Der Material-Manager: Das Erzeugen-Menü – Das CINEMA 4D Standard-Material

Tutorials 4. Oktober 2014 – 0 Kommentare

Durch Auswahl von Erzeugen > Neues Material erzeugen Sie ein Standardmaterial. Dieses ist nicht auf eine bestimmte Materialart geprägt, so wie es noch bei den Shader-Materialien der Fall war. Durch geschickte Einstellungen kann damit also jede beliebige Oberfläche simuliert werden.

Wie Sie bereits wissen, öffnet ein Doppelklick auf die Vorschau im Material-Manager den Material-Editor. Einstellmöglichkeiten und Optionen ähneln dort denen der Shader-Materialien. Wir werden uns daher nun direkt mit den einzelnen Kanälen des Standard-Materials beschäftigen. Wie bereits an anderer Stelle erwähnt, werden Sie nie alle Kanäle eines Materials gleichzeitig benötigen, sondern nur eine geeignete Auswahl treffen müssen.

Der Farbe-Kanal

Hier können Farben gewählt, oder Texturen geladen werden. Diese interagieren dann mit der Beleuchtung der Szene und werden für die Schattierung der Oberfläche benutzt (siehe Abbildung 5.82).

CINEMA-4D - Der Farbe-Kanal definiert die Oberflächenfarbe eines Materials.

Abbildung 5.82: Der Farbe-Kanal definiert die Oberflächenfarbe eines Materials.

Sie kennen diese Parametergruppe bereits von den Shader-Materialien. Die hier eingestellten Farben können also in Ihrer Szene noch einmal anders aussehen, je nachdem wie intensiv oder gefärbt das Licht auf die Oberfläche trifft. Über das Mischmodus-Menü können Sie eine geladene Textur ggf. mit dem Farbwert aus dem oberen Teil der Dialogseite abmischen. Im Modus Normal liegt die Textur wie eine Ebene über der Farbe. Eine Reduzierung der Mischstärke unter 100% reduziert dadurch die Sichtbarkeit der Textur und lässt die Farbe durchscheinen. Weiterhin stehen Addieren, Subtrahieren und Multiplizieren als Mischmodi zur Verfügung. Durch Multiplizieren können Sie so z. B. auch geladene Graustufenbilder oder –Shader einfärben. Wie Sie an der helleren Oberfläche rechts oben in Abbildung 5.82 erkennen können, kann durch das Anheben der Helligkeit über 100% die Oberfläche zudem künstlich aufgehellt werden. Auch nur schwach einfallendes Licht kann dann starke Helligkeiten auf der Oberfläche erzeugen.

Der Diffusion-Kanal

Die Diffusion ist ein Maß für die Helligkeit der Oberfläche. In der Regel werden nie 100% des eintreffenden Lichts von einer Oberfläche zurückgeworfen. Licht kann in reale Oberflächen z. B. einsickern und trägt dadurch nicht zu der Oberflächenschattierung bei. Sie können diesen Schwund an Licht durch eine Reduzierung der Helligkeit im Diffusion-Kanal simulieren. Ein weiterer Nutzen dieses Kanals ist die aktive Abdunkelung der Oberfläche, um z. B. Verschmutzungen oder Schatten in feinen Riefen oder zwischen Objekten zu simulieren (siehe Abbildung 5.83).

CINEMA-4D - Die Diffusion eignet sich gut zum partiellen Abdunkeln einer Oberfläche

Abbildung 5.83: Die Diffusion eignet sich gut zum partiellen Abdunkeln einer Oberfläche

Für diesen Zweck sind auch die zusätzlichen Optionen im Materialkanal gedacht. Im Normalfall wirkt die Abdunkelung der Diffusion nur auf die Oberflächenfarbe, also auf den Farbe-Kanal des Materials. Durch Aktivieren der zusätzlichen Optionen kann die Diffusion auch auf das Leuchten, das Glanzlicht und die Spiegelung einwirken. All dies sind weitere Materialkanäle, die wir noch besprechen werden.

In der Regel werden Sie diesen Kanal mit einer Textur benutzen, um die Abdunkelung gezielt auf bestimmte Abschnitte einer Oberfläche zu begrenzen. Ansonsten wäre nur eine generelle Reduzierung der Helligkeit das Resultat. Abbildung 5.83 zeigt auf der rechten Seite beispielhaft die Aufwertung einer Oberfläche durch Zuweisen einer Textur im Diffusion-Kanal.

Der Leuchten-Kanal

Dieser Kanal bietet Ihnen die gleichen Einstellungen wie der Farbe-Kanal. Hier findet jedoch keine Interaktion mit der Beleuchtung statt. Die gewählte Farbe bzw. Textur wird auf die Oberfläche aufaddiert, unabhängig von der bereits vorhandenen Beleuchtung.

Schatten werden daher gleichermaßen aufgehellt wie bereits beleuchtete Abschnitte. Dieser Kanal eignet sich dadurch besonders für die Simulation von Licht, das im Material gestreut wird. Diese Effekte werden unter dem Begriff SubSurface Scattering geführt. Eine Vielzahl von Materialien profitiert von derartigen Eigenschaften. Flüssigkeiten und Kunststoffe ebenso, wie Marmor oder z. B. menschliche Haut. Sie werden die hierauf spezialisierten Shader noch kennenlernen. Der Effekt ist beispielhaft ganz rechts in Abbildung 5.84 zu sehen, wo unser Logo ausschließlich von hinten angeleuchtet wird. Eine Verwendung ohne einen derartigen Shader bewirkt eine generelle Aufhellung der Oberfläche und kann dadurch zum Verlust an Schattierung und Dreidimensionalität beitragen. Dies ist an dem zweiten Logo von links in der gleichen Abbildung zuerkennen.

CINEMA-4D - Leuchten kann eine Oberfläche unabhängig von der Beleuchtung aufhellen

Abbildung 5.84: Leuchten kann eine Oberfläche unabhängig von der Beleuchtung aufhellen

Eine zweite Funktion dieses Materials ergibt sich bei Aktivierung der Globalen Illumination als Berechnungsmethode für Ihr Bild oder die Animation. Leuchtende Materialien addieren dann nicht nur Helligkeit zu einer Oberfläche, sondern strahlen tatsächlich auch Licht ab. Die Beleuchtung umliegender Objekte durch ein leuchtendes Material wird dadurch möglich. Die seitliche Abbildung gibt dazu ein Beispiel, wobei hier unser CINEMA 4D-Logo den Boden darunter beleuchtet. Sättigung, Helligkeit und auch die Abtastgenauigkeit lassen sich in so einem Fall durch weitere Parameter im Illumination-Kanal des Materials einstellen. Mehr dazu später.

