Shader und Texturen: Die Effekte-Shader

In dieser Kategorie finden Sie verschiedene Shader, mit denen speziellere Effekte berechnet werden können. Viele ermöglichen z. B. die Simulation von Lichtstreuung innerhalb von Materialien. Auch hier werfen wir wieder einen kurzen Blick auf die wichtigsten Shader und deren Funktionen.

Ambient Occlusion

Dieser auch oft mit AO abgekürzte Effekt basiert auf der Beobachtung, dass Bereiche, die von vielen Flächen umgeben sind, auch weniger Licht empfangen können. Der Shader löst diese Aufgabe so, dass er Berechnungsstrahlen in die Umgebung schickt und die Entfernungen zu der jeweils nächsten Fläche vermisst. Je näher Flächen aufgefunden werden, desto weniger Licht wird diese Stelle erreichen können. Dabei geht es nicht um die tatsächliche Beleuchtung dieser Objekte, sondern nur um die rechnerische Wahrscheinlichkeit, mit der Licht verschiedene Stellen einer Oberfläche erreichen kann.

Dieser Shader wird in der Regel im Diffusion-Kanal eines Materials eingesetzt, um die Oberfläche punktuell abzudunkeln. Dies erzeugt vor allem die feinen Schatten an den Berührstellen zwischen Objekten, die ansonsten mit Schattenwürfen allein nicht darzustellen sind (siehe Abbildung 6.7).

CINEMA-4D - Ambient Occlusion wertet die Abstände zwischen Oberflächen aus.

Abbildung 6.7: Ambient Occlusion wertet die Abstände zwischen Oberflächen aus.

Die Länge der Berechnungsstrahlen, durch die die Abstände zwischen den Flächen vermessen werden, legen Sie mit Minimum Strahlenlänge und Maximum Strahlenlänge fest. Der Farbe-Gradient ist an das Ergebnis der Abstandsmessung gebunden. Ist der berechnete Abstand kleiner oder gleich Minimum Strahlenlänge, wird der Farbwert vom linken Rand des Gradienten ausgegeben. Bei Entfernungen größer der Maximum Strahlenlänge resultiert der rechte Rand des Gradienten. Die Streuung der Berechnungsstrahlen kann über kleinere Verteilung-Parameter gebündelt werden. Die Strahlen werden so z. B. bei einer Verteilung von 0% nur noch entlang der Oberflächennormalen ausgesendet. Große Einstellungen spreizen das Strahlenbündel mehr in zufällige Richtungen und erzeugen so ein diffuseres Ergebnis. Wie immer bei der Erzeugung von Berechnungsstrahlen wird deren Anzahl über die Parameter Minimum Samples, Maximum Samples und Genauigkeit gesteuert. Wir sind bereits mehrfach darauf eingegangen. Die Option Himmels-Umgebung berücksichtigen verlängert die Strahlen zusätzlich, bis diese auf ein vorhandenes Himmel-Objekt treffen.

Dort wird dann zusätzlich die Farbe der Himmelstextur gelesen und schließlich mit dem Ambient Occlusion-Effekt multipliziert. Wird der Shader im Leuchten- oder Umgebung-Kanal eines Materials verwendet, kann er dadurch sogar für eine der globalen Illumination ähnliche Beleuchtung des Objekts sorgen.

Transparenz auswerten reduziert den AO-Effekt automatisch, wenn das Objekt, auf das die Berechnungsstrahlen treffen, transparent ist. Bei Nur Eigenbeschattung werden schließlich nur die Berechnungsstrahlen verwertet, die auf Flächen des gleichen Objekts treffen, von dem die Strahlen losgeschickt wurden. Wenn Sie den AO-Effekt generell auf alle Objekte der Szene anwenden möchten, so gibt es hierfür noch eine zweite Möglichkeit. Sie finden Ambient Occlusion ebenfalls direkt in den Rendervoreinstellungen bei einem Klick auf die Effekte-Schaltfläche. Die Einstellungen dort sind mit denen des Shaders nahezu identisch. Es ist also in dem Fall nicht nötig, den Ambient Occlusion-Shader in alle Materialien der Szene zu laden.

Lichtstreuung-Shader

Mehrere Shader in der Effekte-Gruppe versuchen auf unterschiedlichen Wegen die Streuung von Licht innerhalb eines Objekts zu simulieren. Die Aufnahme und Streuung von Licht in einem Material ist von dessen Form und Größe abhängig. Die physikalisch korrekte Berechnung ist daher recht aufwändig und langwierig. Oft ist diese Präzision jedoch gar nicht notwendig und bereits grobe Annäherungen des Effekts wirken realistisch genug. Es gibt daher drei verschiedene Shader für diesen Effekt. Diese Art Shader kommt in den meisten Fällen im Leuchten-Kanal eines Materials zu Einsatz, damit auch eine Wirkung in ansonsten abgeschatteten Bereichen der Oberfläche sichtbar werden kann. Bedenken Sie, dass eine realistische Vorschau dieser Effekte im Material-Manager oder Material-Editor kaum möglich ist. Die Effekte sind zu sehr von der tatsächlichen Beleuchtung Ihrer Szene und der Form der Objekte abhängig. Sie werden daher kaum um Testberechnungen im Editor herumkommen.

