Tipps und Techniken zur Beherrschung der 3D-Beleuchtung in CGI

Wir nehmen die Welt um uns herum mit unseren Sinnen wahr: Wir hören, fühlen, riechen und sehen. Wir können sehen, weil unsere Augen Informationen aufnehmen, die von elementaren Partikeln, so genannten Photonen, zu uns gebracht werden. Diese Informationen werden von unserem Gehirn verarbeitet, um ein Bild zu erzeugen. Was wir als Farbe, Glanz, Transparenz oder metallische Eigenschaften eines Objekts interpretieren, sind das Ergebnis der Interaktion zwischen den Photonen und der Objektoberfläche.

Die Lichtmechanik in einer computergenerierten 3D-Szene folgt dem gleichen natürlichen Prinzip der Photonenstreuung durch einen Prozess, der als Raytracing bezeichnet wird. Strahlen prallen von Formen ab und interagieren mit ihren Materialien, wodurch effektiv definiert wird, wie Objekte im endgültigen Bild erscheinen. Lichter zeigen die Dimensionalität von allem, was in einer 3D-Szene vorhanden ist. 

Manche Materialien reagieren empfindlicher auf Lichtverhältnisse als andere. Nehmen wir zum Beispiel Metalle: Ein Chromobjekt spiegelt im Grunde alles um sich herum wider. Wenn ein Licht bewegt wird, heller oder größer wird, werden alle Informationen direkt auf der Chromoberfläche in nahezu spiegelartiger Detailtiefe sichtbar, sodass es von einer Lichtbedingung zur anderen völlig anders aussehen kann.

Der Vorgang der Erstellung eines 3D-Renderings ist nie vollständig gleich, aber dies sind die häufigsten Schritte:

1. Objekterstellung oder -erfassung 
2. Szenenentwicklung
3. Bildeinstellung der Szene
4. Beleuchtung 
5. Materialerstellung oder -zuweisung
6. Rendervorgang läuft

Wenn Sie zur Lichtphase gelangen, ist es ideal, Ihre Beleuchtung einzurichten, bevor Sie mit der Arbeit an den Materialien beginnen. Dazu können Sie der gesamten Szene ein neutrales graues, mattes Material zuweisen. Auf diese Weise können Sie deutlicher sehen und verstehen, wie die Lichter die Objektsilhouetten in der Szene beeinflussen. Nach Fertigstellung der Materialien muss die Beleuchtung möglicherweise weiter verfeinert werden.

Am besten bearbeiten Sie die Lichter einzeln nacheinander. Das aktive Licht sollte das einzige sein, das in der Szene sichtbar ist, während alle anderen Lichter vorübergehend ausgeschaltet werden sollten. Auf diese Weise können Sie sehen, wie ein bestimmtes Licht die Szene beeinflusst, und dies durch Bearbeitung der Eigenschaften wie Position, Richtung, Intensität usw. ändern.

Ein weiterer nützlicher Trick ist das Erstellen einer Kugel mit einem glänzenden Metallmaterial (Chrom oder Spiegel). Diese „Spiegelkugel“ reflektiert effektiv die gesamte umgebende Szene um ihn herum, sodass Sie die Position, Richtung oder Größe des Lichts mühelos ermitteln können. Von den Umgebungslichtern sind die Reflexionen in der Spiegelkugel sichtbar, was die Ausrichtung im Raum erleichtert.

Lichtarten in Adobe Dimension

Umgebungslichter

Umgebungslichter sind quadratische (runde) Bilder, die um die gesamte Szene gehüllt sind. Wie der Name schon sagt, dienen diese Lichter zur Emulation der gesamten Umgebung, einschließlich der darin gespeicherten Lichtquellen.

Wenn Sie eine neue Szene in Dimension erstellen, wird ein Standard-Umgebungslicht für Sie erstellt. Aus diesem Grund können Sie sofort alles in der Szene sehen. Adobe Dimension Starter-Elemente enthalten eine bestimmte Anzahl von Umgebungslichtern, die Sie sofort ausprobieren können. Darüber hinaus bietet Adobe Stock eine riesige kuratierte Auswahl an Umgebungslichtern.

