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3D-VISUALISIERUNG UND -ANIMATION
UWE MUTZ!Univ.-Lektor Ing. MSc MAS
ZUR PERSON UWE MUTZ
HTL für Nachrichtentechnik und Elektronik Studium Technische Physik in Linz und Edinburgh/Schottland Postgraduales Studium New Media Management an der Universität Krems Dzt. Doktoratsstudium im Bereich HCI an der Universität Linz Geschäftsführender Gesellschafter der SYNE Marketing & Consulting GmbH (vormals creativa,
Gründung 1996)
Buchautor im Multimedia- und Usability-Bereich (Verlage SmartBooks, Galileo und Addison Wesley)
Lektor an der Universität Krems, Fachhochschule Hagenberg und WIFI Österreich (seit 1996) Lehrauftrag an der Pädagogischen Hochschule Linz „Trainer des Jahres 2004“ in der Erwachsenenbildung Initiator des ersten österreichischen Web-Entwickler Forums Mitglied der österreichischen Computergesellschaft und Mitarbeit im Arbeitskreis „HCI & Usability
Engineering“
Uwe Mutz
Univ.-Lektor Ing. MSc MAS
Am Graben 29 A-4020 Linz fon +43 (0)732 78.12.95-0 fax +43 (0)732 78.12.95-90
MOTIVATION
Warum 3D? Unterschied zwischen „3D-Visualisierung“ und „3D-
Animation“ 3D-Visualisierung:
Printwerbung Logo-Entwicklung Nachbilden der „realen Welt“ (statisch) Etc.
Uwe Mutz
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MOTIVATION
3D-Animation: Film Fernsehen Web Spiele Etc.
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3D-GRUNDLAGEN
Unterscheidung „3D-Visualisierung“, „3D-Animation“ Arbeitsschritte 3D-Visualisierung:
Modellierung Texturierung Beleuchtung
Zusätzliche Arbeitsschritte 3D-Animation: Sound Animation
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3D-GRUNDLAGEN
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3D-GRUNDLAGEN
Berechnen (Rendering) ist ein eigener Teil der 3D-Arbeit: Erfordert meist leistungsstarke Rechner (Prozessor, RAM) Unabhängig von der Grafikkarte (diese ist bei der Modellierung
gefragt) Passiert oft in einem externen Programm Passiert oft in einem Netzwerk (Rechnerverbund) Oft Rendering-Engine eines Programmes besser als die eines
anderen Programmes
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3D-GRUNDLAGEN
Uwe Mutz
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3D-GRUNDLAGEN
Gängige Programme: Maya: State-of-the-Art:
Hoher Einarbeitungsaufwand (zumeist) beste Resultate (beste Rendering-Engine)
3D-Studio Max: War lange „Consumer Program“
Stark objektorientiert Mittlere Erlernzeit Gute Rendering-Engine
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3D-GRUNDLAGEN
Cinema 4D: Einfach zu erlernen Gute Rendering-Engine Mittlerweile gute Referenzen (Gladiator-Tiger, King Arthur, …)
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3D-GRUNDLAGEN
Wichtige Facts im Vorhinein: Rendering an sich zeitintensivster Teil der Arbeit Animation: Abfolge von Einzelbildern Sound: wird zumeist in externe Dateien gerendert
Realistisch wirkende Visualisierungen: Nicht-perfekte Objekte (Gesicht, etc.) Einarbeiten von Staub, Kratzer,.. „Umwelteinflüssen“
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3D-GRUNDLAGEN DER FAHRPLAN
Erst planen, dann handeln Planen mit Hilfe von:
Skizzen, Scribbles Modellierungstabellen
Gefahren bei Nicht-Einhalten: „Verschwimmen“ der Grundidee Vergessen von Facts Kein Gefühl für Proportionen
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3D-GRUNDLAGEN DER FAHRPLAN
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3D-GRUNDLAGEN DER FAHRPLAN
Modellierungstabelle sollte beinhalten (Beispiel siehe Script): Objektname Grundobjekt / Spline & NURBS Anmerkung zum Grundobjekt Größe, Position Material Beleuchtung
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3D-GRUNDLAGEN DIE KOORDINATENSYSTEME
