Effektmöglichkeiten in Cinema 4D

Die Möglichkeiten zur Umsetzung von volumetrischen Effekten stehen im Fokus.

Rauch, Feuer, Staub – diese Naturphänomene werden in der CG-Szene unter dem Begriff „Effekte“ zusammengefasst. Noch vor wenigen Jahren ließen sie sich nur sehr umständlich und mit hohem Zeitaufwand erstellen. Heutzutage hat der Artist die Qual der Wahl zwischen verschiedenen Methoden. Einige stellen wir hier vor.

In diesem Workshop beschäftigen wir uns zunächst mit den allgemeinen Möglichkeiten der Effekterzeugung in Cinema 4D. Später werfen wir noch einen Blick auf das Zusatzmodul „PyroCluster“, das speziell für die Umsetzung volumetrischer Effekte konzipiert wurde. Wenn man von Effekten in 3D spricht, so sind diese meistens mit einem Partikelsystem verbunden. Schließlich bestehen Staub oder Rauch auch in der Realität aus vielen Partikeln – was liegt also näher, als sich hier an der Wirklichkeit zu orientieren.

Als Erstes sollte man sich fragen, ob es überhaupt praktikabel ist, den gewünschten Effekt in 3D zu erstellen, oder ob man dies nicht lieber im Compositing erledigt. Programme wie Motion oder Combustion verfügen über eine Vielzahl vorgefertigter Emitter, deren Vorteil primär in der Geschwindigkeit liegt. Man zieht den Emitter in die Szene und kann in Echtzeit beobachten, wie der Effekt reagiert, während man die Einstellungen ändert. Speziell die Software ParticleIllusion (www.wondertouch.com) sei hier genannt, da sie nur für Partikeleffekte konzipiert wurde [Bild 01].

Natürlich haben 2D-Effekte auch Nachteile, der offensichtlichste ist die Integration in die Szene. Soll beispielsweise 2D-Rauch aus einem animierten 3D-Schornstein qualmen, so werden einem Tätigkeiten wie Tracking, Farbkorrektur, Schattenerzeugung und weitere Nachbearbeitungen nicht erspart bleiben. Man muss also gut abwägen, ob der Aufwand in der Postproduktion die Arbeit im 3D-Programm übersteigen würde. Ist dies der Fall, kann man guten Gewissens Cinema 4D starten und sich direkt in der heimischen 3D-Welt um das Erzeugen des Effekts kümmern.

Um Partikeleffekte zu erzeugen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Unter anderem lassen sich wie in diesem Beispiel Lichtobjekte verwenden

Falscher Rauch mit Sprites

Welche Möglichkeiten gibt es nun für den durchschnittlichen Cinema 4D User, um beispielsweise Rauch zu erzeugen? Als Bordmittel bietet sich das Partikelsystem an, gegebenenfalls kommen die Thinking Particles hinzu. Damit lässt sich beinahe jedes Objekt als Partikel emittieren, also auch einzelne Polygone. Erstellen Sie einen Standard-Emitter und ordnen Sie ihm ein Ebene-Grundobjekt mit der Unterteilung 1/1 unter. Die Größe der Ebene wird auf 100/100 reduziert. Der Emitter erzeugt nun einzelne Polygone. Im nächsten Schritt wird das Aussehen dieser Flächen so verändert, dass sie wie Rauchpartikel wirken [Bild 02].

Generieren Sie ein neues Material und aktivieren Sie den Alpha- Kanal. In diesen Kanal laden wir den Fusion Shader. In den Fusion Shader wiederum laden wir in den Blend-Kanal einen kreisförmigen Farbverlauf von weiß nach schwarz, in den Ausgangskanal den Noise Shader. Der Noise Shader wird so eingestellt, dass er dem gewünschten Raucheffekt nahekommt – in unserem Beispiel wurde die Noise-Art „Turbulence“ mit einer globalen Größe von 1.000 Prozent und etwas erhöhtem Kontrast benutzt. Der Noise Shader ist also der Hauptverantwortliche, wenn es um das Aussehen der Partikel geht. Der Farbverlauf hingegen sorgt für einen weichen Auslauf zum Rand hin, damit nichts von der ursprünglich quadratischen Ebene sichtbar ist [Bild 03].