Der Transparenz-Kanal

Bei der Darstellung von Flüssigkeiten oder Glas kommen Sie um diesen Kanal nicht herum. Abbildung 5.85 zeigt Ihnen einige der möglichen Effekte dieses Kanals.

CINEMA-4D - V.l.n.r.: Farbige Transparenz mit Brechung, Absorption, 2% und 10% Matteffekt

Abbildung 5.85: V.l.n.r.: Farbige Transparenz mit Brechung, Absorption, 2% und 10% Matteffekt

Helligkeit und Farbe bestimmen hier den Grad der Transparenz. Je heller die gewählte Farbe ist, desto transparenter wirkt das Material. Zusätzlich trägt die Farbe auch zur Färbung z. B. des Glas-Materials bei. Bei Aktivierung des Transparenz-Kanals wird nämlich automatisch der Farbe-Kanal des Materials abgeschwächt. Je Intensiver die Transparenz ist, desto weniger Oberflächenfarbe des Farbe-Kanals bleibt also sichtbar. Um diese Abhängigkeit aufzuheben können Sie die Additiv-Option aktivieren. Dies führt jedoch oft zu einer Überstrahlung der Oberfläche. Den Brechung-Wert kennen Sie bereits von den Shader-Materialien. Er definiert die Dichte des transparenten Materials und damit die Ablenkung des Sehstrahls. Eine Liste mit typischen Brechungswerten finden Sie im Internet oder nach einem Rechtsklick auf das Wort Brechung und der Wahl von Hilfe anzeigen. Die Innere Totalreflexion aktiviert die Fresnelreflexion und somit den bereits beschriebenen Fresnel-Effekt.

Dieser reduziert automatisch die Transparenz dort, wo sich die Oberfläche des Objekts vom Betrachter wegkrümmt. Stattdessen wird dort eine Spiegelung der Umgebung angezeigt. Für diese krümmungsabhängige Spiegelung muss also nicht extra der Spiegelung-Kanal des Materials aktiviert werden. Die Austrittsreflexion ergänzt an der Rückseite des Objekts eine zusätzliche Spiegelungsberechnung. Dies ist zwar physikalisch betrachtet korrekt, kann jedoch z. B. bei dünnwandigen Gläsern zu optisch ungewollten Doppelspiegelungen führen. Deaktivieren Sie in solchen Fällen diese Option.

Die Textur-Gruppe ist Ihnen ja mittlerweile bekannt. Hier können Sie wieder Bilder oder Shader einladen, um die Färbung der Transparenz variabel zu gestalten. Denken Sie nur an das Glasmosaik eines Kirchenfensters. Schwarze Bereiche innerhalb der benutzten Textur bleiben dann vollständig massiv. Nur Stellen mit einer Helligkeit über 0% tragen zur Transparenz bei.

Besonders farbige Flüssigkeiten, aber auch massives Glas verändern ihre Farbe je nach Volumen. Ein Tropfen Wasser ist nahezu perfekt durchsichtig, während der Blick in einen Tiefen See kaum bis zum Boden reichen wird. Dies hängt mit der Streuung des Lichts in der Flüssigkeit zusammen. Diesen Effekt können Sie über die Absorptionsfarbe und die Absorptionsdistanz steuern. Diese Distanz gibt hierbei die Strecke vor, die ein Lichtstrahl im Material mindestens zurücklegen muss, um die Färbung der Absorptionsfarbe anzunehmen. Damit der Effekt sichtbar wird, muss die Absorptionsfarbe ausgehend von dem perfekten Weiß der Voreinstellung verändert werden. Dünne Teile des Objekts erhalten dann die Färbung aus dem oberen Teil der Kanaleinstellungen. Dickere Abschnitte verfärben sich entsprechend der Absorptionsfarbe.

Da nicht alle transparenten Materialien das Licht ungehindert passieren lassen, können Sie auch dies mit dem Matteffekt simulieren. Denken Sie nur an eine Milchglasscheibe oder ein Glas voll Milch. Sicherlich ist in diesen beiden Fällen Transparenz notwendig, obwohl nicht ungehindert durch die Objekte hindurchgeschaut werden kann. Die Streuung des Materials steigt mit dem Matteffekt-Wert an. Noch dramatischer ist jedoch der Anstieg der Rechenzeit. Es werden nämlich zusätzliche Berechnungsstrahlen erzeugt, deren Anzahl zwischen Min Samples und Max Samples liegt. Sie kennen dieses Prinzip bereits aus der Besprechung der Shader-Materialien und auch von den Fläche-Schatten des Physikalischen Himmels.

Der Parameter Genauigkeit stellt eine Entscheidungshilfe für CINEMA 4D dar, ob eher die minimale oder die maximale Anzahl an Samples benutzt werden soll. Eine Reduzierung des Werts kann daher auch die Berechnungszeit drücken helfen. Damit dies nicht zu einer deutlichen Verschlechterung des Ergebnisses führt, ist das richtige Verhältnis zwischen Min Samples und Max Samples sehr wichtig. Dieses Verhältnis kann nur ermittelt werden, wenn beide Sample-Werte auf den gleichen Zahlenwert eingestellt und dann Testberechnungen durchgeführt werden.

Gefällt Ihnen die Qualität der Darstellung z. B. wegen eines noch zu starken Bildrauschens nicht, erhöhen Sie beide Werte gleichmäßig, bis das gewünschte Resultat berechnet wird. Sie können dann den Min Samples-Wert vierteln. Danach reduzieren Sie den Genauigkeit-Wert so lange, bis Qualität und Renderzeit in Einklang zueinander stehen. Eine Matteffekt-Einstellung von 0% schaltet diese Berechnung komplett ab.