Zwei Koordinatensysteme: Weltkoordinaten: nicht dreh- oder kippbar Objektkoordinaten: je nach Lage des Objektes
Koordinaten: X: typ. Breitenachse Y: typ. Höhenachse Z: typ. Tiefenachse
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME
Bewegung durch Kippbarkeit des Objektkoordinatensystems (OK) unterschiedlich
Keine Drehungen größer 360° im Weltkoordinatensystem (WK)
Mehrfachdrehungen nur im OK
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME
Bewegung im WK / OK bei nicht-gekipptem Objekt
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME
Bewegung eines gekippten Objektes im WK
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME
Bewegung eines gekippten Objektes im OK
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME > DREHWINKEL
Heading „H“: Drehwinkel in XZ-Ebene, also um y-Achse Pitch „P“: .. In YZ-Ebene, also um x-Achse Bank „B“: .. In XY-Ebene, also um z-Achse
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3D-GRUNDLAGEN KOORDINATENSYSTEME > DREHWINKEL
Uwe Mutz
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MODELLIERUNG
Erster Schritt in der Visualisierung Skizze, Modellierungsplan hilfreich für effizientes Arbeiten Zwei Arten der Modellierung:
Auf Basis von Grundobjekten „Organisch“
Warum „zwei Arten der Modellierung“? > muss geklärt werden.
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MODELLIERUNG
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MODELLIERUNG OBJEKTE DER 3D-WELT
Objekte bestehen aus: Knoten (Punkte, Eckpunkte) Kanten Segmenten / Polygonen
Fläche: minimal drei Knoten, die mit Kanten verbunden werden. Knoten können ohne Verbindung (Kanten) existieren Kanten benötigen Knoten Segmente benötigen Kanten
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MODELLIERUNG OBJEKTE DER 3D-WELT
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MODELLIERUNG OBJEKTE DER 3D-WELT > ENTFERNEN VON KNOTEN & KANTEN
Wird aus einem Objekt ein Knoten entfernt, kann bei bis zu 3 Knoten noch eine Fläche existieren.
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MODELLIERUNG OBJEKTE DER 3D-WELT
2D-Denkweise erweiterbar auf 3D: 3D-Objekt benötigt mind. 4
Punkte, die nicht in einer Ebene liegen
Einfachstes Objekt: Pyramide mit dreieckiger Grundfläche (etwa ein Tetraeder)
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG
Drei Wege der Modellierung: Eigenhändiges Setzen von Knoten & Kanten:
Sehr aufwändig Bietet die meisten Möglichkeiten
Arbeiten mit Grundobjekten: Basierend auf dreidimensionalen Grundkörpern (Quader, Kugel, etc.)
Ähnlich dem Konstruieren bzw. der Architektur
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG
Arbeiten mit Splines & NURBS: 2D wird auf 3D erweitert Geeignet für auf Grafiken / Schnitten basierende Objekte Schnell
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > GRUNDOBJEKTE
Bestehen ebenfalls aus Knoten & Kanten, sind jedoch „parametrisierbar“ – durch eine mathematische Funktion beschreibbar.
Grundobjekte: Quader (Würfel) Ellipsoid (Kugel) Pyramide Zylinder Kegel Tetraeder, Hexaeder, Oktaeder, Ikosaeder Ring, Kapsel, Röhre, Öltank, etc. (je nach verwendetem 3D-Programm)
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > GRUNDOBJEKTE
Anzahl der Knoten von vorneherein irrelevant Erst bei Veränderung des Objektes tritt die Anzahl der
Knoten ins Spiel
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > GRUNDOBJEKTE
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > GRUNDOBJEKTE
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > GRUNDOBJEKTE
Folgerung: Sofern ein Objekt parametrisiert ist, ist die Form exakt und
unabhängig von der Anzahl der Segmente Sobald ein Objekt verändert wird (zB. Durchbohrt, etc.), ist die
Anzahl der Segmente ausschlaggebend.