Das neue Material weisen wir der Ebene zu. Zu guter Letzt müssen die Partikel nur noch so ausgerichtet werden, dass sie sich in voller Pracht der Kamera präsentieren. Ideal dafür ist die Ausrichten-Expression [Bild 04]. Sie wird dem Ebenen-Objekt zugewiesen, dessen Achse zuvor auf „+Z“ gesetzt wird. Ziel der Expression ist die aktuelle Kamera, die Sie möglicherweise noch erzeugen müssen. Alle Partikel wenden sich daraufhin dem Betrachter zu und präsentieren ihren Rauch-Shader.

Solche kleinen Bilder auf einer Fläche werden auch als „Sprites“ bezeichnet. Ein Sprite Emitter bietet viele Vorteile: Er lässt sich schnell bauen, verbraucht kaum Speicher und ist sehr flexibel. Immerhin kann man auf die Flächen so ziemlich alles mappen, was einem einfällt, vom leuchtenden Stern bis hin zum eigenen Logo. Was Rauch angeht, hat man über die Noise Shader, die sich ja auch animieren lassen, vielfältige Möglichkeiten [Bild 05]. Natürlich gibt es auch eine Kehrseite der Medaille: Da wir es nicht wirklich mit einem 3D-Effekt zu tun haben, wirkt der Rauch in bestimmten Situationen nicht besonders realistisch. Das gilt vor allem für den Schattenwurf. Auch Kamerafahrten durch den Rauch sind tabu, da dann der „Betrug“ mit Sicherheit auffallen würde.

[01] Wer Partikeleffekte lieber in 2D baut, findet gute Unterstützung durch Programme wie ParticleIllusion
[02] Ein einfaches Polygon wird zum Rauchpartikel
[03] Zwei Shader im Alpha-Kanal sind verantwortlich für das realistische Aussehen des Rauchs
[04] Die Ausrichten-Expression dreht die Polygone zur Kamera
[05] Ein ansehnlicher Rauch, der nur aus einzelnen Polygonen besteht

Lichtobjekte als Partikel

Um das Ganze etwas realistischer zu gestalten, fügen wir nun die dritte Dimension hinzu. Das Lichtobjekt von Cinema 4D eignet sich hervorragend für viele Arten von Effekten. Ziehen Sie es in den bereits erstellten Emitter und löschen Sie das vorher erzeugte Ebenenobjekt. Das Praktische am Lichtobjekt ist, dass wir kein Material erstellen müssen, sondern das Aussehen der Partikel direkt mit den Objektparametern kontrollieren können. Für Rauch gut geeignet ist die Option „Sichtbares Licht“, die sich entweder auf „sichtbar“ oder „volumetrisch“ setzen lässt – für den Fall, dass die Lichter mit anderen Szenenobjekten interagieren sollen. Weiterhin reduzieren wir die Helligkeit auf 30 Prozent, damit bei vielen Partikellichtern der Rauch nicht zu hell wird. Wir aktivieren die Option „Keine Beleuchtung“, da die Lichtquellen nicht als solche dienen sollen, sondern den Partikeln nur ihr Aussehen leihen. Dieses Aussehen legen wir auf der Seite „Noise“ fest. Hier wird dem sichtbaren Licht eine Unregelmäßigkeit verliehen. In unserem Beispiel ist sie vom Typ „Harte Turbulenz“ mit acht Oktaven und 500 Prozent Kontrast [Bild 06]. Wie die Einstellungen wirken, kann man erst beurteilen, wenn der Emitter genug Lichter ausgestoßen hat [Bild 07].

Mit Lichtobjekten lassen sich außer Rauch noch eine ganze Menge anderer Effekte erzeugen. Besonders interessant, wenn auch oft mit etwas kitschigem Ergebnis, sind die Optionen auf der „Linsen“-Seite, mit denen auch das Aufmacherbild für diesen Artikel erzeugt wurde. Ähnlich wie beim zuvor besprochenen Sprite Emitter kann man der Lichtquelle hier als Rendereffekt Glühen und Reflexe zuweisen – vom Stern bis zur Sonnenexplosion [Bild 08]. Vorsichtig dosiert, sind diese Effekte in bestimmten Situationen sehr nützlich. Hin und wieder benötigt man sicher einmal einige Glühwürmchen, um einer Nachtszene Leben zu verleihen. Ein gelbes Licht mit leichtem Glühen sollte hier Abhilfe schaffen [Bild 09].

