Shader und Texturen: Haare und Fell mit CINEMA 4D erstellen – Haare rendern

Tutorials 19. November 2014 – 0 Kommentare

Durch den Aufruf eines Feder-, Fell- oder Hair-Objekts wird automatisch das Rendering von Haaren in den bereits bekannten Rendervoreinstellungen aktiviert. Im Prinzip brauchen Sie dort diesbezüglich also gar nichts zu verändern, damit die neu erstellten Haare im Bild sichtbar werden. Ansonsten finden Sie die Aktivierung des Hair-Renderers aber auch unter der Effekte-Schaltfläche der Rendervoreinstellungen.

Ein Klick auf den Eintrag Hair-Renderer zeigt zusätzliche Optionen an, über die Sie die Art und Qualität der Haarberechnung steuern können. Hierzu schauen wir uns kurz die wichtigsten Kategorien und Einträge an (siehe Abbildung 6.85).

CINEMA-4D - Rendern-Einstellungen des Hair-Renderers in den Rendervoreinstellungen

Abbildung 6.85: Rendern-Einstellungen des Hair-Renderers in den Rendervoreinstellungen

Die Rendern-Einstellungen

Die Berechnung der Haare kennt verschiedene Rendern-Modi und Sampling-Einstellungen. Die Auswahl hier beeinflusst sowohl die Qualität, als auch die benötigte Berechnungszeit. Rendern Raster kennt vier Untereinstellungen für 8 Bit, 32 Bit, Raster (Post) und Raytracing. Die Bitwerte geben die Farbtiefe der Haare bei der Berechnung an. 32 Bit lohnen sich hier eigentlich nur, wenn auch das Bild später mit 32 Bit Farbtiefe gespeichert werden soll. Beim Post-Modus erfolgt die Berechnung der Haare und deren Eigenschaften auf separaten Bildebenen, die in einer sogenannten MultiPass-Datei gespeichert werden können.

Der Raytracing-Modus benutzt ein anderes Berechnungsverfahren, das bei großen Bildformaten speicherschonender ist. Der Speicherbedarf hängt hierbei nur noch von der Anzahl der Haare und nicht von der Bildgröße ab. Allerdings ergeben sich auch noch andere Veränderungen bei der Bildberechnung. So können in diesem Modus z. B. keine Füllhaare berechnet werden. Auf der positiven Seite sei jedoch auch vermerkt, dass die Berechnung von Spiegelungen und Brechungen in transparenten Materialien präziser abläuft. Auch globale Illumination kann hierbei von den Haaren aufgenommen werden. Die ansonsten aber langsamere Berechnung und Einschränkung bei den Füllhaaren empfehlen diesen Modus eigentlich nur bei ungewöhnlich großen Renderings.

Die Sampling-Einstellung greift zusätzlich in die Art der Oberflächenberechnung der Haare ein. In der Regel werden einzelne Proben der Haaroberfläche genommen und dann interpoliert. So werden in der Einstellung Vertex z. B. je eine Oberflächenprobe am Anfang und Ende eines Haarsegments genommen und dann über die Segmentlänge interpoliert. Mit Wurzel/Spitze werden sogar nur Proben an der Wurzel und der Spitze der Haare genommen. Dies eignet sich also nur bei kurzen Haaren bzw. nur, wenn einfache Farbverläufe auf den Haaren zu sehen sein sollen. Die Einstellung Pixel schließlich geht am genauesten vor und berechnet tatsächlich jeden Bildpixel der Haare durch separate Abtastung.

Dies bringt natürlich die beste Darstellungsqualität bei entsprechend ansteigender Berechnungsdauer. Versuchen Sie generell zuerst Ihr Glück mit der Einstellung Vertex, bzw. bei kürzeren Haaren oder Fell mit Wurzel/Spitze. Pixel kann dann eingesetzt werden, wenn die Berechnungsdauer z. B bei einem Standbild nicht ganz so ins Gewicht fällt.

Das Antialiasing

Das Kürzel AA steht für Antialiasing, also die optische Kantenglättung. Gerade bei den oft sehr feinen Haarstrukturen natürlich ein wichtiger Parameter, um die Darstellungsqualität zu kontrollieren. Sie haben dabei die Wahl zwischen verschiedenen Stufen zwischen Aus bzw. Niedrig und Beste. Da bleibt dann oft nur das Ausprobieren, z. B. durch Bereichsrendern, welche Einstellung noch aus-reichende Qualität bei möglichst kurzer Berechnungszeit liefert. In der Einstellung Manuell wird Ihnen zusätzlich ein Filter-Regler zur Verfügung gestellt, mit dem die Qualität prozentual eingestellt werden kann. Hier sind auch Werte über 100% möglich.