Der ChanLum-Shader

Dieser Shader plagt sich erst gar nicht mit komplexen Volumenberechnungen ab, sondern schätzt die Helligkeit eindringenden Lichts anders ab. Es werden keine aufwändigen Berechnungsstrahlen in das Innere des Objekts geschickt, sondern die direkte Umgebung der Oberfläche wird nach Licht abgesucht (siehe Abbildung 6.8). Der Sampleradius definiert dabei die Entfernung ausgehend von der Startdistanz über der Oberfläche, in der nach Licht gesucht wird.

CINEMA-4D - ChanLum täuscht die Streuung von Licht im Material vor.

Abbildung 6.8: ChanLum täuscht die Streuung von Licht im Material vor.

Da die Suche nach Licht in einiger Entfernung vom Objekt erfolgt, kann auch dann noch Licht gefunden werden, wenn die echte Oberfläche eigentlich schon im Schatten liegt. Der Sampletyp bestimmt, ob die Suche nach Licht entlang der Oberflächennormalen oder in einer zufälligen Fläche erfolgen soll. Je mehr Samples, desto länger und genauer ist die Berechnung.

Sollen dabei einige Lichtquellen der Szene nicht ausgewertet werden, so setzen Sie das Lichter-Menü auf Ausschließen und ziehen die entsprechenden Lichtquellen aus dem Objekt-Manager in die Liste des ChanLum-Shaders. Sind hingegen in Ihrer Szene sehr viele Lichter gesetzt, von denen jedoch nur wenige von ChanLum gesehen werden sollen, betreiben Sie das Lichter-Menü im Modus Einschließen und ziehen nur die für das Material relevanten Lichtobjekte in die Liste.

Beachten Sie, dass auch eine leere Liste ausgewertet wird. Eine leere Liste im Modus Ausschließen bedeutet, dass alle Lichter der Szene vom Shader gesehen werden. Bei Wahl von Einschließen hingegen würden in diesem Fall keine Lichter bemerkt, was den Shader praktisch nutzlos machen würde. Diese Art der Einschließen-/Ausschließen-Listen finden Sie an vielen Stellen von CINEMA 4D. Nicht immer geht es dabei um Lichtquellen, aber die Arbeitsweise ist jeweils identisch.

Der Rücklicht-Shader

Wie der Name schon vermuten lässt, geht es hier um Licht, das die Rückseite eines Objekts beleuchtet. Denken Sie an ein Blatt Papier, das Sie vor eine Lampe halten (siehe Abbildung 6.9).

CINEMA-4D - Der Rücklicht-Shader ist z. B. für die Darstellung eines Blatts Papier gedacht.

Abbildung 6.9: Der Rücklicht-Shader ist z. B. für die Darstellung eines Blatts Papier gedacht.

Sicherlich wird das Licht teilweise das Papier durchdringen und auch die Rückseite aufhellen. Eine echte Volumenberechnung dürfte wegen der geringen Dicke eines Blatts nutzlos sein. In solchen Fällen bringt der Rücklicht-Shader daher bessere Ergebnisse nach bereits kurzer Zeit. Über die Farbe wird das durchsickernde Licht gefärbt. Der Algorithmus legt die Art der Oberflächenschattierung fest. Leuchten ist für die Intensität des durchsickernden Lichts zuständig, während Schattenintensität eventuelle Schatten der beleuchteten Blattseite auch auf die Rückseite übernimmt. Die Clipping-Funktion ist nur aus Gründen der Kompatibilität mit älteren CINEMA 4D-Szenen vorhanden. Dadurch kann die Helligkeit durchscheinenden Lichts auf maximal 100% beschränkt werden. Ist Clipping aktiv, können Sie über den Kontrast zusätzlich den Übergang zwischen den Schatten und den direkt durchleuchteten Bereichen definieren.

