Kaum eine Architekturszene kommt ohne sie aus: Instanzen. Egal ob Kieselsteine, Straßenlaternen, Grashalme oder ganze Bäume, Kopien von Objekten helfen generell beim Füllen von Szenen und sorgen für den oft gewünschten Realismus. Aber auch im Bereich Motion Graphics kommen oft viele Kopien, sogenannte Klone, zum Einsatz, die für eindrucksvolle Illustrationen oder Simulationen benötigt werden. Bislang waren für diese Zwecke Renderinstanzen das Allheilmittel, eine im Speicherbedarf optimierte Instanzart. Release 20 ergänzt diese durch einen neuen Typ von Kopie, die Multi-Instanzen. Optimiert für den Einsatz mit MoGraph, der hauseigenen Allzweckwaffe, wenn es um die Erzeugung, Platzierung und Animation vieler Objekte geht, wurde im dortigen Klon-Objekt eine neue Option für Multi-Instanzen hinzugefügt.
Wie bereits bei den Renderinstanzen, die nach wie vor relevant bleiben, kommen aber auch die Multi-Instanzen nicht ganz ohne Abstriche in der Nutzung aus, die abgewägt werden müssen. So können Multi-Instanzen nicht mit dynamischen Simulationen kombiniert werden und, so wie Renderinstanzen auch, nicht individuell deformiert werden. Die Vorteile wiegen jedoch um einiges schwerer, wenn es um Szenen mit Hunderttausend oder gar Millionen von Objektkopien geht.
Multi-Instanzen werden nämlich intern wie ein einziges Objekt verwaltet, was die Handhabung beim Rendering und dem Anzeigen im Editor erheblich beschleunigt. Zudem ist der RAM-Fußabdruck nochmals kleiner als bei Renderinstanzen. Hinzu kommen praktische Optionen zur Steuerung der Anzeigequalität im Editor. Die Klone können als einfache Punkte, Quader oder Achsensystem dargestellt werden, um die Grafikkarte zusätzlich zu entlasten.
Das Rad nicht neu erfinden
Wozu das Rad neu erfinden, wenn sich schon schlaue Köpfe lange Gedanken gemacht haben und sogar so freundlich sind, ihre Ergebnisse mit allen zu teilen? Dieser Gedanke ist nicht neu, sondern bereits in älteren Cinema-4D-Versionen zu finden, so zum Beispiel bei den Opensubdiv-Modi eines Subdivision-Surface-Objekts.
Neu hinzu kommt nun Open VDB, eine Open-Source-C++-Bibliothek, die ursprünglich von DreamWorks Animation entwickelt wurde und von deren Mitarbeitern auch weiterhin gepflegt wird.
Die Kernfunktion dieser Bibliothek ist die Beschreibung von Volumen. Dabei kann es sich um Rauchwolken, Feuerbälle oder auch polygonale Strukturen handeln, so ähnlich wie Cinema-4D-Nutzer dies bereits von Metaball-Objekten kennen.
In der aktuellen Implementation werden (noch) nur Polygonstrukturen unterstützt. Das Rendering von Open-VDB-Volumen z.B. als Gaswolken mag zu einem späteren Zeitpunkt folgen.
Die Open-VDB-Implementierung verwendet Cinema-4D-typisch eigene Generator-Objekte, mit denen sich zwei Grundfunktionen abdecken lassen: Der Volumenerzeuger stellt ein regelmäßiges, dreidimensionales Raster zur Verfügung, eben die bereits erwähnten Voxel. Deren Typ kann für die Darstellung von Wolken oder Gaseffekten oder aber für die Darstellung von Oberflächen optimiert werden. Die Größe und Platzierung der Voxel ist anfänglich gleichförmig und regelmäßig, kann jedoch auch adaptiv berechnet werden. Die Voxel werden dann dort größer, wo einfache Oberflächen oder Ebenen zu finden sind. An Objektkanten oder Spitzen nimmt die Anzahl dann zu bzw. die Größe der Voxel ab. Dadurch lässt sich die Anzahl der Voxel optimieren, was für die nachfolgenden Berechnungsschritte vorteilhaft sein kann.