Umgebungslichter erzeugen äußerst realistische Ergebnisse und können Ihnen viel Zeit sparen. Um etwas Ähnliches manuell zu erreichen, müssten Sie die gesamte Umgebung (einschließlich diverser Lichtquellen) in 3D erstellen, was mit einem erheblichen Arbeitsaufwand verbunden wäre.

Es gibt viele Möglichkeiten, Umgebungslichter zu erzeugen, einschließlich der Erfassung aus einer 3D-Szene oder einem Foto und der Verwendung parametrischer Systeme. Wenn das Umgebungslicht aus einer 3D-Szene erstellt wurde, ist der Vorgang unkompliziert. Das Ausgabebild muss in 32 Bit vorliegen, sodass die Lichtinformationen aller Lichter in der Szene erfasst werden. Die 3D-Kamera muss die quadratische Projektion verwenden (um ein rundes Bild auszugeben).

Sie können Umgebungslichter auch erstellen, indem Sie Fotos der realen Welt aufnehmen. Für diesen Arbeitsablauf ist eine 360-Grad-Kamera erforderlich (z. B. Ricoh Theta Z1). Die Kamera wird dann für Belichtungsreihen oder für mehrere Aufnahmen derselben Umgebung mit unterschiedlichen Belichtungswerten (von unterbelichtet bis überbelichtet) verwendet. Diese Aufnahmen werden dann zur Erstellung von 32-Bit-Bildern verwendet, die häufig als HDRs (Abkürzung für High Dynamic Range) bezeichnet werden. Eine Möglichkeit, ein solches Bild zusammenzustellen, ist die Funktion „Zu HDR zusammenfügen“ in Photoshop. Der eingebettete Belichtungsbereich wird zur Eigenschaft „Intensität“.

In beiden Fällen sind die Lichtquellen (und ihre Intensitäten) in diese Bilder „eingebrannt und geben das Licht ab, sobald sie in Dimension verwendet werden.

Mit diesen Methoden haben Sie alle benötigten Lichtquellen, Reflexionen und Details erfasst, aber mit 3D-Apps können Sie sie im 3D-Raum weiter bearbeiten, sodass Sie die Lichtrotation anpassen und die Gesamtintensität und -farbe ändern können.

Gerichtete Lichter

Zusätzlich zu Umgebungslichtern, die Licht aus 360 Grad abgeben, gibt es auch gerichtete Lichter, die das Licht nur aus einer Richtung aussenden. Sie werden verwendet, um Taschenlampen und andere Arten von Lichtern zu emulieren, die von einer gut definierten Quelle kommen, und können als Kreis oder Quadrat geformt sein.

Die Verwendung gerichteter Lichter bietet die volle Kontrolle über die Beleuchtungseinrichtung. Die Beleuchtung der Szene mit diesen Lichtern erfolgt auf die gleiche Weise wie bei der herkömmlichen Fotografie, wobei jedes Licht unabhängig gesteuert werden kann, sodass Sie Ihre eigene virtuelle fotografische Beleuchtung entwickeln können. Eine der am häufigsten verwendeten Beleuchtungskonfigurationen ist das 3-Punkt-Lichtsystem.

Dimension verfügt über die praktische Aktion „Licht auf Punkt richten“, mit der Sie die Drehung und Höhe durch einfaches Klicken und Ziehen über ein 3D-Objekt steuern können. Auf diese Weise können Sie die Lichtstrahlen dynamisch richten. Diese Parameter können auch manuell eingestellt werden.

Sie können die Farbe und die Intensität des gerichteten Lichts ändern sowie die Form der Lichtquelle anpassen – sie kreisförmig oder rechteckig formen, dehnen oder vergrößern. Abschließend können Sie die Ränder der Lichtquelle weichzeichnen.

Wenn Sie die Lichtquelle kleiner machen als das Objekt, werden die Schatten schärfer und erhalten einen schärferen Umriss, da die Strahlen nicht über das beleuchtete Objekt hinausgehen können. Größere Lichtquellen erzeugen weichere Schatten, da in diesem Fall die Strahlen von allen Seiten des Objekts kommen (in der Abbildung unten rot markiert), wodurch eine Reihe von Schatten entsteht. Diese Schatten werden durch die Strahlen aus der entgegengesetzten Richtung abgeschwächt.