Der Subsurface Scattering-Shader

Hier findet die physikalisch korrekte Volumenberechnung statt, mit der die Streuung und Absorption von Licht in Objekten angenähert wird. Sie können bei der Konfiguration dieses Shaders damit beginnen, in den gebotenen Presets zu stöbern. Sie finden dort typische Materialien, wie Milch und auch menschliche Haut neben anderen Voreinstellungen, wie z. B. Ketchup oder Apfel. Sie können aber natürlich auch selbst Hand anlegen und den Shader nach Ihrem eigenen Empfinden konfigurieren. Die Farbe ist für das Innere des Objekts gedacht. Soll menschliche Haut dargestellt werden, so kämen hier z. B. Rottöne zum Einsatz, da Blut und Gewebe unter der Haut das Licht entsprechen färben. Sie kennen ja sicherlich den optischen Effekt, wenn man die eigene Hand vor eine starke Lichtquelle hält. Das Licht wird an den dünneren Stellen der Finger tiefrot sichtbar. Die Stärke ist ein einfacher Multiplikator für die Intensität des im Material gestreuten Lichts und kann über direkte Werteingabe auch über 100% betragen. Ergänzend zur einfachen Farbangabe für den Kern des Objekts kann auch eine Textur oder ein Shader benutzt werden. Dieser stellt dann die oberste Schicht des Materials dar. Hier kann daher oft die gleiche Textur wir im Farbe-Kanal des Materials verwendet werden.

CINEMA-4D - Subsurface Scattering berechnet eine realistische Lichtstreuung im Material.

Abbildung 6.10: Subsurface Scattering berechnet eine realistische Lichtstreuung im Material.

Die Pfadlänge ist das eigentliche Maß, wie tief Licht in ein Objekt eindringen kann. Je größer dieser Wert ist, desto transparenter wirkt das Objekt. Der passende Wert hängt also entscheidend von den Abmessungen Ihres Objekts ab, das mit diesem Material belegt werden soll. Interessant ist, dass kurze Pfadlängen längere Berechnungszeiten mit sich bringen. Überprüfen Sie in solchen Fällen, ob Sie nicht ähnliche Ergebnisse in kürzerer Zeit z. B. mit ChanLum erzielen können. Die Pfadlänge lässt sich zudem noch über das vorangestellte Dreieck separat für den Rot-, Grün- und Blau-Anteil des einfallenden Lichts definieren. So dringt z. B. bei menschlicher Haut der rote Lichtanteil sehr viel tiefer in das Gewebe vor, als z. B. der blaue Lichtanteil. Die Prozentwerte beziehen sich jeweils auf die Pfadlänge.

Die eigentliche Rechengenauigkeit legen Sie in den weitergehenden Einstellungen des Shaders fest (siehe auch Abbildung 6.10).Der Effekt kommt durch die Aussendung von Berechnungsstrahlen zustande. Die Sampledichte ist dafür die Maßeinheit. Je höher diese gewählt wird, desto länger dauert die Berechnung, desto exakter wird jedoch auch der Effekt vor allem bei filigranen Teilen. In der Regel wird jedoch kaum eine Erhöhung über 100% nötig sein. Versuchen Sie stattdessen, ob nicht auch eine geringe Einstellung ausreicht, um Rechenzeit zu sparen. Die ermittelten Samples werden dann miteinander verrechnet und über Verläufe geglättet. Nur wenn Sie dabei Flecken oder Sprünge entdecken, sollte Glätten etwas angehoben werden. Ansonsten führt das Glätten oft ungewollt zum Verlust von Details im Effekt.

Den Begriff Fresnel kennen Sie bereits. Hier führt die Fresnelspiegelung dazu, dass der Effekt der Lichtstreuung dort reduziert wird, wo sich die Oberfläche vom Betrachter wegkrümmt. Es erhöht sich dadurch der Kontrast in diesem Bereich, wie es zur Darstellung von nahezu transparenten Materialien wie z. B. Eis sinnvoll sein kann. Ansonsten kann dieser Regler aber auf 0% eingestellt bleiben. Das Dithering fügt den berechneten Helligkeits- und Farbverläufen ein feines Rauschen hinzu. Dies kann das sogenannte Banding reduzieren helfen. Damit sind sichtbare Grenzen innerhalb von Farbverläufen gemeint.

Den Brechungsindex kennen Sie bereits z. B. aus dem Transparenz-Kanal. Hier steht er beschreibend für das Innere des Objekts. Oftmals bestehen transluzente Objekte aus einem Großteil Wasser. Daher ist hier auch schon ein Wert von 1,3 eingetragen. Soll z. B. Alabaster oder Marmor simuliert werden, kann aber auch ein höherer Wert verwendet werden. Sie kennen ja bereits die Übersicht mit den gängigen Brechungsindices.