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > SPLINES & NURBS
Splines: 2D-Objekte Grundobjekte wie Rechteck, Kreis, Linie, etc. Müssen zu 3D-Objekten gemacht werden
NURBS: „Non-uniform rational B-Splines“ „Generatoren“ für 2D > 3D
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > SPLINES & NURBS
Vorgehensweise: Zeichnen von einem oder mehreren Splines Anwenden von NURBS, die eine 3D-Hülle aus den 2D-Splines
erstellen
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > SPLINES & NURBS
Beispiele möglicher NURBS (Namen abhängig vom verwendeten 3D-Programm): Extrude: Verschieben eines Splines entlang einer oder mehrerer
Koordinatenachsen. Lathe: Rotieren eines Splines um eine der drei Koordinatenachsen (kann
auch gekippt sein) > es entsteht ein Drehkörper Loft: Mehrere Splines geben die Form der äußeren Hülle eines 3D-
Objektes vor > Hülle wird um die Objekte gelegt Sweep: ein Spline gibt den Pfad vor, an dem ein zweiter Spline geführt
wird
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > SPLINES & NURBS
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
Händisches Setzen von Knoten Verbinden von Knoten durch Kanten > Segment entsteht Jeder beliebige Körper kann (mehr oder weniger aufwändig) modelliert
werden Sehr zeitaufwändig Unübersichtlich Objekt muss meist geglättet werden (typ. mit Hyper-NURBS)
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN
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MODELLIERUNG 3 WEGE DER MODELLIERUNG > KNOTEN & KANTEN > GLÄTTEN
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE
Verändern und Vervielfältigen von Objekten Vereinfachen dem Modellierer das Leben
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > BOOLE
Boolsche Objekte: 2 Objekte verbinden 2 Objekte voneinander abziehen (2 Varianten) Die Schnittmenge zweier Objekte bilden
Beispiele: Löcher in Objekte bohren Kanten abschrägen (regelmäßige) Dellen erzeugen Etc.
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > BOOLE
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > BOOLE > VERBINDEN
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > BOOLE > ENTFERNEN (2
VARIANTEN)
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > BOOLE > SCHNITTMENGE
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > INSTANZ
Instanz: aus einem Original wird eine oder mehrere Instanz(en) erzeugt Wird beim Original eine Veränderung vorgenommen, ändern sich
auch die Instanzen Speziell bei vielen identen Objekten von Vorteil
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > INSTANZ
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > ARRAY
Array: In einer regelemäßigen Anordnung wird aus einem Originalobjekt
eine Menge an Instanzen generiert. Kreisförmige, quadratische Anordnung leicht erstellbar
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > ARRAY
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > SYMMETRIE /
SPIEGELUNG
Spiegelung: Ein Objekt wird an einer Ebene (kann auch gekippt sein) gespiegelt Vorteilhaft bei symmetrischen Objekten
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > SYMMETRIE /
SPIEGELUNG
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > NULL-OBJEKT
Null-Objekt: Objekt ohne Inhalt Eigenes Koordinatensystem Wird zum „Sammeln“ mehrerer zusammengehöriger Objekte
verwendet oder um ein Objekt in ein neues Koordinatensystem zu bringen
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > METABALL
Metaball: Erzeugt „organisch“ wirkende Verbindungen zweier oder mehrerer
Objekte Schwer kontrollierbar > ausprobieren
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MODELLIERUNG MODELLIERUNGSOBJEKTE > WEITERE > METABALL
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN
„Deformieren“ bestehender Objekte Deformationen sind (je nach 3D-Programm):
Biegen Scheren Stauchen Explosion, Schmelzen, …
Wirken auf die Segmente eines Objektes > Anzahl der Segmente entscheidend
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN
Erhöhen der Segmentanzahl: Global für das gesamte Objekt (bei parametrisierten Objekten) Lokal für einen gewissen Bereich (bei nicht-parametrisierten
Objekten)
Lokal: Nachteil, dass das Objekt „ent-parametrisiert“ werden muss.
Global: Nachteil, dass auch an den Stellen, wo man die große Anzahl an Segmenten nicht braucht, dann welche vorhanden sind.