Der Spiegelung-Kanal

Dieser Kanal enthält viele Parallelen zum Transparenz-Kanal. Auch hier wird die Stärke des Effekts durch die Helligkeit der gewählten Farbe oder Textur bestimmt. Erneut führt die Erhöhung der spiegelnden Eigenschaften ebenfalls zur automatischen Reduzierung der Oberflächenfärbung. Abbildung 5.86 macht dies deutlich. Durch Additiv kann dies umgangen werden, was jedoch die Gefahr einer unnatürlichen Aufhellung der Oberfläche mit sich bringt.

CINEMA-4D - V.l.n.r: 100% Spiegelung, 50% Spiegelung, 50% Spiegelung mit 20% Matteffekt

Abbildung 5.86: V.l.n.r: 100% Spiegelung, 50% Spiegelung, 50% Spiegelung mit 20% Matteffekt

Materialien, wie z. B. satiniertes Glas oder gesandstrahltes Metall, geben keine perfekte Spiegelung wieder. Daher macht auch hier wieder eine Option für den Matteffekt Sinn. Durch Werte über 0% wird die Spiegelung weichgezeichnet. Sie kennen das Prinzip aus dem Transparenz-Kanal. Diese Berechnung benötigt mit ansteigenden Matteffekt-Werten immer mehr Rechenzeit, lässt die Oberfläche jedoch auch sehr viel realistischer wirken.

Denken Sie generell daran, dass nur dort eine Spiegelung zu sehen ist, wo auch eine Oberfläche sichtbar ist. Sobald Transparenz verwendet wird, reduziert sich daher auch eine aktivierte Spiegelung. Soll beides zu sehen sein, reduzieren Sie ggf. leicht die Intensität der Transparenz. Zudem kann bereits der Fresnel-Effekt der Inneren Totalreflexion im Transparenz-Kanal Spiegelungen erzeugen.

Der Umgebung-Kanal

Selbst bei Spiegelungen maximaler Intensität kann sich natürlich nur dort ein Effekt zeigen, wo sich auch tatsächlich Objekte in der Oberfläche spiegeln. Da der 3D-Raum ansonsten leer und somit schwarz ist, müssen Sie also selbst für die passende Umgebung sorgen.

Hier kann der Umgebung-Kanal helfen, denn Sie können dort über den Texturbereich z. B. ein einfaches Bild laden und dieses als simulierte Spiegelung um Ihr Objekt legen. Denken Sie z. B. an ein Panoramabild. Dies erspart Ihnen die Umgebung tatsächlich dreidimensional modellieren zu müssen, nur um die gewünschte Spiegelung auf dem Objekt zu sehen (siehe Abbildung 5.87).

CINEMA-4D - Mittels Umgebung können Spiegelungen vorgetäuscht werden.

Abbildung 5.87: Mittels Umgebung können Spiegelungen vorgetäuscht werden.

Wie oft die geladene Textur dabei auf der Oberfläche zu sehen ist, legen Sie mit den Kacheln-Einstellungen fest. Standardmäßig deckt die Textur das gesamte Objekt ab, daher sind beide Kacheln-Werte auf 1 eingestellt. Eine Erhöhung von Kacheln X auf 2 würde die Textur dann so skalieren, dass sie zwei Mal umlaufend auf dem Objekt zu sehen ist. Entsprechend definiert Kacheln Y die Anzahl der Texturkopien in vertikaler Richtung.

Ist die Ausschließlich-Option angeschaltet, ist nur dort die Textur zu sehen, wo sich keine echten 3D-Objekte Ihrer Szene auf der Oberfläche spiegeln würden. Ohne diese Option wird darauf keine Rücksicht genommen. Bei zusätzlich aktivem Spiegelung-Kanal überlagern sich dann die geladene Umgebung und die echten Spiegelungen auf der Oberfläche.

Der Nebel-Kanal

Wieder ein alter Bekannter, denn die Erzeugung von Nebel haben wir bereits an einigen Beispielen besprochen. Wie beim Shader-Material des Nebels können Sie auch hier wieder das Volumen eines Objekts mit Nebel füllen lassen. Der Effekt bietet Ihnen hier jedoch weit weniger Einstellmöglichkeiten und Optionen. So fehlt z. B. komplett die Möglichkeit, Unregelmäßigkeiten und Wolken im Nebel zu berechnen oder den Nebel entlang der Y-Richtung weich auslaufen zu lassen.

CINEMA-4D - V.l.n.r.: Weißer Nebel, schwarzer Nebel, schwarzer Nebel mit zusätzlich aktivierten Farbe- und Glanzlicht-Kanälen

Abbildung 5.88: V.l.n.r.: Weißer Nebel, schwarzer Nebel, schwarzer Nebel mit zusätzlich aktivierten Farbe- und Glanzlicht-Kanälen

Die Dichte des Nebels wird über die Form des zugewiesenen Objekts definiert. Der Distanz-Wert im Material gibt dabei die notwendige Dicke des Objekts an, damit der Nebel massiv in der gewählten Farbe erscheint. Ist das Objekt weniger groß, wirkt der Nebel transparent. Diese Eigenschaft eignet sich daher nur für einfache Effekte, wie z. B. Nebel in einer Bodensenke.

Der Relief-Kanal

Sie kennen die Wirkung dieses Kanals bereits von den Shader-Materialien. Dort hieß dieser Kanal jedoch Rauheit. Der Kanal benötigt in jedem Fall eine Textur, die dann bezüglich ihrer Helligkeiten ausgewertet wird.

Helle Bereiche werden scheinbar auf der Oberfläche nach außen gedrückt, dunkle führen zu Absenkungen. Dabei handelt es sich nur um einen Schattierungseffekt, der durch die Manipulation der Oberflächennormalen zustande kommt. Die Form des Objekts wird also nicht wirklich verändert. Dieser Kanal eignet sich daher nur für die Simulation feiner Unregelmäßigkeiten. Die Stärke regelt dabei die Intensität des Effekts. Auch negative Einstellungen sind möglich. Die geladene Textur wird dadurch invertiert. Die MIP-Abnahme reduziert den Relief-Effekt automatisch mit zunehmender Neigung und Entfernung zur Kamera um Antialiasing-Problemen vorzubeugen. Wie Sie in Abbildung 5.89 erkennen können, wird nicht nur die Schattierung der Oberfläche verändert, sondern auch die Brechung einer Transparenz oder die Spiegelung werden realistisch beeinflusst.