Der Schwellwert stellt eine Abbruchbedingung für den Shader dar. Bei kleinen Werten wird exakter und auch länger gerechnet. Höhere Einstellungen beschleunigen die Berechnung, können dann aber auch zu sichtbaren Störungen führen. Die Voreinstellung von 0,1 sollte für die meisten Fälle einen guten Kompromiss zwischen Qualität und Rechenzeit darstellen. Schließlich aktiviert die Option Schnelle Berechnung einen alternativen Algorithmus, der auf geringe Samplezahlen optimiert ist. Wenn Sie also mit einer Sampledichte unterhalb von 100% arbeiten, kann diese Option hilfreich sein, um sowohl das Resultat aufzuwerten, als auch von der verkürzten Berechnungszeit zu profitieren.

Der Distorter-Shader

Dieser Hilfsshader benötigt zwei Texturen. Die Basistextur laden Sie in das Textur-Feld. In den Verzerrung-Bereich laden Sie dann entweder ein Bild oder besser noch einen Graustufenshader, wie z. B. Noise hinein. Die Helligkeiten des Verzerrung-Shaders werden zur Verwirbelung der Textur benutzt. Einen entsprechenden Effekt kennen Sie bereits aus dem Ebene-Shader. Das Typ-Menü legt die Art und Richtung der Verwirbelung fest. Stärke, sowie die X-, Y- und Z-Parameter definieren die Richtung und Intensität der Verzerrung. Werden auf diese Weise z. B. zwei unterschiedliche Noise-Shader kombiniert, können ganz neue Muster entstehen.

CINEMA-4D - Der Distorter verzerrt eine Textur.

Abbildung 6.11: Der Distorter verzerrt eine Textur.

Wenn der Shader im Relief-Kanal verwendet werden soll, können Sie über den Delta-Wert die Genauigkeit der Abtastung vorgeben. Kleinere Delta-Werte erhöhen die Genauigkeit, reduzieren jedoch auch die Intensität des Reliefs.

Der Falloff-Shader

Dieser Shader ähnelt stark dem Farbverlauf-Shader, erleichtert jedoch durch die Vektor-Eingabe im gewählten Raum-System die Ausrichtung des Gradienten entlang einer beliebigen Richtung. Der Vektor 0,1,0 führt somit im Objekt-Raum zu einem senkrechten Farbverlauf, der z. B. ein Landschafts-Objekt so färben kann, dass nur die Bergspitzen weiß, die Flanken und Täler jedoch automatisch grün bleiben.

Der Geländemaske-Shader

Dieser Shader ähnelt in seiner Funktion dem Falloff-Shader, denn auch hier können z. B. Farbverläufe entlang einer gewissen Raumhöhe angelegt werden. Die Einstellmöglichkeiten gehen jedoch noch weiter und schließen z. B. die Abhängigkeit der Schattierung von der Oberflächenneigung mit ein. Gedacht ist der Shader für die Nutzung z. B. im Alpha-Kanal oder als Ebenenmaske in einem Ebene-Shader, um zwischen verschiedenen Texturen zu überblenden. Reizvoll ist u. a. die Nutzung bei der Texturierung eines Geländes, wenn die Berge automatisch mit einer felsigen Textur und die Senken z. B. mit Gras belegt werden sollen.

CINEMA-4D Gelaende Rauschen

Der Shader kennt zwei Berechnungsmethoden, die getrennt voneinander, aber auch kombiniert aktiviert werden können. Mit Höhenmaskierung aktivieren wird der rechte Farbwert des Verlaufs zwischen Min Höhe und Max Höhe ausgegeben. Die übrigen Bereiche erhalten den linken Farbwert des Verlaufs (siehe Abbildung 6.12).

CINEMA-4D - Höhenmaskierung durch den Geländemaske-Shader

Abbildung 6.12: Höhenmaskierung durch den Geländemaske-Shader

Dies alles ist bezogen auf das Objekt-Achsensystem des mit dem Material belegten Objekts. Alternativ hierzu können durch Anhaken von Globale Koordinaten verwenden aber auch Welt-Koordinaten ausgewertet werden. Um nicht nur einen harten Wechsel der Farbwerte, sondern einen weichen Verlauf zu erhalten, benutzen Sie Min aufweichen und Max aufweichen. Die Prozentwerte legen die Breite des Farbübergangs fest. Zusätzlich kann mit Noise Höhe eine Unregelmäßigkeit in die Ränder der Farbverläufe gebracht werden (siehe seitliche Abbildung). Die Skalierung legt dabei die Detaildichte dieser Störungen fest. Kleinere Werte führen zu feineren Variationen.

