Tags auch über das Darstellung-Menü der Editoransichten aktiviert wurde.

Eine weitere Option des Tags fällt dabei etwas aus dem Rahmen, nämlich die Sichtbarkeit. Ist diese Option aktiv, kann über einen Prozentwert die Transparenz des Objekts auch bei der Bildberechnung definiert werden. Diese Eigenschaft ist also unabhängig von den Materialeigenschaften Alpha oder Transparenz, die später im Kapitel über die Materialien noch besprochen werden. Dies kann praktisch sein, um Objekte z. B. während einer Animation weich ein- oder auszublenden, indem die Sichtbarkeit über die Zeit verändert wird. Die Ghosting-Einstellungen dieses Tags sind nur für die Erstellung von Animationen interessant und daher an dieser Stelle noch nicht wichtig für Sie.

CINEMA-4D - Beispielhafte Deformation des Figur-Grundobjekts mit einer einfachen Geometrie

Abbildung 4.21: Beispielhafte Deformation des Figur-Grundobjekts mit einer einfachen Geometrie

Die Berechnung steuern

Diese Berechnung kann bei komplexen Objekten mit vielen Punkten etwas dauern. Zudem wird die Genauigkeit und Art dieser Berechnung durch die Einstellungen in der Rubrik Weitergehendes definiert. Generell gilt, je höher der Genauigkeit-Wert, desto sorgfältiger werden die Werte der Käfigpunkte berechnet und desto langsamer wird der Vorgang der Initialisierung sein. Sind Sie später mit der Verformung nicht zufrieden, können Sie jederzeit die Verformung des Käfigs durch Wiederherstellen wieder zurücknehmen, die Genauigkeit erhöhen und erneut Initialisieren ausführen.

Das Außerhalb-Menü stellt dabei einige Modi zur Verfügung, wie mit den Punkten am verformten Objekt umzugehen ist, die außerhalb der Käfig-Geometrie liegen. Bei Ignorieren werden diese Punkte gar nicht mehr verformt. Oberfläche stellt eine Verknüpfung der außerhalb des Käfigs liegenden Punkte mit benachbarten Käfigpunkten her. Auf diese Weise kann das Gesamtvolumen des verformten Objekts mit dem Käfig beeinflusst werden, selbst wenn Teile davon außerhalb des Käfigs liegen. Der Modus Oberfläche (Bereich) schließlich funktioniert ähnlich wie Oberfläche, beeinflusst jedoch das Volumen außerhalb des Käfigs liegender Objektteile. Wird der Käfig unter diesen Abschnitten verkleinert oder vergrößert, zieht sich der entsprechende Bereich zusammen bzw. erscheint aufgeblasen und vergrößert. Die beste Kontrolle über die Verformung haben Sie jedoch sicherlich, wenn der Käfig das gesamte Objekt umhüllt und dessen Form und Struktur zumindest grob an die des zu verformenden Objekts angepasst wurde.

Falls die Mesh-Deformation noch von anderen verformenden Funktionen überlagert werden soll, dazu gehört z.B. das Morphing mittels Pose Morph, sollten Sie zusätzlich die Option für die Automatische Initialisierung aktivieren.

Diese Funktion verlangsamt die Abarbeitung des Deformators zusätzlich und sollte daher nur bei Bedarf zugeschaltet werden. Schließlich kann die Intensität der Verformung noch über die Stärke kontrolliert und zusätzlich über die Abnahme-Einstellungen räumlich begrenzt werden. Diese Möglichkeiten kennen Sie bereits z. B. von der Beschreibung des Korrektur-Deformators. Lesen Sie bitte dort bei Bedarf nach.

Der Morph-Deformato in CINEMA 4D

Dieser Deformator ist eher als eine Art Hilfsobjekt zu verstehen, denn er allein erzeugt keine Deformation. Er benötigt ein bereits angelegtes Pose Morph-Tag, in dem verschiedene Zustände eines Objekts gespeichert wurden. Auf diese Weise werden z. B. bei der Animation von Figuren verschiedene Gesichtsausdrücke gespeichert, die dann einzeln oder sogar in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen wieder auf ein Objekt übertragen werden.