Was die Einstellung im Typ-Menü angeht, so liefert Glätten die niedrigste, Bereich eine durchschnittliche und Subpixel die höchste AA Qualität. Subpixel sollte nur in Extremfällen gewählt werden, da hier die Berechnungszeit deutlich ansteigt. Die Qualität erhöht sich jedoch im gleichen Maß.

Weitere Optionen

Die folgenden Optionen aktivieren die Berechnung von Schattenwürfen für die Haare, die Darstellung der Haare auch hinter transparenten Objekten und die Berechnung innerhalb von Spiegelungen, brechenden Transparenzen und harten Schattenwürfen. Je nach Auswahl des Rendern-Modus und der gerade aufgezählten Optionen, wird Raytracing für die Berechnung der Haare und deren Schatten verwendet. Über Tracing Speicher legen Sie die Größe des dafür reservierten Arbeitsspeichers fest. Ist dieser zu klein dimensioniert, müssen ggf. Daten auf die Festpatte ausgelagert werden, was natürlich die Berechnungszeit des Bilds verlängert.

Die Schatten-Einstellungen

Gerade längere Haare profitieren ungemein von einer präzisen Schattenberechnung. Dazu müssen Sie wissen, dass Haare in der Regel nur die so genannten weichen Schatten bzw. Shadow Maps erzeugen. Nur sehr dicke Haare können auch mit den Raytraced Schatten, also harten Schatten umgehen. Die Unterschiede zwischen diesen Schattenarten lernen Sie noch ausführlich bei der Besprechung der Lichtquellen im folgenden Kapitel kennen. Die sehr realistischen Fläche-Schatten werden gar nicht von Haaren unterstützt. Denken Sie daran, wenn Sie später Ihre Szenen ausleuchten und sich zwischen den verschiedenen Schattenarten entscheiden müssen.

Über das Schatten-Menü geben Sie vor, welche Art Schatten auf die Haare angewendet werden soll. Dies ist also eine global Einstellung, die unabhängig von der Schattenart ist, die mit den Lichtquellen Ihrer Szene verwendet wird. Selbst wenn die Lichtquellen harte Schatten werfen, können die Haare also mit weichen Schatten berechnet werden. Das Antialiasing der Schatten kann separat eingestellt werden. Die Einstellungen hier entsprechen ansonsten denen der Rendern-Rubrik (siehe Abbildung 6.86).

CINEMA-4D - Die Schatten-Parameter des Hair-Renderers

Abbildung 6.86: Die Schatten-Parameter des Hair-Renderers

Werden weiche Schatten verwendet, so liegt diesen eine Bitmap mit fester Auflösung zugrunde. Je größer diese Bitmap ist, desto schärfer wird der Schatten und desto mehr Details können darin enthalten sein. Das Shadow Map-Menü bietet Ihnen dazu verschiedene Auflösungen zur Wahl. Mit steigender Auflösung erhöht sich jedoch auch der Speicherbedarf der Szene während der Berechnung. Werden harte Schatten verwendet, so können diese über eine leichte Erhöhung des Tracebreite-Winkels weicher gestaltet werden, die Berechnungszeit steigt dabei jedoch stark an. Oft macht daher die Verwendung weicher Schatten mit größeren Shadow Map-Auflösungen Sinn. Ähnlich wirkt die Samplegröße, jedoch bezogen auf weiche Schatten. Je größer der Wert, desto mehr Pixel werden jeweils zu einem Schattenpixel zusammengerechnet. Der Schatten wird bei größeren Werten also weicher und verliert an Details.

Die beiden Einstellungen für Transparenz Schwellwert und Tiefe Schwellwert sind sehr speziell und haben mit der internen Optimierung der Schattenberechnung zu tun. Da die Schattenwürfe von den Lichtquellen ausgehen, wird eine zusätzliche Entfernungsmessung der Objekte relativ zur Lichtquelle durchgeführt. Die Genauigkeit dieser Berechnung wird über Tiefe Schwellwert definiert. Größere Werte verkürzen die Berechnung, führen aber auch zu ungenaueren Ergebnissen. Da auch die Transparenz der Objekte zwischen der Lichtquelle und den Haaren eine Rolle für die Schattenberechnung hat, steuert Trans. Schwellwert die minimale Intensität, die Objekte haben müssen, um noch eine Schattenberechnung der Haare dahinter zu ermöglichen. Größere Werte verkürzen auch hier die Berechnungszeit auf Kosten der Qualität. In der Regel brauchen Sie diese Parameter jedoch nicht anzufassen.