Der zweite Betriebsmodus wertet mit Neigungsmaskierung aktivieren die Oberflächenneigungen aus. Alle Neigungen, die zwischen Min Neigung und Max Neigung liegen erhalten den linken Farbwert des Verlaufs. Die übrigen Bereiche werden mit dem rechten Verlaufswert belegt. Die Berechnung der Neigung erfolgt relativ zur angegebenen Richtung oder alternativ auch zu einer Eigenen Richtung, die als Vektor im Achsensystem des Objekts angegeben wird. Alternativ kann auch hier wieder durch Globale Koordinaten verwenden das Weltsystem als Bezugssystem herangezogen werden. Min aufweichen und Max aufweichen funktionieren nach dem gleichen Prinzip wie bei der Höhenmaskierung.

Für die Neigungsberechnung kann alternativ auch ein eventuell vorhandener Relief-Kanal ausgewertet werden. Selektieren Sie dazu Relief verwenden. Werden Höhenmaskierung und Neigungsmaskierung zusammen verwendet, multipliziert der Shader beide Resultate. Die Neigungsmaskierung ist dadurch nur dort zu sehen, wo auch die Höhenmaskierung eine Verlauf-Helligkeit über 0% berechnet. Mit Alternatives Mischen kann das Ergebnis an den Rändern zusätzlich geschärft werden (siehe Abbildung 6.13).

CINEMA-4D - Kombinationsmöglichkeiten von Höhen- und Neigungsmaskierung

Abbildung 6.13: Kombinationsmöglichkeiten von Höhen- und Neigungsmaskierung

Dabei entspricht Alternatives Mischen mit einer Härte von 0% dem Resultat ohne Alternatives Mischen. Höhere Härte-Werte lassen dagegen weiche Ränder an den Verläufen langsam verschwinden. Schließlich lassen sie die Berechnungen des Shaders auch noch Invertieren.

Der Lumas-Shader

Dieser Shader bietet fast alle Einstellungen eines eigenständigen Materials. Wenn Sie den Beschreibungen des Danel Shader-Materials aufmerksam gefolgt sind, werden Sie viele Parallelen feststellen. Auch der Lumas-Shader stellt Einstellungen für die Schattierung, bis zu drei separate Glanzlichter und anisotrope Effekte zur Verfügung. Dies erlaubt Ihnen auch in Standard-Materialien diese Funktionen zu nutzen.

CINEMA-4D Lumas

Da viele Eigenschaften dieses Shaders Beleuchtungseffekte simulieren, macht z. B. die Nutzung im Leuchten-Kanal Sinn. Auf den Farbe-Kanal kann dann ggf. ganz verzichtet werden. Aber auch die Nutzung in anderen Kanälen kann reizvolle Ergebnisse liefern, wenn Sie z. B. nur die Shader-Einstellungen des Lumas-Shaders nutzen und diese mit anderen Texturen multiplizieren. Dies lässt sich recht einfach über den Fusion- oder den Ebene-Shader erledigen. Auf diese Weise können dann Materialeffekte nur auf direkt beleuchtete Abschnitte einer Oberfläche beschränkt werden, so wie es die seitliche Abbildung zeigt.

Der Normalenrichtung-Shader

Wie Sie bereits wissen, hat jedes Polygon auch eine Normale, also einen Vektor, der senkrecht auf der Vorderseite dieser Fläche steht. Diese Normale wird z. B. für die Schattierungsberechnung der Oberfläche ausgelesen, um Polygonwerkzeugen als Verschieberichtung zu dienen oder schlicht um Vorder- und Rückseite eines Polygons unterscheiden zu können. Dank dieses Shaders können Sie jederzeit die Lage aller Normalen an dem mit diesem Material belegten Objekt auslesen. Flächen, deren Normalen in Richtung der Kamera zeigen, bekommen Farbe 1 zugewiesen. Weist die Oberflächennormale von der Kamera weg, wird Farbe 2 benutzt.

Dies macht viele interessante Effekte möglich. Denken Sie nur an eine Nutzung des Shaders im Transparenz- oder Alpha-Kanal. Flächen verändern dann ihre Sichtbarkeit automatisch, je nachdem aus welcher Richtung sie betrachtet werden.

Der Pixel-Shader

Dieser Shader benötigt wieder eine separate Textur um arbeiten zu können. Die geladene Textur wird in rechteckige Sektoren eingeteilt (siehe untere Abbildung). Die Farben und Helligkeiten jedes Sektors werden interpoliert und ergeben dann die Ergebnistextur des Pixel-Shaders. Die Anzahl der Sektoren legen Sie mit den Einstellungen Kacheln U für die X- und Kachel V für die Y-Richtung fest. Je mehr Kacheln Sie verwenden, desto mehr ähnelt das Shader-Ergebnis wieder der dort geladenen Textur. Kleine Werte hingegen führen zu stark verpixelten Resultaten. Dies kann natürlich auch während einer Animation reizvoll sein, wenn sich z. B. eine Textur zuerst hoch aufgelöst präsentiert und im Laufe der Zeit immer verpixelter angezeigt wird. In solchen Fällen sollte Glätten zusätzlich angeschaltet werden. Dadurch werden dann automatisch nur ganzzahlige Werte für die Kacheln-Parameter eingesetzt, auch wenn durch die Animation dieser Parameter Nachkommaanteile entstehen sollten.

