Materialien – Aufbau und Analyse

Materialien in Leveln unterteilt

Materialien lassen sich in Leveln mit steigender Komplexität einteilen. Die meisten normalen Materialien bewegen sich in den niedrigeren Leveln.

  1. Opaque Materialien
  2. Transparente Materialien
  3. Spezialeffekte

VSL

Zur Definition von Materilien wird in Realsoft3D VSL eingesetzt, die Visual Shading Language. Der Rendervorgang ist in mehrere Stufen unterteilt. Die Stufen sind durch sogenannte Kanäle verbunden. Jede Stufe liest bestimmte Kanäle aus, führt Berechnungen durch und schreibt das Ergebnis in bestimmte Kanäle. Über VSL kann man nun eigene Berechnungen in die verschiedenen Stufen integrieren. Den Ort gibt man dabei über sogenannte Shader an. In den meisten Fällen lassen sich die einzelnen Schritte innerhalb eines VSL-Programms auf zwei Arten reduzieren: Einmal das direkte setzen von Werten in Kanälen. Zum Beispiel die Grundfarbe. Und zum anderen das Definieren von Abhängigkeiten. Ein einfaches Beispiel ist das Setzen der Grundfarbe in Abhängigkeit vom Blickwinkel der Kamera. Das Ergebnis ist dann ein Flip-Flop-Effektlack.

Texturen

Um Oberflächen interessanter zu gestalten werden häufig Texturen eingesetzt. Man sollte aber hier etwas abstrakter denken: Texturen sind keine Bilder! Texturen sind Daten, um Eigenschaften von Materialien ortsabhängig zu steuern. Eine Textur ist ein 2-dimensionales Koordinatensystem, bei der sich einfach an den einzelnen Koordinaten bestimmte Werte befinden.

Ein einfaches Beispiel ist die Platzierung von Schrift. An statt die Farbe direkt im Malprogramm zu spezifizieren, malt man einfach weiße Schrift auf schwarzem Grund. In VSL nutzt man dann diesen, um einfach alles, was weiß ist, zum Beispiel gelb erscheinen zu lassen. Es ist häufig einfacher, die Farbe direkt in Realsoft3D zu bestimmen, als jedesmal die Farbe im Malprogramm zu ändern und die Grafik erneut abzuspeichern. Weiterhin kann man damit nicht nur einfach die Farbe bestimmen, sondern auch den Glanzgrad und dergleichen. Ein gutes Beispiel dafür findet sich im Realsoft3D-Handbuch. Dort wird auf einen Granitblock eine goldene Schrift platziert. Dabei werden zwei Materialien verwendet: Granit und Gold. Die Textur definiert nun einfach die Stellen, an denen Granit verwendet werden soll und an denen Gold verwendet werden soll.

Eine Textur kann eine Quelle für jede Eigenschaft sein. Also auch für Glanz, Reflexionen, Glanzlichter oder auch für Zwischenwerte wie Winkelabhängigkeiten.

Opaque Materialien

Große Geometrie

Dies ist das eigentliche Objekt, welches man mittels NURBS oder SDS modelliert. Es beschreibt die Form des Objekts. Diesem Objekt kann über eigene Kanäle an verschiedenen Punkten verschiedene Eigenschaften zugewiesen werden, welche man dann im VSL-Programm zur Steuerung des Aussehens verwenden kann.

Grundfarbe

Die Grundfarbe wird innerhalb des Shaders „Surface properties“ dem Kanal „Color“ zugewiesen.

VSL-Code für die Grundfarbe: Surface properties{Color=Konstante(0, 0.667, 0.282)}

Die meisten Objekte haben eine Grundfarbe. Wenn man ein Objekt vereinfacht, bleibt die Grundfarbe übrig. Einfache Zeichentrickfilme oder Comics sind dafür ein guten Beispiel. Ein Keks ist häufig zum Beispiel gold-braun. Ein Bleistift hellbraun oder grün lackiert mit goldener Schrift.