Die Voxel selbst lassen sich nämlich aktuell noch nicht darstellen oder rendern, sondern müssen zuerst gemesht, also zu einer Polygonhülle umgerechnet werden. Hierfür steht ein interaktiver Volumenmesher zur Verfügung, dem der Volumenerzeuger einfach untergeordnet wird. Die entstehende Form kann zusätzlich über einen Glättenfilter weichgezeichnet oder über einen Umformfilter in Normalenrichtung verschoben werden.
Was haben wir nun davon? Im Prinzip gibt es bereits viele externe Programme, die VDB-Daten erzeugen können. Denken Sie z.B. an die diversen Fluidsimulationssysteme oder auch an die Punktwolken, die über 3D-Scanner erzeugt werden. Auch diese Quellen lassen sich nun direkt über das .vdb-Datenformat importieren oder auch speichern. Zudem lassen sich auch Partikel oder Splines mit dem Volumenerzeuger kombinieren, was auch Haare einschließt. In Kombination mit einfachen Polygon-Objekten eröffnen sich dadurch neue Optionen bei der Modellierung, denn alle Objekte können innerhalb der Berechnung noch für die Addition, Subtraktion oder eine Schnittmengenberechnung markiert werden. Im Prinzip also ein robuster Ersatz für Boolesche Operationen. Technische Bauteile lassen sich oft durch die Kombination einfacher Grundformen recht schnell auch mit Open VDB modellieren. Zudem entstehen aus ein paar überlagerten Splines und Grundformen sehr schnell organische Strukturen.
Neben der fast spielerischen Arbeit mit Voxeln ist eine weitere interessante Komponente die gleichmäßige Unterteilung des entstehenden Meshes. Dabei ist die Berechnung völlig unabhängig von der Polygonanzahl und Dichte der ursprünglichen Objekte. Dies mag zwar etwas unergonomisch wirken, hat jedoch große Vorteile, wenn Sie an Displacement, Deformationen und das Thema Sculpting denken. Dabei kann die Oberfläche von Objekten bekanntlich mit diversen Malspitzen und Werkzeugen wie Ton verformt werden. Dies funktioniert solange gut, bis es zu nachträglichen Erweiterungen eines Modells kommt, z.B. wenn aus einer Kugel der Kopf eines Charakters und dann aus den unteren Polygonen dieser Kugel der restliche Körper per Sculpting geformt werden soll. Bislang war man in solchen Situationen gezwungen, eine neue Basisgeometrie zu erstellen und das alte Sculpting per Projektion darauf zu übertragen.
diverse Algorithmen für die Glättung und die Art der Oberflächengenerierung zur Verfügung.
Dank Open VDB können wir nun direkt in der Sculpting-Umgebung jederzeit die Neuberechnung einer gleichmäßig unterteilten, auf Voxeln basierten Oberfläche starten, um durch drastische Umformungen entstandene große Polygone am Basis-Mesh loszuwerden. Dieser Schritt lässt sich aber natürlich auch vorziehen, um ungünstig unterteilte Objekte, die vielleicht aus Booleschen Operationen entstanden sind, für das Sculpting vorzubereiten. Die bereits angesprochenen Hilfsfunktionen zum Glätten und Verschieben der generierten Voxel-Oberflächen verfügen auch über Abnahmefunktionen, um diese Effekte räumlich zu beschränken. Dies bringt uns direkt zum nächsten Highlight von Release 20, den Feldern.
Ein weites Feld
Nicht immer ist es sinnvoll, dass ein Effekt auf das gesamt Objekt oder den gesamten 3D-Raum wirkt. Viele Funktionen von Cinema 4D bieten daher Abnahmefunktionen an, die z.B. einen Effekt weich auslaufend innerhalb eines Kugel- oder Zylinderradius berechnen.