CINEMA-4D Pixel

Der Projector-Shader

Wie Sie z. B. bereits bei den Fusion-Einstellungen des Nukei Shader-Materials gesehen haben, können Materialien auf verschiedene Weise auf eine Oberfläche projiziert werden. Was jedoch, wenn das Material z. B. kugelförmig, ein bestimmter Kanal dieses Materials jedoch mit Fläche-Projektion verwendet werden soll? Für diese Fälle wurde der Projector-Shader erfunden. Sie laden dort die gewünschte Textur hinein und können über separate Einstellungen z. B. deren Projektion, Offset, Längen und Kacheln einstellen. Wie beim bereits besprochenen Fusion-Kanal des Nukei-Materials können auch hier ggf. Einstellungen eines im Objekt-Manager selektierten Textur-Tags mit Tag kopieren übernommen werden.

Der Proximal-Shader

Dieser Shader hat gewisse Ähnlichkeit mit dem Ambient Occlusion-Shader, denn auch hier werden Entfernungen zwischen Flächen, Punkten und Kanten vermessen. Die gewünschten Polygon-Objekte müssen jedoch manuell aus dem Objekt-Manager in die Liste des Shaders gezogen werden. Dabei sind sogar Partikel erlaubt (siehe Abbildung 6.14). In diesem Fall ziehen Sie das Emitter-Objekt oder das Partikel-Geometrie-Objekt des Thinking Particles-Moduls in die Liste.

CINEMA-4D - Partikel werden auf einer Scheibe durch Proximal im Leuchten-Kanal sichtbar

Abbildung 6.14: Partikel werden auf einer Scheibe durch Proximal im Leuchten-Kanal sichtbar

Wie dann für die Abstandsmessung vorgegangen werden soll, können Sie mit den folgenden Optionen bestimmen. Punkte benutzen berechnet die Abstände zwischen den Punkten der aufgelisteten Objekte und dem Objekt, welches das Material trägt. Denken Sie daran, dass keine parametrischen Grundobjekte erlaubt sind. Es muss sich um Polygon-Objekte oder eben um Partikel handeln. Durch Polygon-Radius wird um die Mitte jedes Polygons ebenfalls ein Bereich entsprechend der Polygongröße nach Kollisionen abgefragt. Dies kann das Ergebnis verbessern helfen, wenn an den Objekten keine gleichmäßige Punktunterteilung vorhanden ist. Kanten benutzen führt zudem eine Abstandsmessung zwischen den Kanten der Objekte durch. Sind alle diese Optionen ausgeschaltet, werden die Entfernungen zwischen den Achsensystemen der Objekte ausgemessen.

Die ermittelten Entfernungen werden in Graustufen umgerechnet, dabei helfen die Einstellungen für Start-Distanz und End-Distanz. Start-Distanz legt die Entfernung zwischen Punkten, Kanten oder Polygonen fest, bei der eine maximale Helligkeit resultiert. Elemente, die weiter als bei End-Distanz voneinander entfernt liegen, haben keinen Einfluss mehr auf das Ergebnis. In diesem Fall bliebe der Shader schwarz. Sind Punkte benutzen oder Kanten benutzen aktiv, oder alle Optionen ausgeschaltet, entsprechen 100% End-Distanz einer Entfernung von 100 Metern. Ist Polygon-Radius aktiviert, orientiert sich die End-Distanz an der Größe der jeweiligen Polygone.

Die Funktion beschreibt die Verteilung der Graustufen bei Entfernungen, die zwischen Start- und End-Distanz liegen. Der Blend-Modus schließlich legt die Art der Vermischung zwischen den errechneten Graustufen und dem Materialkanal fest, in dem der Shader geladen wurde. Interessant kann die Verwendung dieses Shaders z. B. im Displacement-Kanal sein. Die Annäherung von Objekten führt dann gleichzeitig zu einer Verformung.

Der Spektral-Shader

Dieser Shader kann Glanzlichter in einem beliebigen Spektrum einfärben und auch strahlenförmig verzerren. Der Effekt ähnelt damit dem Farbspiel z. B. auf einer DVD. Intensität entspricht der Helligkeit des Effekts und Variation legt die Anzahl an Wiederholungen für die Anwendung des Spektrum-Farbenspiels fest. Das Typ außerhalb-Menü bestimmt dabei die Reihenfolge der Farben bei den Wiederholungen.

CINEMA-4D - Der Spektral-Shader kann z. B. die Lichtreflexe auf einer CD darstellen.

