Glanz und Schattenseiten

Für die 3D-Computergrafik ist die Lichtgestaltung von ganz besonderer Bedeutung. Erst durch die richtige Beleuchtung und die korrekte Wiedergabe von Lichteffekten bekommt das Bild Tiefe, Glaubwürdigkeit und Realismus.

Zum Beispiel sorgen durch das Licht erzeugte Glanzpunkte auf dem Objekt dafür, dass uns dieses plastisch erscheint. Glanzpunkte sind Spiegelungen von Lichtquellen auf dem Objekt. Sie geben dem Objekt eine Tiefenwirkung und dem Bild Räumlichkeit. Ohne diese Lichtpunkte wirkt ein Objekt flach. Ein Bild mit Glanzpunkten wird vom Betrachter in der Weise interpretiert, dass sich die hellen Bereiche näher, die dunklen Bereiche weiter weg befinden. Für den Betrachter entsteht so eine Tiefenwirkung und das Bild erscheint dreidimensional.

Verstärkt wird dieser Effekt durch das Hinzufügen von Schatten, was dazu führt, dass das Objekt vollständig plastisch erscheint.

Der Schattenwurf gibt dem Betrachter auch einen Eindruck über die räumliche Position der Objekte zueinander. Die Lage der Schatten lässt Rückschlüsse auf die Position und Art der Lichtquelle zu. Eine großflächige diffuse Lichtquelle, wie beispielsweise ein von Wolken verhangener Himmel, erzeugt schwache Schatten und keine scharfen Lichtpunkte wie beispielsweise eine kleine, starke Lichtquelle.

Die Lichtpunkte, also der Glanz, lassen natürlich auch Rückschlüsse auf die Art des Materials zu. Ein Schwamm wird keine Lichtpunkte zeigen, wie wir sie auf einer Glasschüssel unter gleichen Lichtbedingungen sehen würden.

Einem Material eine Textur zuweisen

Einsteiger begnügen sich jedoch oft damit, den Objekten Bilder als Texturen zuzuweisen. So lassen sich schnell, Holzgegenstände, Backsteinmauern usw. darstellen. In Computerspielen werden oft auch Bilder als einfache Texturen verwendet. Man modelliert keine Türen und Fenster, sondern baut einfache gerade Flächen (Abb.4A) und setzt das Bildtexturen darauf (Abb.4B).

Im Arbeitsblatt 16 (siehe unten) wird gezeigt, wie einem Material eine Textur zugewiesen wird. In dem beschriebenen Fall wurde ein Bild als Textur verwendet.

Text zu Arbeitsblatt 16: 

Sobald ein Material einem Objekt zugewiesen wurde, können dem Material Texturen zugefügt werden. Dabei können einem Material bis zu achtzehn Texturen zugeordnet werden. Um ein Material mit einer Textur zu versehen muss das entsprechende Material ausgewählt sein. Die Materialeinstellungen befinden sich im Properties-Fenster (A). Es ist erkennbar am seinem Fenstersymbol (B). Durch Anklicken des Materialsymbols (C) gelangt man in die Materialeinstellungen. Durch Klick auf das Materialsymbol (D) öffnet sich die Materialauswahl (E). Im Beispiel wurde das MaterialC ausgewählt (F). Durch Klick auf das Textursymbol (G) öffnet sich der Bereich für die Textureinstellungen (H). Im Texturenstapel (I) ist bereits eine Textur vorhanden (J). Dies ist eine Standardtextur, die dem Standardmaterial zugewiesen ist. Diese Textur wird zu diesem Zeitpunkt von allen drei Materialien benutzt, was an der Ziffer (K) zu erkennen ist. Durch Klick auf diese Ziffer wird die Verbindung mit den anderen Materialien gelöst und es ist eine eigenständige, aber noch identische Textur angelegt worden (L). Der ursprüngliche Name wurde automatisch mit einer Ziffernfolge ergänzt und wird so auch im Texturstapel angezeigt (M). Im Texteingabefeld (N) kann dieser Name nach Wunsch geändert werden. Durch klicken auf den Schalter für den Texturtyp (O) öffnet sich eine Auswahl (P). In diesem Beispiel wird der Typ „Image or Movie“ gewählt (Q). Im Bereich „Image“ (R) wird der Schalter „Open“ (S) betätigt. Es öffnet sich das FileBrowser-Fenster und die gewünschte Bilddatei kann ausgewählt werden. Abbildung T zeigt drei Objekte, die drei unterscheidlichen Materialen sind zu erkenn. Abbildung U zeigt, das nun einem Würfel eine Textur zugewiesen wurde. Diese Textur liegt aber noch nicht optimal auf dem Würfel. Um dies zu korrigieren wird in unserem Beispiel im Bereich „Mapping“ (V) die Projektion (W) auf „Cube“ (X) umgestellt. In der Berechnung wird nun die Textur optimal auf das Objekt gelegt (Y).