Typisch ist dieser Effekt beispielsweise bei den Deformatoren, den Partikel-Modifikatoren oder auch den MoGraph-Effektoren. In Cinema 4D wird dieses Prinzip unter dem Oberbegriff Feld weiterentwickelt und auf weitere Eigenschaften ausgeweitet. So können Felder, also Abnahmefunktionen, nun auch in Vertex-Map-Tags oder in Selektions-Tags verwendet werden. Alle übrigen Abnahmefunktionen werden ab sofort durch Felder ersetzt.
Der erste offensichtliche Vorteil davon ist, dass Felder eigene Objekte sind, die im Objekt-Manager auftauchen, dort gruppiert und in Position und Intensität direkt animiert werden können. Als großer Vorteil für die praktische Arbeit ist dabei nicht zu unterschätzen, dass sich diese Felder mehrfach verwenden lassen, also ein Feld, das auf mehrere Objekte gleichzeitig wirkt. Hinzu kommt, dass sich durch die Kombination mit Vertex-Map- oder Selektions-Tags ganz neue Optionen ergeben. So können nun für Materialzuweisungen oder auch Deformationen verwendete Selektionen viel einfacher animiert werden.
und Editorgeschwindigkeit durch die Verwendung von Multi-Instanzen optimieren.
Noch interessanter werden die Felder jedoch, da auch völlig neue Abnahmefunktionen hinzukommen, die es zuvor nur als MoGraph-Effektoren gab, wie ein Zufallsfeld, ein Shaderfeld oder ein Soundfeld. Es können somit auch Zufälligkeiten, Texturen und Töne für die Steuerung von Abnahmen verwendet werden. Das wäre ja schon spektakulär genug, aber es kommt noch dicker. Felder lassen sich auch durch Hilfsobjekte übertragen. Denken Sie an vorbeifliegende Partikel, umherschwirrende MoGraph-Klone, Splines oder andere Polygonobjekte, über deren Abstand zu einer Oberfläche die Abnahme eines Effekts gesteuert werden kann. Dass sich dabei mehrere Felder miteinander u.a. addierend, multiplizierend oder subtrahierend kombinieren und individuell abgemischt in Ordnerstrukturen verwalten lassen, versteht sich da fast von selbst. Das System erinnert dabei etwas an die Effektebenen in Adobe Photoshop, durch die sich ebenfalls überlagerte Effekte zusammenstellen und auf eine oder mehrere Bildebenen wirken lassen.
Richtig wild werden Felder jedoch dann, wenn sie durch zusätzliche Sub-Felder beeinflusst werden. Stellen Sie sich vor, dass durch die Berührung eines Objekts mit einer Oberfläche Vertex-Map-Werte verändert werden. Normalerweise würde dieser Effekt sofort verschwinden, wenn sich die Objekte wieder voneinander lösen. Es lassen sich jedoch auch Veränderungen einfrieren oder sogar mit einer zeitlichen Dämpfung versehen, sollen sich dann periodische Veränderungen oder Nachzieheffekte verwirklichen.
Erscheinung treten, sondern auch zahlreiche neue Optionen bieten. So lassen sich z.B. auch Richtungen, Vertex-Maps oder Selektionen darüber beeinflussen und mit zeitlichen Abklingeffekten versehen.
Ein klassisches Beispiel dafür wäre beispielsweise die Rotfärbung eines Metallstücks, das über eine Flamme gehalten wird. Es fängt erst nach einer gewissen Zeit an zu glühen. Wird das Metallstück aus der Flamme genommen, kühlt es langsam wieder ab und verliert mit einer Verzögerung seine Rotfärbung.
Derartige Effekte können nun automatisiert werden. Auch das Eingreifen über Python-Skripte oder Formeln ist bereits vorgesehen und macht die Felder zu einem aufgrund der Funktionsfülle anfänglich sicher etwas verwirrenden, aber umso mächtigeren Werkzeug gerade für die parametrische Animation. Schließlich lassen sich Felder sogar über einen neuen Node auch in XPresso nutzen.