Die Grundfarbe ist das, was man auf die Frage „Welche Farbe hat dieses Objekt?“ als Antwort erhält.

Glanzlicht

Das Glanzlicht wird über das spezielle VSL-Objekt innerhalb des Shaders „Surface Illumination“ dem Illumination-Kanal zugewiesen. Als Argument wird die Farbe des Glanzlichtes angegeben.

VSL-Code für das Glanzlicht: Surface illumination{Illumination+=Glanzlicht(Color)}

Die meisten natürlichen Objekte haben keine Glanzlichter: Holz, Steine, Erde. Künstliche Objekte oder bearbeitete natürliche Objekte haben manchmal ein gewisses Glanzlicht: Metalle, Glas, poliertes Holz, Kunstoff.

Glanzlichter sind reflektierte Lichtquellen. Im Prinzip handelt es sich dabei um eine Spiegelung, die nur bei einer sehr hohen Helligkeit auftritt. Diese Helligkeit wird nur direkt von Lichtquellen erreicht. Diese Helligkeit wird auch nur an Stellen erreicht, an denen die Lichtstrahlen nahezu senkrecht auf die Oberfläche treffen. Eine Reflektion ist also eine Spiegelung der Lichtquelle! Durch die zusätzlichen Eigenschaften der Oberfläche wird das Spiegelbild aber soweit verzerrt, das die Lichtquelle an sich nicht mehr sichtbar ist. Es bleibt ein heller Lichtfleck.

Glanzlicher treten daher an Stellen auf, an denen die Lichtstrahlen senkrecht auf die Oberfläche treffen. Sie treten daher häufig bei gewölbten Oberflächen auf, wohingegen sie bei ebenen Oberflächen nicht sichtbar sind. Ihr Aussehen ist – da es sich um eine Spiegelung handelt – abhängig vom Betrachtungswinkel der Oberfläche.

In der Grundeinstellung wird der Farbkanal als Farbe des Glanzlichtes verwendet. Dies ist für die meisten Materialen sinnvoll. Man kann aber auch jeden anderen Kanal für die Glanzlichtfarbe verwenden.

Die Glanzlichtfarbe wird einfach der eigentlichen Oberflächenfarbe hinzuaddiert. Die „Brightness“, oder besser die Helligkeit geben dabei die Stärke der Addition an. Umso stärker, umso mehr tritt die Glanzlichtfarbe hervor. Die „Sharpness“, oder einfach Shärfe gibt dabei die Weichheit des Überganges an. Umso höher dieser Wert ist, umso weicher ist der Übergang. Praktisch verkleinert sich dabei auch das Glanzlicht.

Reflexionen

Reflexionen sind Spiegelungen. Bei Spiegelungen spiegelt sich die Umgebung im Objekt. Wichtig dabei ist anzumerken: dieser Effekt funktioniert nur, wenn sich auch Objekte in der Umgebung befinden! Ansonsten gibt es nichts zu spiegeln. Ein 100%iger, absoluter Spiegel erscheint in einer Umgebung ohne andere Objekte einfach schwarz.

Ein extremes Beispiel für Spiegelungen ist Chrom. Zierleisten an Autos zum Beispiel. Ein relativ guter Spiegel, aber bedingt durch die starke Krümmung der Leiste wird das Spiegelbild stark verzerrt.

Kleine Geometrie

Viele Oberflächen haben eine Struktur. Häufig kann man diese Struktur mit den Fingern erfühlen. Sie ist allerdings so klein, häufig wäre es einfach zu aufwändig, diese direkt zu modelieren. Daher greift man hier zu einem Trick und verbiegt nur die Flächennormalen.

Transparente Materialien

Brechungsindex

Grundfarbe

Dichte

Streuung

Spezialeffekte

Selbstleuchtende Materialien

Subsurface-Scatering

Mehrschichtige Lacke