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN
Typische Deformatoren: Biegen Bulge: das Objekt wird „aufgeblasen“ bzw. „zusammengezogen“ Scheren Stauchen Explosion, Schmelzen, Splittern Wickeln Polygonreduktion: überflüssige bzw. nicht sichtbare Polygone
werden aus dem Objekt entfernt > Renderingzeit wird verringert.
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > BULGE
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > SCHEREN
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > STAUCHEN
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > VERDREHEN
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > WIND
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > FORMEL (HIER: SINUS)
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MODELLIERUNG DEFORMATOREN > FFD
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MODELLING DEFORMATOREN > WEITERE
Bone-Deformator: zum Erstellen von Skeletten Spline- und Spline-Rail Deformator: Objekte werden
zwischen begrenzende Splines eingepasst
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TEXTURIERUNG
Schritt 2 der 3D-Visualisierung Materialien besitzen nicht nur Farbe, sondern viele
physikalische Eigenschaften Das Auftragen des Materials auf das Objekt ist ebenfalls
entscheidend
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN
Farbe: neben der Farbe klarerweise auch die Helligkeit bestimmbar
Textur: Grafiken (meist kachelbar), die auf ein Objekt aufgebracht werden.
Beispiel: Ziegelstruktur für eine Wand Shader:
mathematisch berechenbare Muster beliebig skalierbar, aber nur bedingt realistisch (gut: Wolken, Feuer, etc.) Oft animierbar
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > DIFFUSION
Erzeugen von: Staub Kratzer Generell Unregelmäßigkeiten auf der Oberfläche Shader sind gut geeignet für das Erzeugen von
Unregelmäßigkeiten
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > LEUCHTEN
Simuliert selbstleuchtende Materialien (Displays, etc.) Simulieren zumeist nur Licht > Umgebung wird dadurch
nicht beleuchtet Anwendung Fernseher / Bildschirm:
Selbstleuchtend Animierte Textur
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > TRANSPARENZ
Eine der wichtigsten Eigenschaften von Materialien Grad der Transparenz bestimmbar Streueffekte bestimmbar („Milchglas“) > hoher Rechenaufwand Entscheidend: Brechungsindex „n“
Vakuum / Luft: n=1 Wasser: n=1.333 Glas: n=1.4-1.9 Etc. (siehe Skript)
Fresnel: berücksichtigt Sichtwinkel auf das Material (Glas: von vorne durchsichtig, von der Seite nicht)
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > SPIEGELUNG
Umgebung wird im Objekt gespiegelt. Achtung: ist das Objekt von keinen anderen Objekten
umgeben, so kann es nichts spiegeln! > Oft wird Umgebung „simuliert“
Arbeiten mit „Bumps“ zum Einstellen des Spiegelungsgrades
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > UMGEBUNG
Nicht vorhandene Umgebung wird simuliert: Zumeist mit Grafiken Modellierung der Umgebung wäre zu
aufwändig Ideal im Zusammenhang mit
Spiegelungseffekten
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > NEBEL
Ebenfalls eine Materialeigenschaft Achtung: muss auf ein Objekt aufgetragen
werden > „Nebel-Objekt“ muss erstellt werden (beispielsweise ein Quader)
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > RELIEF
Simulieren einer unebenen Oberfläche
Einsatz von Bumps (siehe Kachelgrafik)
Beispiele: Golfball Strukturiertes Glas
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > GLANZLICHT & GLANZFARBE
Zum Simulieren einer sich spiegelnden Lichtquelle in einem Objekt
Glanzfarbe bestimmt die Farbe der „Lichtquelle“ Wird sehr oft verwendet