Sonne und Himmel

Sonnenlicht ist eine spezielle Art von gerichtetem Licht. Der Vorgang der Einrichtung ist dabei einem regulären gerichteten Licht sehr ähnlich; jedoch ändert dieses Licht mit der Höhe automatisch die Farbe. Wenn es sich nahe am Horizont befindet (niedrige Höhenwinkelwerte), wird es allmählich wärmer, um den Sonnenuntergang zu simulieren. Die Farbe kann auch mithilfe von Voreinstellungen geändert werden. Unterdessen wirkt sich die Bewölkung auf die Weichheit der Schatten aus.

In der Realität geht Sonnenlicht in der Regel Hand in Hand mit dem Himmel, einer riesigen, diffusen Lichtquelle. Die einzige Ausnahme wäre ein Ort ohne Atmosphäre wie der Mond.

Wir können den Himmel mit Umgebungslichtern emulieren und jedes Umgebungslicht verwenden, in dem der Himmel vorkommt. Jetzt müssen wir das (in Dimension erstellte) Sonnenlicht an der Sonne ausrichten, erfasst im Umgebungslicht. Eine schnelle Möglichkeit besteht darin, eine Kugel zu erstellen und ihr ein Metallmaterial zuzuweisen. Dadurch erhalten wir Reflexionen der Umgebung in Echtzeit, sodass wir „Licht auf Punkt richten“ verwenden können, um das Sonnenlicht an der Sonne auszurichten. 

Wenn das Umgebungslicht einen bedeckten Himmel aufweist, kann die Bewölkung verwendet werden, um diese Bedingungen besser zu erfüllen.

Sobald das Sonnenlicht und das Himmelsumgebungslicht gekoppelt sind, können Sie sie mit der Eigenschaft „Globale Rotation“ zusammen drehen.

Objektbasierte Lichter

Objekte können durch Aktivierung der Eigenschaft „Schein“ für ihre Materialien in Lichtquellen umgewandelt werden. Auf diese Weise können Objekte wie Glühlampen, Neonlichter, Lichtwannen sowie Bildschirme und Displays aller Art erstellt werden.

Der Hauptvorteil dieser Art von Beleuchtung ist die Intensitätsabnahme, durch die sehr natürliche Ergebnisse erzeugt werden. Dies ist sehr nützlich für die Produktvisualisierung oder andere Studioszenen.

Sie können die Weichheit der Schatten steuern, indem Sie das leuchtende Objekt mit dem Transformationswerkzeug skalieren. Wenn Sie es vergrößern, erhöht sich auch die Lichtintensität.

Im Gegensatz zu den zuvor behandelten Arten von Lichtern können diese Lichter neben Unifarben auch Texturen nutzen. Die Texturen können an der Grundfarbe ihrer Materialien angebracht werden und die Lichtintensität wird über einen Schein-Schieberegler gesteuert.

Beispiele für effektive 3D-Beleuchtung

Produktbeleuchtung

Es gibt viele fotografische Techniken für die Einrichtung des Lichts für eine Produktaufnahme. Wir verwenden eine der am häufigsten verwendeten Konfigurationen, das 3-Punkt-Lichtsystem.

Diese Einrichtung besteht aus drei Lichtern: 

1. Hauptlicht: dient als primäre Quelle und leuchtet ungefähr aus der Kamerarichtung.

2. Randlicht: gegenüber dem Hauptlicht platziert; dient zur Belichtung der Silhouette des Motivs.

3. Fülllicht: Weniger intensiv und zum Füllen dunkler Bereiche; wird für Bereiche verwendet, die von den beiden anderen Lichtern nicht erreicht werden.

Es gibt zwei Möglichkeiten, die 3-Punkt-Beleuchtung in Dimension zu erstellen: Mit gerichteten Lichtern (einzelnes Hinzufügen zur Szene oder mithilfe einer 3-Punkt-Licht-Voreinstellung) oder über leuchtende Objekte.

Kreative Beleuchtung

Kreative Beleuchtung wird verwendet, wenn physische Genauigkeit nicht das primäre Ziel ist. Dazu gehören abstrakte und surreale Szenen aller Art, sodass unserer Vorstellungskraft keine Grenzen gesetzt sind.