CINEMA-4D - Das Relief beeinflusst nicht nur die Helligkeit der Oberfläche, sondern auch Transparenzen und Spiegelungen.

Abbildung 5.89: Das Relief beeinflusst nicht nur die Helligkeit der Oberfläche, sondern auch Transparenzen und Spiegelungen.

Der Normale-Kanal

Hier muss ebenfalls mit einer Textur gearbeitet werden, es reicht jedoch nicht die Verwendung eines normalen Bilds oder Shaders aus. Der Kanal erwartet die Verwendung einer so genannten Normal-Map als Textur. Dabei handelt es sich um farbcodierte Informationen, wie exakt die Normalen der Oberfläche auszurichten sind. So kann der Rotanteil der Textur z. B. für die Richtung der Normalen in X-Richtung stehen.

Derartige Texturen lassen sich nicht einfach zeichnen sondern müssen aus der Oberfläche eines anderen Objekts extrahiert werden. Es sind daher immer zwei Objekte nötig, ein hoch detailliert ausmodelliertes und ein gröberes Objekt, auf das dann die Normal-Map angewendet wird (siehe Abbildung 5.90).

CINEMA-4D - Links das Original, rechts die mit einer Normal-Map vorgetäuschten Details

Abbildung 5.90: Links das Original, rechts die mit einer Normal-Map vorgetäuschten Details

Das einfache Objekt kann dadurch den Detailreichtum des ursprünglichen Objekts wiedergeben ohne tatsächlich dessen hohe Polygonanzahl besitzen zu müssen. Dies macht diesen Kanal besonders wertvoll z. B. für die Spieleentwicklung, da es dort noch immer auf das Sparen von Polygonen ankommt um möglichst hohe Bilderraten bei der Wiedergabe zu ermöglichen. Das Beispiel mit dem Landschaft-Objekt in Abbildung 5.90 macht dies deutlich. Die linke Landschaft besitzt 1 Million Polygone und entsprechenden Detailreichtum. Daraus wurde die in der Mitte der Abbildung eingeblendete Normal-Map extrahiert und auf eine Landschaft mit nur 400 Polygonen übertragen. Es sind anschließend kaum noch Unterschiede feststellbar.

Durch das so genannte Backen kann so eine Textur erstellt werden. Sie werden hierzu weitere Informationen bei der Besprechung des Textur backen-Tags erhalten.

Es stehen verschiedene Methoden für die Auswertung der Normal-Map zur Verfügung (siehe auch Abbildung 5.91).

CINEMA-4D - Einstellungen des Normale-Kanals

Abbildung 5.91: Einstellungen des Normale-Kanals

Bei Tangente werden die Normalen in Abhängigkeit zur Neigung der Oberflächenpolygone ausgerichtet. Dies ist die sinnvollste Methode, da hierbei auch nach dem Modifizieren der Form noch die Normalen passend zur Normal-Map ausgerichtet werden können. Die Einstellungen Objekt und Welt nehmen das Objektsystem oder das Weltsystem als Bezugspunkt für die Normalenausrichtung. Die Normalen haben dadurch keinen Bezug mehr zur eigentlichen Oberfläche des Objekts.

Je nachdem, mit welcher Software die Normal-Map erzeugt wurde, kann das Auslesen der Farbwerte und deren Umrechnung in Normalenrichtungen variieren. Sie haben daher über einige Optionen die Möglichkeit, z. B. den X-, Y- oder Z-Anteil der Vektoren umzukehren oder die Y- mit der Z-Richtung zu vertauschen. Wurde die Normal-Map mit CINEMA 4D erstellt, ist die Benutzung dieser Optionen natürlich nicht nötig.

Die Stärke skaliert schließlich den Effekt der Normal-Map. Beachten Sie, dass auch hier wie beim Relief, nur eine Veränderung der Schattierung berechnet wird. Die eigentliche Form des Objekts bleibt unverändert. Extreme Blickwinkel können den Effekt also schnell auffliegen lassen. Auch hier gilt daher oft, dass Normal-Maps eher für feine Details, wie z. B. die Poren und Falten der Haut oder für Kratzer und feine Verzierungen auf Objekten benutzt werden.

Der Alpha-Kanal

Sie kennen den Alpha-Kanal sicherlich z. B. aus Bildbearbeitungsprogrammen. Mithilfe einer Graustufen-Bitmap können Teile des Materials ausgeblendet werden. Schwarze Bereiche werden dann komplett unsichtbar.

Dies unterscheidet den Alpha-Kanal grundlegend vom Transparenz-Kanal, denn dort wird der Effekt durch helle Bereiche aktiviert. Zudem blendet der Alpha-Kanal alle anderen Kanäle aus (siehe Abbildung 5.92). Die Transparenz hingegen kann weiterhin z. B. von einem Glanzpunkt oder von Spiegelung überlagert werden.

CINEMA-4D - Über Alpha-Texturen freigestellte Materialien

Abbildung 5.92: Über Alpha-Texturen freigestellte Materialien

Ist Weich aktiv, werden die Graustufen der geladenen Textur ausgewertet und entsprechend ihrer Helligkeit als Maskierung für das Material benutzt. Ohne diese Option werden Felder für Farbe und Delta aktiviert. Farbe erlaubt Ihnen eine beliebige Farbe für die Freistellung zu benutzen. So können dann auch Farbbilder als Textur genutzt werden. Der Delta-Farbwert definiert eine maximale Abweichung von der Freistellfarbe. So können dann auch leichte Abweichungen vom Farbe-Wert noch als Maskierung genutzt werden. Weich auslaufende Alphamasken sind mit dieser Methode jetzt kaum zu realisieren. Benutzen Sie daher besser die Weich-Option mit Graustufenbildern als Textur.

Auch Bilder die eine Maskierung bereits als Alpha-Kanal gespeichert haben, können direkt benutzt werden. Ist die Option Alpha-Bild aktiv, wird, sofern vorhanden, automatisch der entsprechende Kanal der Datei ausgelesen. Premultiplied sorgt für eine Multiplikation von Farb- und Alphawerten. Sofern im Farbe- oder Leuchten und im Alpha-Kanal die gleiche Bitmap verwendet wird, kann dies zu Farbsäumen und sichtbaren Umrissen im Bereich der Freistellung kommen. Versuchen Sie daher zuerst ohne diese Option auszukommen. Schließlich erlaub Ihnen Invertieren die Wirkung der Textur umzukehren. Dann werden weiße Bereiche ausgeblendet und schwarze Stellen bleiben sichtbar.