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TEXTURIERUNG MATERIALEIGENSCHAFTEN > GLÜHEN
Glühen rund um ein Objekt, zB. Wärmestrahlung Dient (wie Selbstleuchten) nicht als Lichtquelle Glühen spiegelt sich nicht in spiegelnden Materialien
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TEXTURIERUNG AUFTRAGEN VON MATERIALIEN
„Projektion“ („Mapping“) des Materials auf das Objekt Abhängig vom Objekt und der erwarteten Wirkung Typ. Mapping-Arten:
Kugel-Mapping: Material kugelförmig auftragen (ideal für kugelförmige Objekte)
Zylinder-Mapping, Quader-Mapping, Fläche-Mapping UVW-Mapping: Es wird versucht, das Material als Ganzes auf das
Objekt aufzubringen (U, V, W stehen für Objektkoordinaten) Decal-Mapping: ideal zum einseitigen Aufbringen des Materials
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TEXTURIERUNG AUFTRAGEN VON MATERIALIEN
Von links nach rechts: • Kugelmapping
• Zylindermapping
• Flächenmapping
• Quadermapping
• UVW-Mapping
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TEXTURIERUNG AUFTRAGEN VON MATERIALIEN > ZU BEACHTEN
Beachte: Kugel- und Zylindermapping eignen sich nur bedingt für Flächen Flächen-Mapping ist für runde Objekte nur bedingt geeignet
Texturen können (meist additiv) überlagert werden Texturen können gekachelt und positioniert werden Bei nicht kachelbaren Texturen besteht in vielen
Programmen die Möglichkeit, „nahtlos“ aneinanderzusetzen (> gespiegelte Texturanordnung)
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG
Bisher: Modellierung Texturierung
Es fehlt: Beleuchtung In vielen 3D-Programmen:
Standardbeleuchtung eingeschaltet, um eine schnelle Vorschau zu erhalten
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG VOR DEM START
Man unterscheidet drei Arten von Licht – „3-Punkt Beleuchtung“: Hauptlicht (Key-Light): Dient zur Bestimmung des
Interessenszentrums. Platzierung meist in einem Winkel von 60° rechts oder links vor dem Objekt
Aufhelllicht (Fill-Light): Dient zur Ausleuchtung der Szene von vorne oder von der Seite
Hintergrundlicht (Back-Light): Dient zur Ausleuchtung der Szene von hinten
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG VOR DEM START
Grundmerkmale einer Lichtquelle: Intensität Abnahme
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG UNTYPISCHE „LICHTQUELLEN“
Neben den Standardlichtquellen existieren als Helligkeitsgeber: Sonne: Uhrzeit und Datum beachten… Himmel: eigenes Himmelsobjekt, das alle Objekte über dem
Horizont umgibt Boden: detto, nur am Horizont Umgebung
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG UNTYPISCHE „LICHTQUELLEN“
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG TYPISCHE LICHTQUELLEN > PUNKTLICHT
Punktlicht: Leuchtet den Raum gleichmäßig aus
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG TYPISCHE LICHTQUELLEN > SPOTLICHT
Typ: kegelförmiger Verlauf
Charakteristisch: Ausbreitungsrichtung
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG TYPISCHE LICHTQUELLEN > DISTANZLICHT
Unendliche Lichtquelle: Hat keinen Ursprung
> strahlt paralleles Licht aus unendlich großer Entfernung aus
Nur die Richtung der Lichtquelle ist ausschlaggebend
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG TYPISCHE LICHTQUELLEN > FLÄCHENLICHT
Flächenlicht: Ähnlich dem
Flächenlicht, nur rechteckige Quelle
Ideal für „Overhead“
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG TYPISCHE LICHTQUELLEN > WEITERE QUELLEN
Röhre: simuliert das Strahlungsverhalten von einer Leuchtstoffröhre
Eckiger Spot
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SCHATTENWURF > WEICHER SCH.