Gerendert wie am Schnürchen
Auch beim Thema Rendering tut sich so Einiges in Release 20. So wird der in Release 19 mehr oder weniger als Technologie-Preview eingeführte Pro Render konsequent weiterentwickelt und um bislang fehlende Funktionen ergänzt (mehr zum Pro Render lesen Sie in dieser Ausgabe ab Seite 106). So ist ab sofort auch die Berechnung von Motion Blur, also von Bewegungsunschärfe möglich und es stehen separate Sample-Einstellungen für die Qualität von diffuser Schattierung, Spiegelung, Refraktion oder von Schatten zur Verfügung. Nicht nur Architekten dürfen sich über die Unterstützung des physikalischen Himmels freuen.
Im Bereich Motion Graphics wird nun auch der Shader für das Auslesen der Editorfarben unterstützt, und der SSS-Shader wurde komplett neu programmiert und auf die Möglichkeiten von Pro Render optimiert. Auch zahlreiche Multi-Pass-Optionen halten bei Pro Render Einzug und machen diesen GPU-Renderer erstmals produktionstauglich.
Aber auch für diejenigen, die vielleicht noch nicht ganz auf die GPU für das Rendern setzen möchten, bieten sich spannende Neuerungen. Neben dem Standardmaterial und dem physikalischen Material ist in Release 20 eine komplett neue Materialart entstanden, das Node-Material. Vergleichbar mit dem XPresso-System werden dabei Materialeigenschaften in einem eigenen Node-Editor selbst erstellt und verknüpft. Nicht nur die Referenzierung und das Abspeichern von Materialbestandteilen werden dadurch wesentlich vereinfacht, sondern es lassen sich auch bislang völlig undenkbare Materialien erzeugen. Zumindest ohne auf Programmierkünste zurückgreifen zu müssen. Denken Sie an Materialien, die während der Berechnung der globalen Illumination Licht abgeben, ansonsten aber ganz normal schattierte Oberflächen zeigen. Sogar in das laufende Rendering kann eingegriffen werden, denn es können direkt UVW-Koordinaten über das Material editiert oder die Richtung einer Normalen in Abhängigkeit zum Blickwinkel der Kamera manipuliert werden.
Besonders die Nutzung individueller Projektionsarten und UV-Koordinaten für einzelne Shader oder Materialebenen wurde stark vereinfacht.
Die Arbeit mit Nodes und die teilweise doch an grafische Programmierung erinnernde Herangehensweise an die Materialerstellung sind jedoch sicher nicht für jeden User interessant. Es existieren daher auch diverse Hilfsfunktionen, um zwar das Node-System zu nutzen, aber dabei auf den gewohnten Material-Editor zurückgreifen zu können. So werden zahlreiche sogenannte Assets mitgeliefert, die unter anderem typische Metalle oder auch Steinstrukturen automatisch generieren können. Zudem wurde ein Übermaterial geschaffen, dessen Aufbau dem des bekannten physikalischen Materials entspricht.
Es wird Neueinsteigern im Bereich der Node-basierten Materialsysteme also durchaus eine goldene Brücke gebaut, um den Einstieg so einfach wie möglich zu gestalten. Und es macht durchaus Sinn, sich mit diesem neuen Materialsystem zu beschäftigen. Aktuell ist es zwar noch nicht mit Pro Render kompatibel und es fehlen noch Funktionen für die physikalisch korrekte Simulation von Subsurface Scattering (SSS), aber das ist nur eine Frage der Zeit. Mittelfristig hat dieses Materialsystem nämlich den riesen Vorteil, dass es auf physikalischen Prinzipien beruht, also besonders realistische Materialien kreiert werden können. Zudem bieten nahezu alle konkurrierenden 3D-Renderer ebenfalls Node-basierte Materialsysteme an, sodass der Umstieg von anderen Programmen auf Cinema 4D bzw. das Nachbauen von in anderen Programmen verwendeten Materialien stark vereinfacht wird.