Sie benutzen den Morph-Deformer dann z. B. in der Hierarchie oder direkt als Unterobjekt des zu verformenden Objekts, das ebenfalls das Pose Morph-Tag trägt und ziehen dieses Tag in das Morph-Feld des Deformators. Dieser listet Ihnen dann alle im Tag gespeicherten Zustände des Objekts auf und stellt entsprechende Regler zum Abmischen der Zustände zur Verfügung. Ein Stärke-Wert regelt die Gesamtstärke des Deformators (siehe Abbildung 4.22).

CINEMA-4D - Einstellungen des Morph-Deformators

Abbildung 4.22: Einstellungen des Morph-Deformators

Interessant ist dieser Deformator weniger wegen dieser Möglichkeit zum Abmischen bereits gespeicherter Morph-Zustände, denn dies lässt sich ebenso im Pose Morph-Tag erledigen. Aber dafür bietet er wieder einen Abnahme-Bereich in seinen Einstellungen, durch den die Wirkung des Morphings räumlich beschränkt werden kann. Eine Möglichkeit die das Pose Morph-Tag nicht bietet. Einzelheiten zu den Abnahme-Parametern entnehmen Sie z. B. den Erläuterungen zum Korrektur-Deformator. Ansonsten wird das Morphing ausführlich im Kontext mit der Animation im zweiten Buchband besprochen.

Der Shrinkwrap-Deformator in CINEMA 4D

Beim bereits mehrfach angesprochenen Morphing wird die Oberfläche eines Objekts durch Verschieben der Punkte verändert. Auf diese Weise lassen sich z. B. verschiedene Gesichtsausdrücke an einer 3D-Figur darstellen. Dazu ist natürlich zwingend notwendig, dass jeder Punkt genau weiß, wohin er während des Morphings wandern soll. Daher ist die Veränderung der Objektform auch an gewisse Voraussetzungen geknüpft. Einen Würfel zu einer Kugel zu morphen kann so z. B. nur funktionieren, wenn beide Formen über exakt die gleiche Anzahl an Punkten verfügen und die Punktnummern auch noch identisch angeordnet sind. Ansonsten durchdringen und verwinden sich die an den verschobenen Punkten hängenden Polygone und geben zumindest während des Morphings keine organische Formveränderung mehr wieder.

Dies alles muss Sie bei der Nutzung des Shrinkwrap-Deformators nicht interessieren. Er kann ein Objekt in eine beliebig andere Form pressen, die Sie als separates Objekt zur Verfügung stellen. Die Reihenfolge und Anzahl der Punkte an beiden Formen spielen dabei keine Rolle. Sie verwenden das Shrinkwrap-Objekt so wie einen normalen Deformator als Unterobjekt des zu verformenden Objekts. Alternativ hierzu ist auch die Verformung mehrerer Objekte gleichzeitig möglich, wenn der Deformator z. B. unter einem Null-Objekt eingruppiert wird, in dem weitere Polygon-Objekte liegen.

CINEMA-4D - Beispielhaftes Shrinkwrap einer Kugel zu einem Landschaft-Objekt

Abbildung 4.23: Beispielhaftes Shrinkwrap einer Kugel zu einem Landschaft-Objekt

Die Abbildung 4.23 gibt dazu ein kleines Beispiel. Ein kugelförmiges Landschaft-Objekt bildet leider Polstellen mit Dreiecken, wie auf der linken Seite der Abbildung gut zu erahnen ist. Um diese loszuwerden rufen Sie eine neue Kugel auf und nutzen dort den Typ Hexaeder. Mittels Shrinkwrap-Deformer kann diese nur aus Vierecken bestehende Kugel nun problemlos in die Form des Landschaft-Objekts gepresst werden. Damit treten dann an dieser Form keine Pole mehr auf. Die Kugel kann nun mittels Mesh > Konvertieren >Aktuellen Zustand in Objekt wandeln zu einem Polygon-Objekt ohne Deformator umgewandelt werden.

Die Objekt-Einstellungen

In das Ziel-Objekt-Feld ziehen Sie das Objekt hinein, dessen Form übernommen werden soll. Da sich dieser Deformator nicht an den einzelnen Punkten der Objekte orientieren kann, müssen Sie über das Modus-Menü eine andere Berechnungsart festlegen, mit der die Formveränderung vollzogen werden kann.