Der Ganzlicht-Kanal

Wie bereits an anderer Stelle erläutert, simuliert das Glanzlicht die Spiegelung der Lichtquellen auf der Oberfläche. Da wir in 3D-Programen in der Regel keine echten Lichtquellen mit räumlicher Ausdehnung benutzen, kann die Intensität und Größe der Glanzlichter frei gewählt werden. Dies eröffnet natürlich auch gestalterische Freiräume, wenn ansonsten nur schwach beleuchtete Oberflächen z. B. trotzdem starke Glanzwirkung zeigen.

Es stehen verschiedene Modi zur Verfügung, von denen jedoch der Plastik-Modus derjenige sein wird, den Sie am häufigsten Verwenden. Er eignet sich trotz seines Namens für nahezu alle Oberflächen, also auch für Metalle. Der eigene Metall-Modus führt nämlich zu einer starken Reduzierung der Helligkeit und somit auch zum Verlust z. B. der Streufärbung der Oberfläche.

Dies mag zwar für metallische Oberflächen typisch sein, lässt sich jedoch auch im Plastik-Modus mit entsprechend reduzierter Färbung der Oberfläche darstellen. Ansonsten übernimmt das Glanzlicht in diesem Modus noch die Färbung der Oberfläche. Im Plastik-Modus hingegen wird die Farbe der Glanzlichter von der Farbe der Lichtquellen in der Szene übernommen.

Der Farbig-Modus ist als Mischung der beiden vorherigen Modi zu verstehen. Die Helligkeit der Oberfläche erscheint wie im Plastik-Modus, aber wie im Metall-Modus wird auch hier die Glanzlichtfarbe von der Färbung der Oberfläche vorgegeben.

Die folgenden Parameter definieren die Intensität, Größe und den Randbereich des Glanzpunkts (siehe Abbildung 5.93).

CINEMA-4D - Unterschiedliche Glanzlicht-Einstellungen

Abbildung 5.93: Unterschiedliche Glanzlicht-Einstellungen

Die Breite gibt den Radius des Glanzflecks vor. Große Werte lassen das Material eher stumpf oder porös wirken. Kleine Werte geben der Oberfläche ein glattes und poliertes Aussehen. Die Höhe entspricht der Helligkeit oder Intensität des Glanzlichts. Wie an vielen Stellen in CINEMA 4D können die Werte durch direkte Eingabe in das Zahlenfeld auch über den normalen Bereich zwischen 0% und 100% hinaus erhöht werden. Auf diese Weise lassen sich z. B. auch dann noch intensive Glanzlichter berechnen, wenn das Objekt nur schwach beleuchtet wird.

Die Abnahme definiert den Randbereich des Glanzlichts. So führt eine Abnahme von 100% z. B. zu einem hart abgegrenzten Glanzpunkt, wie er für Comicbilder typisch ist. Werte unter 0% drängen den intensiven Glanz auf die Mitte des Glanzpunkts zurück und lassen diesen dann rapide an Helligkeit verlieren. Dieser innere Bereich des Glanzes kann mit Innere Breite dann wiederum beliebig verbreitert werden. Eine Kurve im oberen Teil der Dialogseite visualisiert den Intensitätsverlauf des Glanzlichts.

Der Glanzfarbe-Kanal

Ohne weitere Vorkehrungen kann das eingestellte Glanzlicht überall auf der Oberfläche entstehen. Es ist nur abhängig von der Position und Intensität der einwirkenden Licht-Objekte. Einige Oberflächen sind jedoch nicht homogen, sondern haben z. B. sowohl glatte als auch poröse Abschnitte. Damit das Glanzlicht in seiner Färbung und Intensität variiert werden kann, aktivieren Sie den Glanzfarbe-Kanal. Dessen Farbe wird dann mit dem Glanzlicht multipliziert. Dies macht für Einfärbungen wohl nur im Glanzlichtmodus Plastik Sinn, denn in den beiden anderen Modi finden bereits Einfärbungen der Glanzlichter statt.

Richtig interessant wird es jedoch, wenn eine Textur für die Glanzfarbe verwendet wird. So könnte hier z. B. ein Graustufenbild benutzt werden. Nur die dort hellen Bereiche zeigen die volle Intensität der Glanzlichter. Dunklere Stellen führen entsprechend zu einer Reduzierung der Glanzlichtstärke. Ist die Textur farbig, so werden die Glanzlichter gleichzeitig gefärbt und entsprechend der Helligkeit in der Textur angepasst (siehe Abbildung 5.94).

CINEMA-4D - Glanzlichter können gefärbt oder durch dunklere Texturen deaktiviert werden.

Abbildung 5.94: Glanzlichter können gefärbt oder durch dunklere Texturen deaktiviert werden.

Der Glühen-Kanal

Das Glühen würde ich zu den Spezialeffekten zählen, denn es stellt eine Lichterscheinung um die Oberfläche herum dar. Dies könnte z. B. für die Darstellung sehr heißer Objekte hilfreich sein (siehe Abbildung 5.95).

CINEMA-4D - Durch Glühen kann eine Lichterscheinung auf der Oberfläche erstellt werden.

Abbildung 5.95: Durch Glühen kann eine Lichterscheinung auf der Oberfläche erstellt werden.

Ist die Option Materialfarbe benutzen aktiv, übernimmt das Glühen die Oberflächenfarbe. Ansonsten können Sie eine eigenständige Farbe und deren Helligkeit einstellen. Der Radius gibt die räumliche Ausdehnung des Effekts ausgehend von der Oberfläche vor. Dabei können mit Stärke innen und Stärke außen unterschiedliche Intensitäten für das Glühen nahe der Oberfläche und in Radius-Entfernung von der Oberfläche aus eingetragen werden.

Durch Zufall wird die Intensität und Größe des Glühens während einer Animation variiert. Die Frequenz beschreibt die Veränderungsrate, also die Geschwindigkeit der Variation während der Animation. Höhere Frequenzen beschleunigen also das Flackern des Glüh-Effekts.