Abbildung 6.15: Der Spektral-Shader kann z. B. die Lichtreflexe auf einer CD darstellen.

Bei Stop wird nur der letzte Farbwert beibehalten und nicht der gesamte Gradient erneut benutzt. Spiegeln führt zu einer gespiegelten Wiederholung des Farbverlaufs und Kacheln zu einer exakten Wiederholung der Farben.

Um die typischen Farbstreifen einer CD oder DVD zu simulieren benutzen Sie CD-Effekt aktivieren. Das Vorderseite-Menü legt die Ebene im Objekt-System fest, in der die Vorderseite der CD liegt. Breite definiert die Breite der Streifen, W-Faktor bestimmt den Startpunkt für die spektralen Glanzlichter. Bei einem Wert von 1 starten die Streifen in der Mitte der CD. Größere Werte lassen die Mitte der CD frei und drücken die Strahlen vom Zentrum weg.

Spitze ist ein Maß für die Anwendung des Spektrum-Gradienten auf die Glanzlichter. Größere Werte bilden daher bereits bei schwachen Glanzlichtern ein größeres Farbspektrum ab. Diffuse Intensität verstärkt die Glanzlichter. Diffuse Variation begrenzt die Glanzlichter zusätzlich seitlich durch Aufhellungen. Das spektrale Farbenspiel wird dadurch auf das Zentrum der Glanzlichter reduziert.

Sie können diesen Shader entweder im Farbe- oder Leuchten-Kanal verwenden. Auch die Nutzung im Glanzfarbe-Kanal kann Sinn machen, falls das Glanzlicht groß und intensiv genug eingestellt wurde, damit der Effekt auch sichtbar werden kann.

Der Spline-Shader

Dieser Shader ermöglicht Ihnen mit Splinekurven z. B. Texte auf dem Material sichtbar zu machen. Möchten Sie Texte verwenden, so aktivieren Sie die Text-Spline-Option und tragen die gewünschten Texte oder Zahlen direkt in den Shader ein (siehe Abbildung 6.16).

CINEMA-4D - Hiermit können Splines und Texte in die Textur integriert werden.

Abbildung 6.16: Hiermit können Splines und Texte in die Textur integriert werden.

Dort können Sie dann auch die bereits vom Text-Spline bekannten Parameter u. a. für die Fontauswahl und Größe finden. Möchten Sie andere Kurven verwenden, deaktivieren Sie Text-Spline und ziehen Sie das gewünschte Spline-Objekt aus dem Objekt-Manager direkt in das Spline-Feld. Es können dafür sowohl Spline-Grundobjekte, als auch manuell erzeugte Splines verwendet werden.

Beachten Sie jedoch, dass die aktuelle Größe des Spline-Objekts nicht 1:1 auf die Oberfläche übertragen wird. Es handelt sich schließlich weiterhin um einen Shader, der über die Projektion des Materials zugewiesen wird und daher auch verzerrt auf der Oberfläche angezeigt werden kann.

CINEMA-4D Spline Shader

Die Standardgröße einer Materialkachel beträgt 100 Einheiten in X- und Y-Richtung. Wenn Ihr Spline-Objekt sich an dieser Maximalabmessung orientiert, können X Skalierung und Y Skalierung bei 100% belassen werden. Ansonsten müssen Sie diese Werte so anpassen, dass Ihr Spline wieder in der Materialvorschau sichtbar wird. Wichtig ist, dabei die Ebene im Shader richtig zu wählen. Dies ist die Ebene im Objektsystem des Splines in dem die Kurve liegt. Es sollte sich daher möglichst um flache 2D-Kurven handeln und nicht z. B. um einen Helix-Spline.

Mithilfe der X Offset- und Y Offset-Werte kann die Splinekurve innerhalb der Materialvorschau verschoben werden. Ein Rechteck-Spline mit der Kantenlänge 100 kann dann z. B. über Offset-Werte von jeweils 50% und Skalierung-Werte von je 100% einen Rahmen um die Materialvorschau bilden. Ist Einzel-Pixel ausgeschaltet, können Sie mit Linienbreite die Dicke der Splinekurve im Material definieren. Linienübergang führt zu einer Weichzeichnung der Linienseiten. Einzel-Pixel zeichnet nur eine dünne Linie die Splinekurve nach. Die Dicke der Splineform wird durch Aneinanderreihen kurzer Striche realisiert. Die Enden dieser Striche können mit Linienende abgerundet werden. Ansonsten enden die Linien hart abgeschnitten. Soll der Shader im Relief-Kanal eingesetzt werden vergrößert Reliefbreite den Übergang zwischen der Splineform und dem Hintergrund.