Bei Entlang Normalen werden die Punkte des zu verformenden Objekts, nennen wir dieses einmal Quelle, entlang Ihrer Normalen verschoben, bis die Oberfläche des Ziel-Objekts erreicht wird. Dies funktioniert natürlich dann am besten, wenn das Ziel-Objekt entweder das Quelle-Objekt umhüllt oder im Inneren der Quelle Platz findet. Es ist daher nicht nur auf die Form sondern auch die Platzierung des Ziel-Objekts zu achten.

Im Modus Ziel-Achse wird eine gedachte Linie zwischen jedem Punkt des Quelle-Objekts und dem Objektachsen-Koordinatensystem des Ziel-Objekts gezogen. Entsprechend der Stärke-Einstellung werden die Quelle-Punkte dann entlang dieser Richtungen verschoben, bis sie erstmals auf die Oberfläche des Ziel-Objekts stoßen. Der Modus Quellen-Achse funktioniert nach dem gleichen Prinzip, legt die Bewegungslinien jedoch durch das lokale Achsensystem des Quelle-Objekts.

Die Intensität der Formveränderung wird in jedem Fall über den Stärke-Wert vorgegeben. Bei 0% ist immer das unveränderte Quelle-Objekt zu sehen. Bei größeren Einstellungen werden dessen Punkte je nach Modus-Einstellung auf die Reise in Richtung des Ziel-Objekts geschickt. Bei einer Stärke von 100% sollten dann alle Quelle-Punkte die Oberfläche des Ziel-Objekts erreicht haben. Ob dabei nun tatsächlich auch die gesamte Oberfläche des Ziel-Objekts bedeckt wird, hängt neben der Platzierung und Form des Ziel-Objekts noch vom gewählten Modus und auch vom Maximale Entfernung-Parameter ab. Es werden nämlich nur die Quelle-Punkte bewegt, die innerhalb der dort angegebenen Entfernung auf die Oberfläche des Ziel-Objekts treffen. Ist die Entfernung zur Oberfläche größer, bleiben diese Punkte unbeweglich auf ihrer ursprünglichen Position.

Auch dieser Deformator verfügt zusätzlich über Abnahme-Einstellungen. Diese ermöglichen zusätzlich die Beschränkung der Deformation auf ein gewisses Volumen. Was es damit auf sich hat, können Sie in der Beschreibung des Korrektur-Deformators nachlesen, der diese Einstellungen in identischer Form anbietet.

Der Glätten-Deformator in CINEMA 4D

Dieser Deformator kann zum nachträglichen Abrunden und Glätten eines Objekts benutzt werden, also auch dazu, ein Objekt wie ein elastisches Stück Stoff wirken zu lassen. Er eignet sich dabei sowohl für die Animation, als auch für die Ausformung von Objekten. Die Wirkung des Deformators wird über die Einstellung des Typ-Menüs definiert. Voreingestellt ist hier der Glätten-Modus, der zu einer Abrundung des zugewiesenen Objekts führt. Ähnlich wie beim Pinsel-Werkzeug und dessen Glätten-Funktion, können damit Spitzen und grobe Unregelmäßigkeiten einer Oberfläche praktisch ausgebügelt werden. Die Intensität der Rundung wird durch mehrere Parameter gesteuert, die eigentlich alle das gleiche bewirken. Beachten Sie jedoch in jedem Fall, dass dieser Deformator nur mit Polygon-Objekten richtig funktioniert. Grundobjekte müssen zuvor also konvertiert werden!

Zuerst ist hier natürlich die Stärke zu nennen, die ein allgemeiner Multiplikator für die Intensität des Effekts ist. Da die Berechnung der Glättung zudem in mehreren Schritten erfolgt, legen Sie mit Iterationen die Anzahl dieser Rechendurchgänge und damit auch die Intensität der Glättung fest.

Mehr Iterationen führen somit zu einer noch glatteren Oberfläche (siehe auch Abbildung 4.24).

CINEMA-4D - Stufenloses Glätten eines zuvor geknitterten Würfels

Abbildung 4.24: Stufenloses Glätten eines zuvor geknitterten Würfels

Schließlich ist auch der Steife-Wert für die Intensität der Glättung zuständig. Er funktioniert jedoch im Vergleich zum Stärke-Parameter umgekehrt. Eine geringe Steife-Einstellung führt daher zu mehr Rundung.

Interessant an diesem Wert ist, dass er sich zusätzlich über eine zugewiesene Vertex-Map individuell für alle Punkte der Oberfläche definieren lässt (siehe Abbildung 4.25).