Texturen können kombiniert werden

Um realistisch wirkenden Objekte zu erstellen, ist es oft sogar notwendig, einem Material eine Kombination von mehrere Texturen zuzuweisen. In der Fähigkeit den Umgang mit Texturen zu beherrschen und sie richtig zu kombinieren liegt eines der Geheimnisse zur Erschaffung eines verblüffend fotorealistischen Bildes.

Texturen sind wie zusätzliche Schichten auf dem Grundmaterial des Objektes. Die Texturen beeinflussen die Wirkung des Materials. Das was wir am Ende sehen ist eine Art Schichtung von Effekten.

Wir können uns beispielsweise einen folgenden Aufbau vorstellen. Das Objekt wird beleuchtet, so wie wir es in den Welteinstellungen und Beleuchtungseinstellungen vorgesehen haben. Dem Grundmaterial haben wir Farbigkeit zugeordnet, diese reagiert mit dem Licht, so das verschiedene Schattierungen sichtbar werden, diffuse Lichtstreuung, Glanzpunkte oder Spiegelung, die in ihrer Wirkung wiederum abhängig von der Lichtfarbe sind.

Wir könnten nun eine erste Textur dem Grundmaterial zuweisen und sie über die Farbe legen, z.B. das Bild einer Mamor- oder Holzfläche. Darüber könnten wir nun ein Bild mit Transparenz legen um nun noch ein Logo auf dem Objekt erscheinen zu lassen usw.

Bei genauerer Betrachtung eines realen Objektes ist festzustellen, dass das endgültige Aussehen des Objekts durch eine Kombination unterschiedlichster optischer Eigenschaften und deren Wirkung zustande kommt. Diese Eigenschaften können sich je nach Blickwinkel, unter verschiedenen Lichtverhältnissen, und so weiter mehr oder weniger stark bemerkbar machen. Dadurch, das es möglich ist in Blender Texturen übereinander zu legen und zu kombinieren, also sozusagen mit „Stapeln“ von Texturen gearbeitet werden kann, können solch beschrieben komplexen Oberflächenwirkungen dargestellt werden. Auch hier gilt wieder, Übung macht den Meister.

Was ist eine Textur ?

Wenn wir im Bereich der Computergrafik von Texturen sprechen, so können wir uns das in etwas so vorstellen, dass wir unser Objekt mit eine Art Bild überziehen. Dieses Bild gibt der Oberfläche des Objektes ein realistischeres Aussehen.

Farbe, Reflexion, Transparenz usw. werden in den allgemeinen Materialeinstellungen von Blender festgelegt.

Diese Einstellungen allein reichen nicht immer aus, um die Oberflächen im gewünschten Maß realistisch wirken zu lassen.

In Blender ist eine Textur im engeren Sinne ein Bild oder eine mathematische Funktion, mit deren Hilfe die Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst wird.

Erst durch den geschickten Einsatz von Texturen wird es möglich, glaubwürdige Oberflächen bis hin zum „Fotorealismus“ zu erzeugen. Darum ist es sehr lohnenswert, sich intensiv mit dem Thema Texturen zu beschäftigen.

Wir unterscheiden Image-Texturen, Prozedurale Texturen und UV-Texturen.

Image-Texturen sind Fotos, die auf die Flächen des Objektes gelegt werden.