Handelt es sich bei dem Spline um eine geschlossene Form, können Sie mit Füllen auch den Innenbereich ausfüllen lassen. Über Füllfarbe benutzen kann dann eine eigene Textur für das Innere bestimmt werden. Ansonsten übernimmt die Füllung die Linien-Textur. Ist Linien-Textur nicht ausgefüllt, wird Weiß verwendet. Der Hintergrund ist automatisch schwarz, kann aber ebenfalls separat mit einer Hintergrund-Textur belegt werden (siehe Abbildung 6.16).

Der Vertex Map-Shader

Sie kennen die Vertex Map bereits von der Besprechung der Live-Selektion und des Pinsel-Werkzeugs. Deformationen konnten so zusammen mit einem Beschränkung-Tag z. B. weich auslaufend auf bestimmte Abschnitte der Oberfläche beschränkt werden. Dieser Shader vermag die Information eines zugewiesenen Vertex Map-Tags auszulesen und in Helligkeiten zu übertragen (siehe Abbildung 6.17).

CINEMA-4D - Hier wird der Vertex Map-Shader in einem Colorizer verwendet, um die Oberfläche individuell zu färben.

Abbildung 6.17: Hier wird der Vertex Map-Shader in einem Colorizer verwendet, um die Oberfläche individuell zu färben.

Ein Punkt mit einer 100%-Wichtung wird dann weiß, ein Punkt mit keiner Wichtung folglich schwarz dargestellt. Zwischen den Punkten entstehen automatisch weiche Übergänge. Auf diese Weise können Vertex Maps z. B. auch für Alpha-Maskierungen in Materialien benutzt werden, um weich von einem auf ein anderes Material zu überblenden.

Im Shader selbst ist dazu nur der Name des Vertex Map-Tags einzutragen. Dieses Tag muss dazu natürlich an dem gleichen Objekt vorhanden sein, an dem auch das Material benutzt wird. Durch Invertieren kann die Ausgabe des Shaders umgekehrt werden. In Verbindung mit dem Colorizer-Shader ist natürlich auch ein individuelles Umfärben des Shaders möglich. Dies macht dann auch die Nutzung z. B. im Farbe-Kanal möglich.

Der Wellen-Shader

Sollen Regentropfen in einer Pfütze automatisch ringförmige Wellen erzeugen, hilft dieser Shader weiter (siehe Abbildung 6.18).

CINEMA-4D - CINEMA-4D - Der Wellen-Shader erzeugt ringförmige Wellen beim finalen Rendering.

Abbildung 6.18: Der Wellen-Shader erzeugt ringförmige Wellen beim finalen Rendering.

Sie benötigen dazu einen Emitter, den Sie in das Partikel-Feld ziehen. Bei Benutzung von Thinking Particles gehört das Partikel-Geometrie-Objekt in dieses Feld. Im Objekt-Feld weisen Sie das Polygon-Objekt zu, auf dem die ringförmigen Wellen angezeigt werden sollen. Dies wird also in der Regel das gleiche Objekt sein, dem Sie auch das Material mit dem Wellen-Shader zuweisen. Beachten Sie, dass hier keine Grundobjekte erlaubt sind. Diese müssen zuvor also konvertiert werden (Mesh > Konvertieren > Grundobjekt konvertieren). Die Option Partikelabhängig ist nur relevant, wenn Sie Thinking Particles benutzen. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellenmuster ist dann von der individuellen Größe der Partikel abhängig.

Wellenlänge bestimmt den Abstand der Wellen voneinander, Geschwindigkeit deren Ausbreitungsgeschwindigkeit und Perioden die Anzahl der Wellen pro Partikel, der auf das Objekt trifft. Abnahme reduziert die Höhe der Wellen mit zunehmender Entfernung vom Partikeleinschlag. Amplitude ist dabei die Höhe der Wellen zum Zeitpunkt der Entstehung. Wellen, deren Höhe unterhalb Minimale Stärke liegt, werden automatisch gelöscht. Dies hilft Rechenzeit zu sparen.

Die berechneten Wellen werden als Graustufen ausgegeben. Eine Welle mit maximaler Höhe erscheint dabei weiß. Mit abnehmender Intensität reduzieren die Wellen ihre Helligkeit und verschmelzen dadurch langsam mit der 50%-Grundhelligkeit des Shaders.

Der Shader eignet sich damit für die Nutzung im Relief- oder sogar Displacement-Kanal. Letzteres ist jedoch nur für extreme Nahaufnahmen zu empfehlen, wenn Sie wirklich ein Auf und Ab der Oberfläche visualisieren müssen. Beachten Sie, dass der Shader nur während der finalen Bildausgabe berechnet wird. Sie können den Effekt daher nicht bei Renderings im Editor sehen!

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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