CINEMA-4D - Die Steife kann für jeden Punkt der Oberfläche individuell durch eine Vertex-Map beschrieben werden.

Abbildung 4.25: Die Steife kann für jeden Punkt der Oberfläche individuell durch eine Vertex-Map beschrieben werden.

Sie können daher z. B. zuerst mit dem Pinsel-Werkzeug oder mit der Live-Selektion eine entsprechende Vertex-Map erstellen und dieses Tag dann per Drag&Drop als Steife Map zuweisen. Auf diese Weise lassen sich stärker und schwächer gerundete Bereiche auf der Oberfläche eines Objekts kombinieren.

Die verschiedenen Betriebsmodi

Für den Glätten-Modus muss zuvor keine Initialisierung, also Speicherung der aktuellen Geometrie durchgeführt werden. Sie können nach der Zuweisung also direkt mir der Stärke, den Steife-Einstellungen oder den Iterationen experimentieren, um die gewünschte Rundungsqualität zu erzielen. Anders bei den beiden anderen Typen. Dort muss zuerst die Initialisieren-Schaltfläche benutzt werden, bevor der Deformator berechnet werden kann. Mit Wiederherstellen kann jedoch jederzeit zu dem ursprünglichen Zustand des verformten Objekts zurückgekehrt werden.

Der Dehnen-Modus hat große Parallelen zum Glätten-Modus, versucht dabei jedoch, das Volumen des geglätteten Objekts konstant zu halten. Dies gelingt beim Glätten nicht immer, denn dort schrumpft das Objekt in der Regel durch die Abrundung in seiner Gesamtgröße. Beim Typ Entspannen wird die Oberfläche des Objekts schließlich berechnet, als würde sie aus Stoff bestehen. Entsprechend schnell bilden sich in diesem Modus Falten und Verwerfungen, sobald das Objekt z. B. verbogen oder anderweitig verformt wird.

CINEMA-4D - Beispiel für den Entspannen-Modus des Glätten-Deformers

Abbildung 4.26: Beispiel für den Entspannen-Modus des Glätten-Deformers

Die Abbildung 4.26 gibt hierzu ein Beispiel. Sie sehen dort einen höher unterteilten Würfel (Ziffer 1) der über einen Verdrehen-Deformator (Ziffer 2) verwunden werden soll. Wird vor dieser Verdrehung ein Glätten-Deformator ergänzt und mit dem Typ Entspannen initialisiert, legt sich der Würfel beim Verdrehen in Falten (Ziffer 3). Wird die Gruppe einem zusätzlichen HyperNURBS untergeordnet, können so stoffähnliche Strukturen modelliert werden (Ziffer 4).

Mithilfe der Abstände beibehalten-Option können Sie dann noch die Verteilung der gerundeten Punkte beeinflussen. Bei aktiver Option orientieren sich die z. B. durch andere Deformatoren verschobenen Punkte an den Raumpositionen, die sie normalerweise, also ohne Glättung, Dehnung oder Entspannung einnehmen würden. Der Effekt des Glätten-Deformators beschränkt sich dann auf die Punkte, die direkt an diese verformten Stellen angrenzen. Deren Positionen werden angepasst, um den Übergang zwischen den deformierten und den ursprünglichen Polygonen entsprechend der Typ-Einstellung weicher zu gestalten. Die Form des Objekts bleibt mit dieser Option also weitgehender erhalten.

Sie ahnen es ansonsten sicher bereits, denn auch dieser Deformator verfügt wieder über Abnahme-Einstellungen, die u. a. bereits vom Korrektur-Deformator her bekannt sind. Damit lässt sich z. B. die Abrundung zusätzlich räumlich beschränken. Dies kann hilfreich bei der Figuranimation sein, wenn z. B. nur bei einem verformten Arm- oder Schultergelenk die Oberfläche durch Glättung etwas entzerrt werden soll. Die übrigen Figurteile bleiben dann unverändert.

Über den Autor

Dieses Tutorial ist ein Auszug aus dem CINEMA 4D-Kompendium von Arndt von Koenigsmarck. Das komplette CINEMA 4D-Kompendium mit über 850 Seiten Know-how als Download (PDF und ePub) gibt es hier: CINEMA 4D-Kompendium.

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