Hartnäckiger Verfolger
Auch im Bereich Motion Tracking gibt es Neues zu vermelden. So wurde der gesamte Workflow verschlankt und ein neues, aufgeräumtes Layout für den Motion Tracker implementiert. Ein neuer Track View ermöglicht die Kontrolle manueller Tracks. Benutzer-Tracks lassen sich zudem individuell einfärben, in der Größe anpassen und umbenennen. Keyframes können automatisch, basierend auf Schwellenwerten oder in festen Zeitabständen, erzeugt werden. Sehr praktisch dabei ist die neue Mustererkennung für manuelle Tracks, die ihren Ankerpunkt verloren haben. Durch das Halten der Shift-Taste kann beim Ziehen eines Tracks an die gewünschte Stelle das Muster dort automatisch als neuer Keyframe gespeichert werden. Ebenfalls sehr zu begrüßen ist, dass sich Masken nun auch über die gängigen Werkzeuge zum Verschieben, Rotieren und Skalieren editieren und per Live- oder Rahmenselektion auswählen lassen. Schließlich lassen sich Benutzer-Tracks jetzt auch in Ordnern verwalten und somit übersichtlicher strukturieren.
Ein guter Teamspieler
In der Anfangsphase technischer Visualisierungsprojekte dreht sich oft vieles um den Import von Daten, die in reinen CAD-Anwendungen konstruiert wurden. Bislang war man dabei auf einen heißen Draht zum entsprechenden CAD-Mitarbeiter angewiesen, damit dieser die Daten möglichst direkt in ein für Cinema 4D lesbares Polygonformat konvertierte, oder man musste selbst in Konvertierungstools investieren. In Release 20 hat Cinema 4D in diesem Bereich ordentlich nachgelegt und unterstützt nun den Import der wichtigsten CAD-Formate nativ – dazu zählen Catia, Step, JT, IGES, Solidworks und VDB. Der Import entsprechender Daten funktioniert dabei erstaunlich gut und robust, wenngleich bei größeren Dateien auch etwas längere Ladezeiten in Kauf genommen werden müssen. Das ist aber bei den vorgenannten externen Importern auch nicht anders. Sehr schön sind auch die dabei gebotenen Zusatzfunktionen, z.B. um die oft unübersichtlichen und verschachtelten Hierarchien automatisch zu optimieren. Null-Objekte lassen sich so z.B. automatisch entfernen.
Scattering-Unterstützung und entsprechende neue Shader-Implementierung.
Was die eigentlichen Geometrien betrifft, sind durch die notwendige Tesselation, also die Umwandlung von CAD-Daten zu Polygonobjekten, regelmäßig Probleme zu erwarten. Es können Lücken entstehen oder doppelte Punkte. Die neuen Import-Funktionen bieten daher nicht nur das Laden und Tesselieren der Daten an, sondern auch nützliche Optimierungsfunktionen wie beispielsweise das Zusammenfassen von Punkten, wenn diese identische Positionen besitzen.
Sehr praktisch ist, dass wir beim Import direkt in die Tesselation eingreifen können, um die Dichte an Unterteilungen in Krümmungen anzugeben. Diese Steuerung kann entweder auf dem Krümmungswinkel basieren oder auf der resultierenden Kantenlänge des Polygon-Objekts. Es sind sogar Funktionen enthalten, um die Unterteilungsdichte variabel zu gestalten und von der Größe der importierten Baugruppe abhängig zu machen. Neben den neu hinzugekommenen Austauschformaten wurde aber auch das bekannte Alembic-Format erweitert. Über ein Kontextmenü lassen sich die Eigenschaften von selektierten Objekten automatisch in ein Alembic-File backen.