Das Lichtobjekt ist also ein gutes Hilfsmittel, wenn es um Effekterzeugung geht. Trotzdem besitzt es ebenfalls den Nachteil, dass es nur bedingt realistisch auf seine Umwelt reagiert. Lichtobjekte werfen und empfangen selbst keine Schatten, sind aber für viele Situationen eine schnelle und gute Lösung. Für diejenigen, die es noch eine Spur realistischer brauchen, gibt es von Maxon ein eigenes Modul namens „PyroCluster“, das seit Version 10 fester Bestandteil des Advanced-Render-Moduls ist.

[06] Lichtobjekte tragen ihr eigenes Noise in sich, was sich gut zur Raucherzeugung einsetzen lässt
[07] Ein weiterer Raucheffekt, diesmal mit sichtbarem Licht erzeugt
[08] Ein anderer Linseneffekt, auf Lichtobjekt- Partikel angewendet
[09] Glühwürmchen? Ufos? In diesem Fall nur Lichtobjekte mit Linseneffekt
[10] Der VolumeTracer und der PyroCluster Shader
[11] Kein Würfelobjekt, sondern eine Einstellung des PyroCluster Shaders

Totale Kontrolle mit PyroCluster

PyroCluster wurde eigens für das Erzeugen von „echten“ Effekten programmiert, also volumetrischen, dreidimensionalen. Das heißt, dass mit PyroCluster geschaffene Effekte beispielsweise auf Licht und Schatten reagieren. Diese können von anderen Objekten ausgehen oder auch eine Eigenbeschattung umfassen. Außerdem sind mit PyroCluster geshadete Partikel in der Lage, ihr Aussehen abhängig von Parametern wie Alter und Emitter-Abstand zu ändern, was wir an einem kleinen Beispiel demonstrieren wollen.

Zwei Dinge benötigt man für den Einstieg in PyroCluster: ein Umgebungsobjekt, dem der „PyroCluster VolumeTracer“ zugewiesen wird, sowie den eigentlichen „PyroCluster Shader“, der das Aussehen der Partikel bestimmt [Bild 10]. Das Verwenden des Volume- Tracers ist nicht ganz unproblematisch, weil ihn auch andere Module wie „Sky“ benötigen und es in bestimmten Fällen zu Schwierigkeiten kommen kann: So ist ein mit Sky erzeugter Himmel in Spiegelungen nicht mehr sichtbar, wenn sich gleichzeitig der PyroCluster VolumeTracer in der Szene befindet. Für unser kleines Beispiel ist das nicht weiter wichtig, bei größeren Produktionen sollte man aber im Hinterkopf behalten, dass verschiedene Volumeneffekte in einer Szene Ärger bedeuten können.

Kümmern wir uns aber zunächst um das Aussehen der PyroCluster- Partikel. Praktischerweise umfasst der Shader bereits sechs Presets für die gängigsten Effekte: Feuer, Vulkan, Dampf, Wolke, Feuerball und den allseits beliebten Rauch [Bild 11]. Diese Presets eignen sich hervorragend als Startpunkt für eigene Experimente. Wem das zu einfach ist, der bleibt im manuellen Modus und erstellt als erstes einen Emitter, der nur ein einziges Partikel ausstößt. An einem Partikel lässt sich anfangs gut das Aussehen einstellen, da er sehr schnell rendert. Der PyroCluster Shader wird dabei direkt dem Emitter zugewiesen, es sind keine weiteren Partikelobjekte nötig. Entscheidend für den Look des Shaders sind die drei Bereiche „Global“, „Form“ und „Noise“. Ähnlich wie beim Lichtobjekt legt man hier die Farbe, Form und Größe der Partikel fest. Gerade der Noise-Bereich ähnelt sehr dem gleichnamigen Reiter im Lichtobjekt. In den meisten Fällen wird man hier wohl die „Fraktale Ausfransung“ aktivieren, denn ansonsten gleichen die Partikel eher normalen Objekten, was in manchen Situationen natürlich auch seinen Reiz haben kann.