Typ. Drei Arten von Schatten: Weicher Schatten:
am Schattenrand wird ein weicher Verlauf erzeugt
Breite des weichen Verlaufes variierbar Simuliert den realen Schattenwurf
Bild: drei „Mapping-Einstellungen“ (Breite des Schattenrandes)
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SCHATTENWURF > HARTER SCHATTEN
Harter Schatten: Scharfe Kante am Schattenrand Wird oft in der Architektur-
Visualisierung verwendet
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SCHATTENWURF > FLÄCHENSCHATTEN
Flächenschatten: Realistischster Schattenwurf Enorm hohe Renderingzeiten
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SCHATTENWURF
Beachte: In der Realität ist ein Schatten meist nicht zu 100% schwarz Daraus resultiert, dass „im Schatten“ liegende Objekte doch noch
ein wenig sichtbar sind Wenn Schattenfarbe einstellbar: dunkles Grau anstatt Schwarz
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Punktlicht mit weichem Schatten
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Spot von oben mit weichem Schatten
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Unendliches Licht von oben mit weichem Schatten
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Flächenlicht von oben mit weichem Schatten
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Punktlicht mit hartem Schatten
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Spot von oben mit hartem Schatten
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Unendliches Licht von oben mit hartem Schatten
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Flächenlicht von oben mit hartem Schatten
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Punktlicht mit Flächenschatten
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Spot von oben mit Flächenschatten
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Unendliches Licht von oben mit Flächenschatten
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Flächenlicht von oben mit Flächenschatten
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SICHTBARES LICHT
Grundsätzlich ist Licht nicht sichtbar Typ. Anwendungen:
Rauchige Räume Lichtstrahlen simulieren Spots im Nebel
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SICHTBARES LICHT
Drei Varianten sichtbaren Lichts: Sichtbar: Licht ist überall sichtbar, durchdringt also Objekte Volumetrisch: Licht ist nur dort sichtbar, wo es sich wirklich
ausbreiten kann. Invers volumetrisch: Licht ist dort sichtbar, wo man es eigentlich
nicht sehen sollte.
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SICHTBARES LICHT > „SICHTBAR“
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SICHTBARES LICHT > „VOLUMETRISCH“
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG SICHTBARES LICHT > „INVERS VOLUM.“
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Sichtbares Punktlicht ("sichtbar") mit weichem Schatten
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Sichtbares Spotlicht ("sichtbar") mit weichem Schatten
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Sichtbares Punktlicht ("volumetrisch") mit weichem Schatten
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Sichtbares Spotlicht ("volumetrisch") mit weichem Schatten
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Sichtbares Punktlicht ("invers volumetrisch") mit weichem Schatten
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Sichtbares Spotlicht ("invers volumetrisch") mit weichem Schatten
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG NOISE
Unregelmäßige Beleuchtung des Objekts: „Beleuchtung“: Unregelmäßigkeiten im Licht, aber im sichtbaren
Licht nicht erkennbar „Sichtbar“: die Unregelmäßigkeiten sind nun im sichtbaren Licht zu
erkennen. „Beides“
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Sichtbares Spotlicht ("volumetrisch") mit weichem Schatten und Noise ("Sichtbarkeit")
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Sichtbares Spotlicht ("volumetrisch") mit weichem Schatten und Noise ("Beleuchtung")
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Sichtbares Spotlicht ("volumetrisch") mit weichem Schatten und Noise ("beides")
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG RADIOSITY & CAUSTICS
Zwei Effekte, um Beleuchtung realistisch darzustellen Benötigen hohe Rechenleistung > lange Rechenzeiten Radiosity:
Lichtbrechungsverfahren, wo das von Objekten reflektierte Licht bei der Beleuchtung eines anderen Objektes mitberücksichtigt wird
Caustics: Berücksichtigt „Linseneffekte“ bei zB. gewölbten transparenten
Materialien
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BELEUCHTUNG & UMGEBUNG EINIGE SCREENSHOTS
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3D-VISUALISIERUNG Zwischenergebnis:
3 Schritte abgeschlossen Somit ist der Visualisierungsteil abgeschlossen
Weitere Vorgehensweise: entweder: statisches Bild rendern oder: Sound / Animation hinzufügen > 3D-Animation und danach
rendern
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3D-ANIMATION 2 zusätzliche Schritte:
Einbinden von Animation Einbinden von Sound
Danach: Rendern als Film oder Abfolge von Einzelbildern
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ANIMATION
Bewegung in die Statik! Viel Arbeit: wir sind:
Drehbuchauthor Kameramann für das Licht zuständig Regisseur
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ANIMATION
Arbeiten mit einer vierten Dimension: der Zeit Objekte haben ab jetzt nur mehr zu einem gewissen
Zeitpunkt bestimmte Eigenschaften
Tool zur Erstellung von Animationen: die Zeitleiste Voreinstellung: die Bildrate
typ. 25 Bilder pro Sekunde
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ANIMATION DIE ZEITLEISTE
Für jedes Objekt können Spuren in der Zeitleiste erzeugt werden: Positionsspur (3 Achsen getrennt) Winkelspur (3 Winkel getrennt) Größenspur (3 Dimensionen getrennt) Parameterspuren etc.