Der Displacement-Kanal

Hatten wir es beim Relief- und dem Normale-Kanal noch mit optischen Effekten der Schattierung zu tun, so verändert das Displacement tatsächlich das Aussehen und die Form des zugewiesenen Objekts.

Ähnlich dem Relief-Kanal wird auch hier wieder eine Textur benötig, deren Graustufen ausgewertet werden. Die Anwendung der Textur hängt von der Typ-Einstellung ab. Bei Intensität (Zentriert) werden Graustufen unterhalb von 50% Helligkeit als Absenkung interpretiert (siehe Abbildung 5.96).

CINEMA-4D - Mit Displacement kann ein Objekt feiner unterteilt, geglättet und verformt werden.

Abbildung 5.96: Mit Displacement kann ein Objekt feiner unterteilt, geglättet und verformt werden.

Hellere Bereiche werden zu Erhöhungen. Die Einstellung Intensität lässt die ursprüngliche Oberfläche bei einer schwarzen Bitmap unberührt. Hellere Pixel führen dann zu einer Verschiebung der Oberfläche entlang der Normalen. Die übrigen Modi nutzen die Farbwerte einer Textur und nicht nur deren Helligkeit. Bei Rot/Grün werden die roten Farbanteile für die Absenkung der Oberfläche und die grünen Farbanteile für die Erhöhung verwendet. RGB (XYZ lokal) und RGB (XYZ Welt) bindet die roten, grünen und blauen Farbanteile an die Verschiebungsrichtungen X, Y und Z. Bei RGB (XYZ lokal) dienen die einzelnen Polygone als Bezugssystem für die Verschiebung. Bei RGB (XYZ Welt) wird das Achsensystem des 3D-Raums dafür verwendet. Letzteres führt dann dazu, dass sich das Displacement mit der Rotation des Objekts verändert, also unabhängig von der Form und Lage der Polygone am Objekt wird.

Die Stärke dient als einfacher Multiplikator des Verschiebungseffekts. Maximale Höhe legt dabei das reale Ausmaß der Objektverformung fest. Dieser Parameter muss daher später auf die tatsächlichen Abmessungen des Objekts angepasst werden. Bedenken Sie immer, dass das Displacement nur dort wirken kann, wo Punkte auf der Oberfläche des Objekts vorhanden sind. Durch die Verschiebung dieser Punkte wird schließlich die Form verändert. Daher muss z. B. für den Displacement-Effekt auf einem Kugel-Grundobjekt auch deren Option für Perfekte Kugel ausgeschaltet werden!

Damit nun nicht jedes einfache Objekt unheimlich stark unterteilt werden muss um Displacement in seinem Material verwenden zu können, gibt es in der unteren Hälfte des Displacement-Kanals Einstellungen für das so genannte Sub-Polygon Displacement (siehe Abbildung 5.96). Wird diese Option aktiviert sorgt das Material selbst dafür, dass zugewiesene Objekte für die Bildberechnung zusätzlich unterteilt werden. So entstehen neue Punkte auf deren Oberfläche und wir erhalten dadurch auch ein qualitativ besseres Displacement. Dieser Effekt betrifft nur die Bildberechnung. Das Objekt bleibt daher im Editor unverändert.

Sie kennen einen ähnlichen Effekt bereits vom HyperNURBS-Objekt. Exakt denselben Effekt hat also das Sub-Polygon Displacement, wenn Sie die Option Geometrie runden aktivieren. Die zusätzlich erzeugten Unterteilungen werden dann zudem für die Abrundung der Objektform genutzt. Gerundetes Sub-Polygon Displacement macht daher die zusätzliche Unterordnung des Objekts unter einem HyperNURBS unnötig!

Der Unterteilungslevel gibt die Anzahl der zusätzlichen Unterteilungen an. Dies entspricht den Unterteilung-Parametern eines HyperNURBS-Objekts. Die übrigen Optionen haben mit der Art der Geometrierundung und mit der Anwendung des Displacements zu tun. Durch Kontur runden werden so z. B. auch die offenen Ränder des zugewiesenen Objekts gerundet. Aus einer quadratischen Fläche würde ansonsten durch die Rundung z. B. eine kreisförmige Scheibe werden.

Wie Sie bereits von der Arbeit mit dem HyperNURBS-Objekt wissen, kann sich die Form des ursprünglichen Objekts durch die Glättung stark verändern. Welche Form soll nun für die Aufbringung des Materials verwendet werden? Die Abbildungen 5.97 und 5.98 geben dazu eine Gegenüberstellung der verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten.

CINEMA-4D - Eine Gegenüberstellungen der verschiedenen Displacement-Optionen

Abbildung 5.97: Eine Gegenüberstellungen der verschiedenen Displacement-Optionen

CINEMA-4D - Optionen bei gerundeten Konturen

Abbildung 5.98: Optionen bei gerundeten Konturen

Angewendet wurde das Displacement dort auf einen Würfel, an dem zwei Flächen gelöscht wurden (siehe untere Abbildung).

CINEMA-4D Open Box

Die Option Auf gerundete Geometrie projizieren bestimmt, welche Oberflächenkoordinaten verwendet werden, die des Originals oder die des gerundeten Objekts. Auf resultierende Geometrie projizieren legt dann fest, zu welchem Zeitpunkt die Texturen des Materials auf die Oberfläche gelegt werden. Mit aktiver Option erfolgt die Zuweisung der Texturen erst nach der Rundung.

Mit Originalkanten erhalten wird die Phong-Glättung der Oberfläche so verändert, dass harte Kanten am Original auch als harte Kanten am geglätteten Objekt erhalten bleiben. Derartige Kanten werden dann durch Flächen gebildet, die in einem Winkel größer als bei Glätten bis im Phong-Tag angegeben zueinander stehen, oder solche Kanten, für die die Phong-Glättung manuell unterbrochen wurde. Befehle hierfür haben Sie bereits im Mesh > Normalen-Menü benutzt.