Bei Prozeduralen Texturen handelt es sich um Bilder, die durch mathematische Funktionen berechnete werden. Sie sind echt dreidimensional, denn Prozedurale Texturen definieren für jeden Punkt im Raum einen Wert. Da sie in beliebig hoher Auflösung berechnet werden können, passen sie sich jedem Objekt perfekt an. Besonders geeignet sind die Prozeduralen Texturen um ungleichmäßige und raue Oberflächen zu erzeugen.

Mit dem Begriff UV-Texturen wird eine Technik bezeichnet, mit der man sehr genau festlegen kann, welche Flächen des Objektes von welchem Bildausschnitt bedeckt wird. Dies ist besonders wichtig, wenn sich das Objekt in einer Animation verformen soll. Die Textur „klebt“ dann sozusagen an der sich verformenden Oberfläche.

Ein Objekt mit unterschiedlichen Materialien versehen

 

Gegenstände werden in Blender oft als ein komplexes Objekt erstellt. Erst später werden dann die Materialien hinzugefügt. Wir haben in diesem Fall also ein zusammenhängendes Mesh, also die Struktur aus Punkten, Kanten und Flächen, die die Form des Objektes bildet. Dieses Arbeitsblatt zeigt, wie man bestimmten Teilen einer Objektstruktur jeweils ein eigenes Material zuweist. Im Beispiel gehen wir von einen Würfel aus. Eine Seite des Würfels soll nun ein eigenes Material bekommen. Wir befinden uns bereits im Editier-Modus. Die entsprechende Seite des Würfels ist bereits ausgewählt (A) (Hinweis: Wie einzelne Flächen ausgewählt werden, wird im Arbeitsblatt 14 beschrieben).
Im Properties-Fenster (B), erkennbar an dem Fenstersymbol (C), wird der Bereich für die Materialeinstellungen (D)  gewählt. Dieser wird nun im Properties-Fenster angezeigt (E). Wir finden hier einen Bereich, in dem Meshbereiche festgelegt werden können (F) um ihnen ihr eigenes Material zuzuweisen. Ein Bereich wird schon aufgelistet und zwar das gesamte Mesh, in diesem Beispiel heißt der Bereich „Material“ (G) und dieser trägt das graue Blender Standardmaterial. Um nun einen weiteren Meshbereich festzulegen um ihm ein anderes Materail zuzuweisen, klicken wir auf das „Plus“-Symbol (H). Es enststeht ein zweiter Bereich mit gleichem Namen. Dieser trägt ebenfalls das Standardmaterial. Dies ist in der Materialliste (J) zu erkennen. Hinter dem Namen für das Standardmaterial wird eine zwei angezeigt (K). Dies bedeutet das zwei Bereiche dieses Material tragen. Wird nun auf diese Ziffer geklickt, wird die urspüngliche Bindung zu diesem Material gelöst und dafür ein weiters aber immer noch identisches Material angelegt. Es trägt den ursprüglichen Namen, an dem eine Ziffernfolge angehängt wurde (L). Der Name des Bereichs hat sich ebenfalls geändert (M). Im Namensfeld können wir nun dem Material einen eindeutigeren Namen geben.Im Beispiel wurde die Bezeichnung „Blau“ gewählt (N). Der Bereich übernimmt diesen Namen (O). Dem Bereich ist aber noch leer, ihm wurd kein Mesh zugordnet. Um ihm nun den ausgewählten Meshbereich, in diesem Fall ist es nur die ausgewählte Fläche, zuzuordnen wir der Knopf „Assign“ (P) gedrückt. Das Material für diesen Bereich kann nun nach belieben geändert werden (Q).