Wir wollen PyroCluster nun nutzen, um einen sich auflösenden Rauchring zu erzeugen. Dazu setzen wir den Form-Typ auf „Ring“ und den Radius auf 100. Radius 2 – die Dicke des Rings – wird auf 30 gesetzt. Dabei aktivieren wir auf der Form-Seite auch gleich die praktische Option „Vorschau“. Nun wird der PyroCluster-Effekt im Editorfenster dargestellt [Bild 12]. Auf der Noise-Seite setzen wir die Untergrenze auf 20 Prozent. Dies sorgt für etwas mehr „Ausfransung“ am Rand des Rings und verbirgt die ursprüngliche, regelmäßige Form.

Spielen wir die Szene ab, sollte unser Ein-Partikel-Emitter bereits einen Ring ausstoßen. Dieser soll aber nicht sofort als Ring erscheinen, sondern erst als kleine Wolke, sich dann langsam ringförmig vergrößern und schließlich verschwinden.

Um das Aussehen der Partikel auch nach ihrer Geburt noch beeinflussen zu können, gibt es in PyroCluster diverse Farbregler. Ein Grauwert steht immer für die Stärke eines bestimmten Parameters, zum Beispiel der Deckkraft. Wir wollen in diesem Fall auf der Seite „Distanz“ die Option „Emitter-Distanz aktivieren“ benutzen. Dadurch ändert der Partikel sein Aussehen abhängig von seiner Entfernung zum Emitter. Wie er das macht, wird über die Farbregler eingestellt. Uns interessiert hier besonders der „Radius“, der ja am Anfang sehr klein sein soll und dann wächst.

Setzen Sie die Anfangsfarbe des Reglers auf Schwarz – ein sehr kleiner Radius. Die Endfarbe bleibt weiß und entspricht den auf der Form-Seite eingestellten Radius-Werten. Den „Nahbereich“ setzen wir auf 0, den „Fernbereich“ auf 400. Das bedeutet, dass der Radius bei einer Emitter-Entfernung von 0 – also sofort nach der Geburt des Partikels – anfängt, sich zu vergrößern. Der Ring erreicht seine Endgröße bei einer Entfernung von 400. Zu diesem Zeitpunkt wird er aber nicht mehr sichtbar sein, denn im Distanzverlauf wird die Deckkraft des Partikels parallel zum Anwachsen des Radius reduziert, so dass sich unser Rauchring in Luft auflöst [Bild 13]. Um dies zu sehen, muss man allerdings den Distanzverlauf-Farbregler aufklappen und sicherstellen, dass dort auch die Option „Alpha bearbeiten“ aktiviert ist, denn sonst sieht es so aus, als ob der Regler von weiß nach weiß läuft [Bild 14].

Die Veränderung des Aussehens lässt sich übrigens auch im „Alter“- Bereich einstellen, nur dort eben abhängig vom Alter der Partikel und nicht von der Distanz. Beides ist auch kombinierbar – dadurch kann man beispielsweise festlegen, dass sich ein Partikel nach etwa fünf Sekunden gelb färbt und bei einem Emitterabstand größer 50 seine Größe verdoppelt.

Der Partikel verhält sich nun schon wie gewünscht, an seinem Aussehen sollten wir aber noch etwas feilen. Aktivieren Sie zum Beispiel die „Schatten werfen“-Optionen auf der Schatten-Seite für realistischen Schattenwurf. Experimentieren Sie mit den vielfältigen PyroCluster-Einstellungen und parallel mit den Emitter- Optionen: Ein gelungener Partikeleffekt ist immer eine Kombination aus Partikelverhalten und Partikelaussehen. Auf der Heft-DVD findet sich die finale Cinema-4D-Datei zu diesem Workshop.

[12] Aktiviert man die Form-Vorschau, wird das Verhalten des Pyro- Cluster-Rings bereits im Editorfenster sichtbar
[13] Das Ergebnis: Je weiter sich der Ring vom Emitter entfernt, desto mehr löst er sich auf
[14] Über die Alpha-Werte des Distanz-Farbreglers steuert man die Deckkraft des Shaders
 

Der Sven Hauth beschäftigt sich seit seinem Kommunikationsstudium mit 3D-Grafik.

Maxon Feature

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