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ANIMATION DIE ZEITLEISTE
Innerhalb dieser Spuren werden mit Hilfe von Keys die Eigenschaften geändert.
Zwischen den Keys werden die Änderungen zwischengerechnet (interpoliert)
Der Grad der Interpolation (links, rechts) kann i. Allg. angepasst werden > ansonsten „Überschwingen“ möglich
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ANIMATION DIE ZEITLEISTE
Keys werden meist auf zwei Arten erzeugt: händisch durch Setzen von Keys zu gewissen Zeitpunkten automatisiert durch Ändern der jew. Eigenschaften zu bestimmten
Zeitpunkten („Auto-Keying“)
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Am Graben 29 A-4020 Linz fon +43 (0)732 78.12.95-0 fax +43 (0)732 78.12.95-90
ANIMATION DIE ZEITLEISTE > ANWENDUNG
Fallender Würfel: vier definierte Positionen Bewegung zwischen den Positionen wird interpoliert
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ANIMATION DIE ZEITLEISTE > ANWENDUNG
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ANIMATION DIE ZEITLEISTE > ANWENDUNG
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ANIMATION KAMERA
Eine Kamera bereits bekannt: „Editorkamera“ Stellt den Sichtwinkel während der Entwicklung dar Ist eine voreingestellte Kamera in den meisten Programmen
Eigene Kameras: Volle Kontrolle über Position, Winkel, Brennweite, Tiefenunschärfe,
… Es existieren oft zielgerichtete Kameras > folgen dem Objekt, falls
sich das Objekt bewegt
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ANIMATION KAMERA
Beliebig viele Kameras möglich Natürlich nur eine Kamera zu einem Zeitpunkt
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ANIMATION KAMERA > ANWENDUNG
Kamerafahrt durch eine Bühne Kamera zunächst weit außen positioniert Licht wird eingeschaltet Kamera nähert sich der Bühne Fahrt quer über die Bühne bis zum Endpunkt
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ANIMATION KAMERA > ANWENDUNG
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SOUND Weiteres multimediales Medium Nur im Zusammenhang mit Animationen, dort jedoch besonders
sinnvoll.
Sounddateien werden im Rahmen des Rendern nicht mitberechnet, sondern werden zumeist in einem eigenen Schritt erzeugt
Sounddateien sind eigenständige Dateien und werden in weiterer Folge zum Film dazugeschnitten
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SOUND 2 Möglichkeiten, Sound einzubinden:
2D-Sound: Sound hat keine eigene Quelle, sondern dient als Hintergrundsound
3D-Sound: Sound wird durch Lautsprecher-Objekte erzeugt und mit Mikrofon-Objekten aufgenommen
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SOUND 2D-SOUND
Maximal als Hintergrund- oder Sprechersound geeignet, da nicht lokalisiert
Sounddatei wird in eine eigene Spur der Zeitleiste eingebaut.
Mehrere Soundspuren möglich > Möglichkeit der Überblendung zwischen Soundspuren
Soundspuren zumeist bearbeitbar / überblendbar
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SOUND 3D-SOUND
Sound ist lokalisiert (durch Verwendung von Lautsprechern und Mikrofonen)
Beliebig viele Soundkanäle (=Anzahl der Mikrofone) möglich > Surroundsound (zB. auch 7.1-Sound)
2 zusätzliche Objekte erforderlich: Lautsprecher: diesem wird eine Sounddatei zugewiesen Mikrofon: diese erzeugen die berechneten Sounddateien
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SOUND 3D-SOUND > LAUTSPRECHER
Physikalische Eigenschaften: Abstrahlwinkel definiert durch:
innerer Winkel: der Bereich, in dem der Sound immer die maximale Lautstärke hat
äußerer Winkel: der Bereich, ab dem die Soundlautstärke Null ist.