Einzelne Flächen eines Objektes auswählen

 

 

 

 

Gegenstände die in Blender  werden meist als Mesh-Objekte erstellt. Dies bedeutet, sie bestehen aus einem Netzwerk von Punkten, Kanten auf denen Flächen aufgezogen sind. Um das Netzwerk (Mesh) zu verändern, können wir mit den Punkten, den Kanten oder den Flächen arbeiten. Blender gibt uns die Möglichkeit zwischen einer Punktauswahl, einer Kantenauswahl und einer Flächenauswahl umzuschalten. Dieses Arbeitsblatt zeigt wie man eine einzelne Fläche eines Objektes auswählt. Das Verfahren gilt dann ebenso für Punkte und Kanten. Es muss nur die Auswahl entsprechend umgeschaltet werden.
Das Objekt welches bearbeite werden soll wird mit der rechten Maustaste ausgewählt (A). Mit der Tabulatortaste wird in den Editiermodus (B) umgeschaltet. Im Header des 3D-View-Fensters (C), erkennbar an dem Fenstersymbol (D), wird dieser Modus auch angezeigt (F). Beim Wechsel in den Editier-Modus sind alle bearbeitbaren Punkte, Kanten, bzw. Flächen ausgewählt. Durch drücken der Taste A wird alles abgewählt (G). Im Header des 3D-View-Fensters befinden sich Schalter für den Auswahlmodus (H). Um wie in diesem Beispiel mit der Flächenauswahl zu arbeiten, wird der Modus für die Flächenauswahl aktiviert (I). Bei der Flächenauswahl zeigen die Seiten des Objektes in der Mitte einen Punkt (J). Mit der rechten Maustaste wird die gewünschte Fläche ausgewählt (K).

 

Mehrere Mesh-Objekte zu einem Objekt verbinden

Es wurde in der letzten Ausgabe eine Spielzeuglokomotive aus Grundformen, die Blender zur Verfügung stellt, gebaut (A). Das Problem ist nun, alle diese „Bausteine“, die verbaut wurden, sind eigenständige Objekte, mit eigener Form gebender Struktur von Punkten, Kanten und Flächen, dem Mesh. Dies kann Schwierigkeiten bereiten, wenn die Lokomotive insgesamt anders in der Szene positioniert werden soll, sie als Ganzes verkleinert oder vergrößert wird oder wenn sie animiert werden soll. Es kann passieren, dass sie dabei in ihre Einzelteile auseinander fällt. Es ist ja so, als wären nur Bauklötze zusammen gestapelt worden, sie sind aber nicht verbunden. Mit der Tastenkombination CTRL und J werden ausgewählte Objekte zu einem einzigen Objekt verbunden. Ihr Mesh wird nun behandelt, wie ein einziges zusammenhängendes Mesh. Dazu müssen nicht alle Punkte des neuen Objektes selbst miteinander verbunden sein.

Im Beispiel wird nun der Kamin der Lokomotive mit dem Kessel verbunden. Das Objekt, was seine Eigenständigkeit aufgeben soll, wird als erstes mit der rechten Maustaste (RM) ausgewählt (B). Mit gleichzeitig gedrückter Shift-Taste und rechter Maustaste (RM) wird nun das Objekt gewählt, dem das erste hinzugefügt werden soll (C).

Im Outliner-Fenster (D), erkennbar an dem entsprechenden Fenstersymbol (E), ist gut zu sehen, was nun geschieht. Es ist zu erkennen, welche Objekt markiert sind (F). Wird nun durch die Tastenkombination CTRL und J der Befehl „Join“ (verbinden) ausgeführt, verschwindet der Name des zuerst markierten Objektes (G). Wird das kleine Kreuzchen neben dem verbliebenen Eintrag (H) angeklickt, wird angezeigt, was dieses Objekt alles umfasst (I). Im Beispiel sind dies das Mesh „Kessel“ (J) und zwei Materialien (K), da ja beide zusammengefügten Objekte unterschiedliche Materialien hatten.

Beide zusammengefügten Objekte sind nun eine Einheit, ein neues Objekt mit dem Namen „Kessel“ mit dem Mesh „Kessel“ welches zwei Materialien trägt.

Es ist möglich mehrere Objekte gleichzeitig miteinander zu verbinden. Hierzu müssen nur alle Objekte nacheinander mit Shift und rechter Maustaste ausgewählt werden. Nach dem Ausführen des Befehls „Join“ werden alle Objekt Teil des zuletzt gewählten Objektes.