Wie Sie bereits wissen, folgt das Displacement in der Regel der Richtung der Oberflächennormalen. Deren Berechnung kann individuell für jedes Polygon oder auch interpoliert erfolgen. Dann werden die Normalen eines Punkts durch Betrachtung der umliegenden Normalen berechnet. Beste Verteilung sorgt dafür, dass derart interpolierte Normalen benutzt werden und kann dadurch die Darstellung des Displacements an harten Objektkanten verbessern.

Die Editor-Einstellungen

Diese Optionen haben nicht mit den Eigenschaften des Materials bei der Bildberechnung zu tun, sondern ausschließlich mit dessen Darstellung in den Editoransichten. Durch Vorschau animieren bekommen Sie in den Editoransichten immer eine aktuelle Darstellung des Materials auf den zugewiesenen Objekten. Dies kann nützlich sein, wenn Ihr Material Filme oder z. B. animierte Shader enthält. Durch Veränderungen an der Zeit im Editor können Sie dann auch immer die dazu passende Wirkung des Materials begutachten. Ebenfalls sehr hilfreich ist die Textur: Vorschaugröße. Wir sind darauf bereits kurz bei der Besprechung des Pysikalischen Himmels eingegangen. Die hier getätigte Einstellung gibt die maximale Größe jeder im Material verwendeten Textur an die für die Editordarstellung genutzt wird. Dies hat also nichts mit der Qualität der Materialdarstellung bei der Bildberechnung zu tun. Natürlich kann aber die Qualität der Editordarstellung immer nur so gut sein wie die der geladenen Texturen. Zudem steigt mit der Verbesserung der Texturqualität im Editor auch der Speicherbedarf auf Ihrer Grafikkarte. Erhöhen Sie daher nur dann die Darstellungsqualität der Texturen, wenn Sie dieses Mehr an Informationen auch wirklich benötigen (siehe Abbildung 5.99).

CINEMA-4D - Die Darstellungsqualität der Texturen kann für den Editor beeinflusst werden.

Abbildung 5.99: Die Darstellungsqualität der Texturen kann für den Editor beeinflusst werden.

Nutzen Sie Erweitertes OpenGL im Editor, können Sie über die Augensymbole im unteren Teil der Dialogseite die Editordarstellung der einzelnen Materialkanäle separat ein- oder ausschalten. Ist das Menü für Editoranzeige auf Kombiniert geschaltet, werden die Eigenschaften aller aktivierten und über die Augensymbole freigeschalteten Kanäle kombiniert im Editor dargestellt. Ansonsten haben Sie auch die Möglichkeit, nur einzelne Kanäle für die Editordarstellung auszuwählen.

Die Illumination-Einstellungen

In diesem Kanal geht es vorwiegend um die Wirkung des Materials sofern globale Illumination als Berechnungsmethode benutzt wird. Wird Ihre Szene also ohne GI berechnet, haben die Einstellungen in der oberen Hälfte dieses Materialkanals für Sie keine Bedeutung.

Auch hier kennen Sie einige der Parameter bereits von den Shader-Materialien (siehe Abbildung 5.100).

CINEMA-4D - Die Illumination-Einstellungen des Standardmaterials

Abbildung 5.100: Die Illumination-Einstellungen des Standardmaterials

GI generieren gibt in Verbindung mit Stärke die Helligkeit des von der Oberfläche abgegebenen Lichts an. Dies kann reflektiertes Licht, aber auch durch den Leuchten-Kanal erzeugtes Licht sein. Die Sättigung vermag die Färbung des von der Oberfläche ausgehenden Lichts zu verändern. Eine Sättigung von 0% führt somit zu einem weißen Licht, selbst wenn die Oberfläche z. B. rot leuchtet. Entsprechend fallen die Einstellungen für das GI Empfangen aus. Dies ist also die Wirkung, die reines GI-Licht auf das Material hat. Die direkte Beleuchtung normaler Lichtquellen wird von diesen Werten nicht beeinflusst.

Immer wenn Sie ein leuchtendes Material mit globaler Illumination zur Beleuchtung Ihrer Szene verwenden möchten, muss der Samplemodus des Materials angepasst werden. Es stehen hier verschiedene Optionen und Modi zur Verfügung. Sie müssen dazu wissen, dass die globale Illumination diverse Berechnungsstrahlen in die Szene schickt und mit diesen die Beleuchtungssituation der Szene erfasst. Leuchtende Objekte tragen natürlich besonders zur Beleuchtung der Szene bei und sollten daher auch gezielt abgetastet werden. Bei der Einstellung Normal entfällt dies jedoch. Das Material wird genauso behandelt wie alle anderen. Dies eignet sich daher nur für nicht leuchtende Materialien oder wenn Ihr Objekt im Vergleich zu übrigen Szene sehr groß ist, wie z. B. ein leuchtender Himmel der die Szene umgibt.

Beim Oversampling werden zumindest all die Berechnungsstrahlen wieder gelöscht, die bei der Beleuchtungsberechnung nicht auf dieses Material treffen. Dies verringert zumindest die Beimischung unnötiger Berechnungsstrahlen, und stellt einen kleinen Kompromiss zwischen Rechengenauigkeit und benötigter Berechnungszeit dar. Dieser Modus sollte bei leuchtenden Materialien mindestens aktiviert werden. Das QMC Oversampling geht daher noch einen Schritt weiter und löscht nicht einfach unnötige Strahlen, sondern optimiert bereits im Vorfeld deren Richtungen so, dass sie auf die Oberflächen mit diesem Material gebündelt losgeschickt werden. Fehlmessungen und verschwendete Berechnungsstrahlen werden dadurch vermieden. Diese Einstellung dürfte daher bereits oft ein sehr gutes Ergebnis liefern.

Wer das letzte Quäntchen Präzision benötigt und wen dabei die drastisch verlängerten Berechnungszeiten nicht stören, der kann auch Pro-Pixel QMC Sampling nutzen. Wie der Begriff Pro-Pixel schon andeutet, werden dabei für jeden Bildpixel Berechnungsstrahlen auf die Oberflächen losgeschickt, die mit diesem leuchtenden Material belegt wurden. Dies stellt sicher, dass wirklich alle Bereiche der Szene möglichst exakt von der Materialbeleuchtung beeinflusst werden. Die anderen Methoden können nur Annäherungen an diese Qualität liefern, reichen in den meisten Fällen jedoch völlig aus.