Die Lichter-Einstellungen

Dies ist wieder eine typische Ein-/Ausschließen-Liste, wie sie auch in anderen Objekten und Einstellungen von CINEMA 4D zum Einsatz kommt. Sollen nur bestimmte Lichtquellen auf die Haare der Szene wirken, können Sie hier den Modus auf Einschließen stellen und die entsprechenden Lichtquellen in die Liste ziehen. Im Modus Ausschließen werden nur Lichtquellen genutzt, die nicht in der Liste auftauchen. Sollen alle Lichter Einfluss auf die Haare haben, muss die Liste in diesem Modus also leer bleiben.
Die Objekte-Einstellungen

Hier finden Sie einige allgemeine Optionen, wie Haar-Objekte oder auch Splines berechnet werden sollen (siehe Abbildung 6.87).

CINEMA-4D - Die Lichter- und Objekte-Einstellungen des Hair-Renderers

Abbildung 6.87: Die Lichter- und Objekte-Einstellungen des Hair-Renderers

Nur wenn Haar aktiv ist, werden die Haare dargestellt. Ist Spline selektiert, werden auch normale Splines mit zugewiesenem Haar-Material als Haare dargestellt. Die Option Polygon sorgt dafür, dass polygonale Objekte durch ein zugewiesenes Hair Render-Tag automatisch mit Fell überzogen werden. In diesem Fall ist dann noch nicht einmal die Erzeugung eines Fell-Objekts nötig. Länge und Anzahl der gewünschten Fellhaare können hier direkt eingetragen werden.

Dieses Render-Tag finden Sie nach einem Rechtsklick auf das Objekt im Objekt-Manager unter den Hair Tags. Mit der Partikel-Option können schließlich selbst die Partikel z. B. des Emitter-Objekts mit einem Haar-Material dargestellt werden. Dazu weisen Sie das Haar-Material direkt dem Emitter-Objekt, oder dem Partikel Geometrie-Objekt des Thinking Particles-Moduls zu. Die Partikel selbst werden dann als kleine Haar-Punkte gerendert, ohne dass eine separate Geometrie an die Partikel geheftet werden muss.

Schließlich finden wir auch hier wieder eine Ein-/Ausschließen-Liste. Hier können die Objekte bestimmt werden, die bezüglich der Haarberechnung eingeschlossen oder ausgeschlossen werden sollen. Sie können dadurch sowohl Feder-, Fell- oder Hair-Objekte, sowie Splines, Emitter und Polygon-Objekte mit Haar-Materialien separat steuern.

Die Multi-Pass-Einstellungen

Diese Rubrik erscheint nur, wenn Sie Raster (Post) im Rendern-Menü der Rendern-Rubrik ausgewählt haben. Hierzu müssen Sie wissen, dass CINEMA 4D Bilder sowohl als einzelne Datei als auch als Multi Pass-Datei ausgeben kann. Dabei werden dann wählbare Eigenschaften auf eigene Bildebenen gelegt, was natürlich die Nachbearbeitung extrem vereinfachen kann. Damit dies funktioniert, muss Multi-Pass in den Rendervoreinstellungen aktiv sein. Zudem müssen Sie dort den Kanal für die so genannten Post-Effekte ausgewählt haben. Sie aktivieren diesen über die Multi-Pass-Schaltfläche in der linken Spalte der Rendervoreinstellungen.

Ist die Bild-Option angeschaltet, werden die Haare in jedem Fall auch in der einzeln gespeicherten Bild-Datei angezeigt, so wie sie über die Speichern-Einstellungen in den Rendervoreinstellungen definiert wurde (siehe Abbildung 6.88).

CINEMA-4D - Die Multi-Pass-Optionen des Hair-Renderers

Abbildung 6.88: Die Multi-Pass-Optionen des Hair-Renderers

Die Tiefeninformation und der Alpha-Anteil der Haare können mit Auswahl von Standard entweder in die entsprechenden Kanäle des Bilds integriert oder bei Separat als eigene Ebenen gespeichert werden. Bei Keiner entfällt die Berechnung dieser zusätzlichen Informationen. Achten Sie bei Nutzung von Standard darauf, dass die Option Alpha-Kanal in den Speichern-Einstellungen der Rendervoreinstellungen aktiv ist.

Die übrigen Optionen beziehen sich auf die Eigenschaften des noch zu besprechenden Haar-Materials und erlauben die Darstellung der entsprechenden Eigenschaften auf separaten Ebenen in der gespeicherten Multi-Pass-Datei. Diffus steht hierbei zusätzlich für die diffuse Schattierung der Haare ohne Glanzlicht-Anteil. Illumination hingegen stellt nur die durch die Lichtquellen erzeugte Helligkeit der Haare dar.

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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