Geladene Alembic-Dateien können für die Animation mit Zeit-Tracks belegt werden, um deren Abspielverhalten individuell zu beeinflussen. Alles in allem dürften diese Ergänzungen beim Datei-Handling und dem Import von CAD-Daten viele glücklich machen, da die Notwendigkeit für Zusatztools entfällt und alle relevanten Einstellungen nun direkt in Cinema 4D vorgenommen werden können.
Klein aber fein
Neben diesen neuen Hauptfunktionen und Erweiterungen sind natürlich auch wieder einige kleinere Veränderungen mit dabei, die uns das 3D-Leben leichter machen sollen. So dürfen sich rege Nutzer von Plug-ins z.B. darüber freuen, dass über die Cinema-4D-Voreinstellungen nun ein beliebiges Verzeichnis angegeben werden kann, in dem beim Programmstart nach Plug-ins gesucht wird. Farbwähler und Farbverläufe wurden für das Node-basierte Materialsystem so überarbeitet, dass sie auch Optionen für einen Alpha-Anteil anbieten. So lassen sich individuelle Deckstärken in BSDF-Ebenen realisieren, ohne mehrere Materialien nutzen zu müssen. Zudem kann in Farbverläufe hineingezoomt werden, um nah beieinander liegende Farbgreifer besser auswählen oder platzieren zu können. Ein Kontextmenü stellt weiterhin eine Auswahlmöglichkeit für die Farbgreifer zur Verfügung. Die Interpolation zwischen den Farbgreifern kann fortan pro Greifer individuell gewählt werden und es gibt einen zusätzlichen weichen Interpolationsmodus für die Farbübergänge. Farbgreifer lassen sich in Gruppen selektieren, skalieren und verschieben.
Fazit
Schritt für Schritt tragen die Aktualisierungen am Kern der Software erste Früchte. Dieser Prozess wird sicherlich noch ein paar Versionen andauern, dennoch wird hier und da deutlich, welches Potenzial noch in Cinema 4D schlummert. Alleine schon das Starten der Software ist auf unserem Testsystem viel schneller als noch bei Version 19. Es bleibt jedoch nicht nur bei internen Optimierungen und Modernisierungen, sondern es sind diesmal auch wieder ein paar interessante Neuerungen mit dabei. Alleine die ernsthafte Öffnung zum nativen Import von populären CAD-Formaten dürfte schon viele Nutzer sehr glücklich machen. Aber auch die Implementierung von Open VDB birgt viel Potenzial für alternative Modellierungsmethoden. Momentan fehlt hier noch das Volumenrendering, aber auch dies wird sicherlich kommen und die Implementierung vollständig machen. Wer dann und wann mal über den Tellerrand zu parametrischen Animationssystemen wie Houdini schaut, wird sicher an den neuen Feldern Freude haben. Trotz der Komplexität der gebotenen Funktionen und vor allem der endlosen Kombinationsmöglichkeiten schafft es Cinema 4D, die Bedienung intuitiv zu halten. Das Konzept bietet für die Animation ganz neue Optionen und macht Effekte möglich, die zuvor höchstens über externe Plug-ins realisiert werden konnten.
Schließlich ist auch schön zu sehen, wie sich Pro Render zu einer Alternative entwickelt, zumindest für diejenigen, die nicht bereits mit alteingesessenen GPU-Renderern arbeiten. Bot Pro Render in der letzten Version noch nicht viel mehr als einen Ausblick, so kann man mittlerweile ernsthaft über die Umsetzung von Projekten nachdenken. Leider wird aktuell das ebenfalls neue Node-basierte Materialsystem noch nicht von Pro Render unterstützt, aber dafür läuft es problemlos mit dem Standard-Renderer und dem physikalischen Renderer und bietet für diejenigen, die sich nicht vor dem Lernen neuer Arbeitsabläufe bei der Materialerstellung scheuen, eine hochwertige Alternative und sogar einige Effekte, die bislang gar nicht möglich waren. Alles in allem eine runde Sache.
