Leitfaden zu 3D-Beleuchtungstechniken für digitale Animation

Beleuchtung a 3D Szene klingt ziemlich einfach, nicht wahr?

Meistens geschieht die Beleuchtung in der „realen Welt“ einfach. Die Sonne geht auf, wir legen einen Schalter um oder wir öffnen die Jalousien und voilà: hell. Wir denken vielleicht darüber nach, wo wir eine Lampe platzieren, wie wir die Jalousien anwinkeln oder wohin wir die Taschenlampe richten, aber in 90 Prozent der Fälle ist unsere Erfahrung mit Licht ziemlich passiv.

Anders sieht es in der Computergrafikbranche aus.

Beleuchtung ist alles

Wie jeder großartige Fotograf Ihnen sagen würde, ist Beleuchtung alles.

OK, alles mag ein bisschen hyperbolisch sein, aber eine gut implementierte Beleuchtungslösung kann ein Rendering sehr gut machen oder zerstören. Ohne tolle Beleuchtung sogar ein fantastisches 3D-Modell kann im endgültigen Bild flach und nicht überzeugend aussehen.

Wir werden nicht zu viel Zeit damit verbringen, Sie mit Gründen zu belästigen, warum die Beleuchtung ein so wesentlicher (und unterschätzter) Aspekt des CG-Pipeline.

Aber machen Sie den Seitensprung, und wir beginnen unsere Diskussion über 3D-Beleuchtungstechniken mit einem Überblick über die sechs Arten von Lichtern, die in gängigen 3D-Softwarepaketen zu finden sind.

Die richtige Beleuchtungslösung finden

Obwohl es ziemlich einfach ist, in Ihrem 3D-Softwarepaket auf die Schaltfläche „Licht erstellen“ zu klicken und eine Lichtquelle in Ihre Szene zu platzieren, ist die Realität des Handwerks weitaus komplexer.

Es gibt eine Reihe gut etablierter 3D-Beleuchtungsparadigmen, und die Art der Szene bestimmt normalerweise, welches am besten geeignet ist. Techniken, die für eine Innenumgebung gut funktionieren, machen beispielsweise für eine Außenaufnahme normalerweise sehr wenig Sinn. In ähnlicher Weise erfordert die "Studio"-Beleuchtung für das Rendern von Produkten oder Charakteren ein ganz anderes Verfahren als die Beleuchtung für Animationen und Filme.

Letztendlich ist jede Situation anders, aber bestimmte Lichtarten funktionieren für bestimmte Szenen gut.

Standardbeleuchtungsoptionen

• Punkt-/Omnilicht — Ein Punktlicht wirft die Beleuchtung von einem einzigen, unendlich kleinen Punkt im 3D-Raum in jede Richtung nach außen. Punktlichter sind nützlich, um jede omnidirektionale Lichtquelle zu simulieren: Glühbirnen, Kerzen, Weihnachtsbaumlichter usw.
• Richtungslicht — Im Gegensatz zu Punktlichtern, die einen bestimmten Ort in der 3D-Szene einnehmen, soll ein gerichtetes Licht eine extrem weit entfernte Lichtquelle (wie die Sonne oder den Mond) darstellen. Von gerichteten Lichtern geworfene Strahlen verlaufen von jedem Punkt am Himmel parallel in einer einzigen Richtung und werden normalerweise verwendet, um direktes Sonnenlicht zu simulieren. Da ein gerichtetes Licht eine entfernte Lichtquelle darstellt, bedeutet seine x-, y-, z-Koordinate nichts – nur sein Rotationsattribut hat einen Einfluss darauf, wie die Szene beleuchtet wird.
• Scheinwerfer — Spotlights in 3D-Anwendungen sind ziemlich selbsterklärend, da sie ihren realen Gegenstücken ziemlich ähnlich sind. Ein Strahler strahlt von einem einzigen Punkt im Raum ein kegelförmiges Lichtfeld ab. Strahler werden häufig für die Dreipunkt-Studiobeleuchtung und auch für die Simulation von Beleuchtungskörpern verwendet, bei denen es gibt einen deutlichen visuellen Abfall von hell zu dunkel – Straßenlaternen, Schreibtischlampen, Deckenkegelbeleuchtung, usw.
• Flächenlicht — Ein Flächenlicht ist ein physikalisch basiertes Licht, das gerichtete Strahlen innerhalb einer festgelegten Grenze wirft. Flächenleuchten haben eine bestimmte Form (entweder rechteckig oder kreisförmig) und Größe, was sie sehr nützlich für die Simulation von Leuchtstofflampen, hintergrundbeleuchteten Panels und anderen ähnlichen Beleuchtungsmerkmalen macht. Flächenlichter können als Photonenemitter verwendet werden, wenn Global Illumination in Mental Ray verwendet wird, was sie zu einer beliebten Wahl in der Produktbeleuchtung und Architekturvisualisierung macht. Flächenlichter haben zwar eine allgemeine Richtwirkung, emittieren jedoch keine parallelen Strahlen wie ein gerichtetes Licht.
• Lautstärke Licht — Das volumetrische Licht ist vielleicht am schwierigsten, um den Kopf herumzuwirbeln. Mit den Standardeinstellungen ist es fast identisch mit einem Punktlicht, das omnidirektionale Strahlen von einem zentralen Punkt aus emittiert. Im Gegensatz zu einem Punktlicht hat ein volumetrisches Licht jedoch eine bestimmte Form und Größe, die beide sein Abfallmuster beeinflussen. Ein volumetrisches Licht kann in Form eines beliebigen geometrischen Grundkörpers (Würfel, Kugel, Zylinder usw.) eingestellt werden, und sein Licht beleuchtet nur Oberflächen innerhalb dieses Volumens.
• Umgebungslicht - Ein Umgebungslicht wirft weiche Lichtstrahlen in alle Richtungen und kann verwendet werden, um das Gesamtniveau der diffusen Beleuchtung in einer Szene zu erhöhen. Es hat keine spezifische Direktionalität und wirft daher keinen Bodenschatten, ist jedoch nicht wirklich omnidirektional wie ein Punktlicht. Das Umgebungslicht ist dem Licht in der Abenddämmerung, kurz nachdem die Sonne untergegangen ist, relativ ähnlich.

Szenen enthalten oft mehrere Lichter

Die hier besprochenen Lichttypen können für alles verwendet werden, von einfacher Dreipunkt-Studiobeleuchtung bis hin zu komplexen animierten Szenen, die mehr als 40 Lichter erfordern. Sie werden fast immer in Verbindung miteinander verwendet – es ist sehr selten, dass eine Szene dies tut nur Punktlichter enthalten, oder nur umfassen Flächenlichter usw.

Dennoch haben wir gerade erst begonnen, an der Oberfläche eines tiefen und vielfältigen Themas der 3D-Beleuchtung zu kratzen.