Zwischen innerem und äußerem Winkel nimmt die Lautstärke kontinuierlich ab.
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SOUND 3D-SOUND > LAUTSPRECHER
Abstrahlweite definiert durch: innere Distanz: Abstand vom Lautsprecher, bis zu welchem die max.
Lautstärke abgestrahlt wird äußere Distanz: Abstand vom Lautsprecher, ab dem die Lautstärke Null ist
Abnahmeverhalten der Lautstärke: Linear invers invers quadratisch, kubisch, … realistisch: invers quadratisch
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SOUND 3D-SOUND > LAUTSPRECHER
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SOUND MIKROFON
Arbeitet ähnlich wie ein Lautsprecher In der Realität: Mikrofone besitzen eine
„Richtcharakteristik“: innerer Winkel: 0° äußerer Winkel: 60° typ. keine Abnahme
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SOUND MIKROFONE > DOPPLER-EFFEKT
Bewirkt eine Tonhöhenänderung von sich bewegenden Schallquellen für den Betrachter: Beim Näherkommen: Ton wird höher Beim Entfernen: Ton wird tiefer
Kann in den meisten 3D-Programmen simuliert werden
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SOUND ANWENDUNG 3D-SOUND
Abstrahlrichtung beachten (liegt derzeit falsch):
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SOUND ANWENDUNG 3D-SOUND
Abstrahlrichtung drehen:
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SOUND ANWENDUNG 3D-SOUND
Mikrofone auf der Kamera platzieren:
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RENDERING Größter Teil der Arbeit getan Höchster Zeitaufwand steht zumeist jetzt bevor Hardware-Anforderungen:
Schneller Prozessor Viel Hauptspeicher Viel Festplattenspeicher Grafikkarte irrelevant
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RENDERING Rendering-Engine Kernstück eines 3D-Programmes Oft wird in einem Programm modelliert, in einem anderen
Programm gerendert Je detailreicher die Modellierung und je mehr Licht- und
Transparenzeffekte, umso länger die Rechenzeit
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RENDERING 2 Arten von Rendering:
„Vorschau“-Rendering: Rendern in der Editorumgebung Viele Details werden nicht berücksichtigt (Radiosity, Caustics, …) Post-Effekte werden nicht berechnet Gut geeignet für schnelle Ansichten eines Objektes oder einer Szene
„echtes“ Rendering: Alle Details, auch Post-Effekte daher sehr zeitaufwändig
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RENDERING Voreinstellungen zum Rendering besonder wichtig, da:
Unterscheidung zwischen Rendern von Standbildern oder Animationen
Format, Auflösung Welche Post-Effekte werden berücksichtigt? Werden Radiosity und Caustics berücksichtigt?
Einstellungen von Fall zu Fall unterschiedlich, daher: Profile abspeichern
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RENDERING BATCH-RENDERING
Rendern mehrerer Rendering-Jobs in einer gewissen Abfolge
Vorteil: da man nicht weiß, wie lange ein Job dauert, möchte man nicht so lange warten > Batch-Rendering startet bei Beendigung des einen Jobs sofort den nächsten
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RENDERING TYPISCHE EINSTELLUNGEN
Antialiasing: Kantenglättung Ausgabe-Einstellungen: Größe, Format Rendering-Time: wird der gesamte Film oder werden nur
Teilbereiche gerendert? Radiosity / Caustics Post-Effekte (Bewegungsunschärfe, Blendeneffekte, …)
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LITERATUR Jeremy Birn „Lightning and Rendering“ O. Demers, Ch. Urszenyi „Digital Texturing & Painting“ Keywan Mahintorabi „Maya“ Uwe Mutz „Web Multimedia!“ Frank Schöttke „Cinema 4D XL Release 7“
UWE MUTZ