Die Idee im obigen Beispiel war es, eine traumhafte Umgebung darzustellen: Süßigkeiten, Pastellfarben und glatte Oberflächen. Das Beleuchtungssystem besteht aus drei leuchtenden Platten (zwei an der Seite und die Hauptplatte leuchtet von unten). Alle leuchtenden Platten sind unrealistisch groß, sodass sehr glatte Schatten und Lichter erzeugt werden. Die Lichtquellen sind farbig und diese Farbe wird in das Material übertragen, das den Objekten in der Szene zugewiesen ist.

Das Motiv der Szene (Rohre) ist vollständig von der Wandgeometrie umgeben. Dadurch werden Lichtstrahlen hin und her reflektiert und vermischen sich auf interessante Weise. Das Spielen mit kühlen oder warmen Tönen erzeugt oft einen schönen Kontrast (diese Technik wird manchmal bei Porträtaufnahmen verwendet).

Innenraumvisualisierung

Die Erstellung einer 3D-Innenansicht folgt einem gewissen Regelwerk, das fast immer gute Ergebnisse garantiert. Für diesen Anwendungsfall berücksichtigen wir nur natürliches Licht (keine künstlichen Quellen wie Lampen).

In erster Linie muss sich eine Szene wie diese in einer geschlossenen Umgebung befinden. Wie im echten Leben benötigt der Innenraum Wände, Boden, Decke und Fenster. Dadurch wird sichergestellt, dass das Licht durch die Fenster kommt und dann umherspringt (über einen Vorgang, der als Raytracing bezeichnet wird). Dieses Verhalten erzeugt eine sehr natürliche Beleuchtung (z. B. werden verdeckte Bereiche wie Ecken dunkler).

Da die Szene fast vollständig von architektonischer Geometrie umgeben ist, sehen wir nur sehr wenig Beleuchtung und fast keine Reflexionen vom Umgebungslicht. In diesem Fall entwickeln wir jedoch unsere eigene Umgebung, nämlich den Innenraum selbst. Das Licht reagiert also mit den Objekten in der Szene, indem es von ihnen und den umliegenden Wänden abprallt. Die Objekte reflektieren nur sich gegenseitig und die umgebenden Wände. Dennoch ist es ratsam, ein Umgebungslicht mit dem Himmel hinzuzufügen. Dadurch wird eine diffuse blaue Füllung hinzugefügt.

Die einfachste Möglichkeit, dieses Licht einzustellen, besteht in der Verwendung von Ebenen mit leuchtenden Materialien. In diesem Anwendungsfall liegen drei Ebenen vor, die alle Öffnungen im Inneren abdecken:

Die Intensität des Lichts wird durch die Eigenschaft „Schein“ auf den Materialien der Ebenen gesteuert. Durch Hinzufügen einer Farbe oder sogar einer Textur können Sie interessante Schatten werfen. Die Verwendung leuchtender Materialien sorgt auch für die Abnahme der Lichtintensität, die für Innenbeleuchtung sehr wichtig ist.

Außenbeleuchtung

Die Erzeugung der Außenbeleuchtung ist recht unkompliziert; es läuft darauf hinaus, ein System aus Sonnen- und Himmelslicht zu verwenden (siehe oben). Es ist wichtig, dass das Sonnenlicht korrekt mit dem Umgebungslicht des Himmels abgestimmt wird. Achten Sie dabei auf Ausrichtung und Bewölkung.

Die Szene selbst spielt dabei eine große Rolle. Um überzeugende Ergebnisse zu erzielen, verwenden Sie Objekte in Ihrer Szene als Katalysatoren, die mit dem Licht interagieren. In der oben gezeigten Walddarstellung wurden die Objekte (verschiedene Pflanzen, Baumstämme und Bäume) nah beieinander platziert.

Das bedeutet, dass es eine Menge komplexer Raytracing-Interaktionen gibt, da das Licht zwischen den Objekten hin und her springt. Schattierte Bereiche erscheinen dunkel (wie erwartet), während die belichteten Bereiche hell bleiben.

Ich hoffe, dieser Überblick zeigt, wie wichtig es ist, 3D-Lichter in verschiedenen Situationen zu beherrschen. Sie sollten bereit sein, überzeugendere Ergebnisse zu erzielen.

Viel Spaß bei der Beleuchtung! Laden Sie noch heute die neueste Version von Dimension herunter.