QMC Sampling und Pro-Pixel QMC-Sampling schalten weitere Parameter frei. Das Funktionsprinzip kennen Sie bereits. Maximale Samples legt die maximal eingesetzte Anzahl an Berechnungsstrahlen fest und Genauigkeit erleichtert CINEMA 4D die Wahl, wie viele Strahlen davon tatsächlich verwendet werden. Je mehr Strahlen, desto länger dauert die Berechnung und umso genauer wird das Ergebnis. Die Option Exakte Farbe erhöht die Qualität zusätzlich, sofern Teile der leuchtenden Materialien z. B. außerhalb des Sichtbereichs der Kamera liegen, oder wenn Spezialshader, wie z. B. Fresnel oder SubSurface Scattering, für das Leuchten verantwortlich sind. Leuchtende Objekte können zudem manchmal Schatten auf sich selbst werfen, was in der Regel ungewollt ist. Dies hängt von der Form des leuchtenden Objekts ab. Ist die Selbstbeschattung-Option deaktiviert, werden solche Effekte automatisch unterdrückt.

Ist der Leuchten-Kanal Ihres Materials aktiv erhalten Sie zusätzlich Zugriff auf die Option GI Flächenlicht. Diese ist nur für die Benutzung des neuen physikalischen Renderers gedacht und markiert dieses Material als Lichtquelle für diese Berechnungsart. Sie benötigen diese Option aber auch nur dann, wenn Sie zusätzlich zum physikalischen Renderer in den Rendervoreinstellungen auch die Indirekte Beleuchtung in den Physikalisch-Einstellungen benutzen möchten. Der physikalische Renderer bezieht dieses Material dann wie ein entsprechend geformtes Fläche-Licht mit ein. Mehr zu diesem speziellen Berechnungsmodus etwas später.

Ebenso ergibt sich eine neue Option, wenn Ihr Material Transparenz enthält, also z. B. in der Szene eine Fensterglasscheibe darstellen soll. Auch solche Materialien können von einer konzentrierten GI-Abtastung profitieren. Denken Sie nur an Sonnenlicht, das durch ein Fenster in einen Raum fällt. In solchen Fällen sollte das Glas nicht das Sonnenlicht und das Himmelslicht blockieren, sondern in den Raum hineinleiten. Durch Aktivieren der Option GI Portal wird dieses Material entsprechend bei der globalen Illumination berücksichtigt. Beachten Sie, dass die Färbung und Intensität der Transparenz trotzdem Einfluss auf das durchgeleitete diffuse Licht hat.

Was die folgenden Caustics-Einstellungen betrifft, so haben wir diese bereits erschöpfend bei den Shader-Materialien besprochen. Ich möchte daher hier nicht noch einmal darauf eingehen. Für die GI- und die Caustics-Einstellungen gilt, dass diese nur eine Rolle spielen, wenn Globale Illumination und Caustics auch über die Rendervoreinstellungen aktiviert wurden, bzw. wenn der neue physikalische Renderer genutzt wird. Diese Funktionen sind allesamt Bestandteil der Advanced Render-Funktionalität und daher nicht in allen Programmversionen enthalten.

Das Schattierungsmodell

Unabhängig von der Berechnungsmethode ist jedoch das Schattierungsmodell wichtig für die Darstellung des Materials und der damit belegten Oberfläche. Über Modell haben Sie daher die Wahl zwischen Phong, Blinn und Oren-Nayar.

CINEMA-4D - Phong, Blinn, Oren-Nayar

Abbildung 5.101: V.l.n.r: Phong, Blinn, Oren-Nayar

Das Phong-Modell liefert ein ausgewogenes Verhältnis zwischen der Schattierung der Oberfläche und dem Glanz. Blinn liefert die gleiche Schattierung wie Phong, verstärkt jedoch die Glanzwirkung. Das Glanzlicht wirkt dadurch automatisch größer und intensiver. Dies kann für die Darstellung glatter Oberflächen sinnvoll sein. Oren-Nayar führt zu einer matteren Schattierung bei gleichem Glanzverhalten wie mit Blinn. Die Oberfläche wirkt matt und rau. Die Diffuse Abnahme steht dabei in allen drei Modi zur Verfügung. Sie definiert die Intensitätsabnahme der Schattierung. Werte über 0% hellen die Oberfläche auch dort weiter auf, wo Licht die Oberfläche nur streift. Dies kann nützlich sein für Materialien, wie z. B. Kunststoff, wo Licht zusätzlich eindringen und in dem Material gestreut werden kann. Einstellungen unter 0% reduzieren dagegen die Schattierung immer stärker, bis schließlich nur noch der Bereich des senkrechten Lichteinfalls beleuchtet wird. Dies könnte z. B. bei polierten Metalloberflächen passend sein. Beide Extreme sind in der unteren Abbildung zu sehen. Oben wurde dort -100% und unten +100% für die Diffuse Abnahme im Modus Blinn verwendet.

CINEMA-4D Diffuses Modell

Im Modus Oren-Nayar kommen die Einstellungen Diffuse Stärke und Rauigkeit hinzu. Die Diffuse Stärke ist ein allgemeiner Multiplikator für die Helligkeit der Oberfläche. Die Rauigkeit legt die Streuung des Lichts fest. Hohe Werte lassen die Oberfläche matter und dunkler wirken. Die Wahl des passenden Schattierungsmodells und die Einstellung des Glanzlichts gehören zu den wichtigsten Handgriffen zu Beginn der Materialerstellung. Dies sind die grundlegenden Weichenstellungen, ob ein Material z. B. eher glatt und glänzend oder rau und stumpf wirken soll.

Die Zuweisen-Liste

Sie kennen diesen Bereich bereits von den Shader-Materialien. Sie finden hier eine Auflistung aller Objekte, denen dieses Material bereits direkt zugewiesen wurde. Dabei vererbt sich das Material automatisch an untergeordnete Objekte. Umgekehrt können Sie auch Objekte aus dem Objekt-Manager in diese Liste ziehen, um diesen das Material zu geben. Ansonsten kennen Sie ja bereits die Methode, die Vorschau aus dem Material-Manager per Drag&Drop auf den jeweiligen Objektnamen im Objekt-Manager zu ziehen um das Material zuzuweisen.

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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