Auf einem grundlegenden Level kann die natürliche Welt als Zusammenspiel von Energie und Materie modelliert werden. Diese Interaktion kann wiederum vom Betrachter durch das sichtbare Erscheinungsbild der Welt betrachtet werden.

In diesem Modell der natürlichen Welt ist das Erscheinen eines Objekts eine Folge der Materie, die es ausmacht. Mit anderen Worten, das Erscheinen ist eine intrinsische Eigenschaft eines Objekts. Um jedoch die Zuordnung von intuitiven Kategorien der natürlichen Welt zu einer simulierten Welt zu erleichtern, kann ein formales Modell das Aussehen eines Objekts vom Objekt selbst trennen. Das Aussehen ist dann eine extrinsische Kategorie zwischen dem Betrachter und der Interaktion von Energie und Materie. Die Definition von Aussehen als extrinsische Eigenschaft hat auch einen sehr nützlichen Nebeneffekt: Die Trennung des Aussehens eines Objekts und seiner geometrischen Struktur ermöglicht eine experimentelle Freiheit, die für die Rolle des Renderings bei Design- und Visualisierungsaufgaben grundlegend ist.

Modellierung iRay

Iray bildet die konzeptionellen Kategorien des natürlichen Weltmodells – Energie, Materie, Aussehen und Beobachter – auf Kategorien ab, die zur Beschreibung einer simulierten Welt geeignet sind: Licht, Geometrie, Material und Kamera.

Bei dieser Zuordnung sind drei wichtige Punkte zu beachten:

  • Objekte werden auf ihre geometrische Form abstrahiert.
  • Die Wechselwirkung von Licht mit der geometrischen Form eines Objekts wird durch ein Material definiert, das das Aussehen bestimmt. Die Wechselwirkungen von Licht und Objekten werden in Analogie zu einer herkömmlichen Fotokamera erfasst.
  • Lichter, Geometrien, Materialien und Kameras in einer simulierten Welt und ihre räumlichen Beziehungen bilden eine Szene. In iRay ist die Szene die zu rendernde simulierte Welt.

Eine Aufzeichnung der Welt erstellen.

Die in einer Szene spezifizierte virtuelle Kamera definiert Attribute analog zu denen, die eine reale mechanische Kamera charakterisieren, z.B. Blickrichtung und Brennweite. Aber im Gegensatz zu einer realen Kamera kann eine virtuelle Kamera keine Aufzeichnung einer Szene erstellen. Diese Aufgabe wird vom Renderer erfüllt.

Die Strategien zur Erstellung einer Aufzeichnung eines Renderings können je nach Renderer unterschiedlich sein. Beim Raytracing beispielsweise bestimmen Linien, die von der „Augenposition“ der Kamera in die Szene gezogen werden, die Farbwerte der entsprechenden Position im resultierenden Datensatz. Mit anderen Worten, die Kamera bestimmt die Geometrie der Beziehung und der Renderer steuert, wie die Farbwerte berechnet werden. Die Steuerung des Renderers ist stark davon abhängig, wie der Renderer in der Software implementiert ist. Die Entwicklung einer Intuition für die Steuerung des Renderers erfordert das Verständnis des Renderingprozesses selbst.

Der Rendering-Prozess.

Im Folgenden beschreiben wir die Inputs, Prozesse und Outputs, die den Phasen des Renderingprozesses zugeordnet sind:

  • Input – Die Szene, die die Beschreibung der Welt und eine Position und Richtung enthält, von der aus die betrachtet wird. Je umfangreicher und detaillierter die Beschreibung, desto realistischer kann die Interaktion mit Oberflächen und Volumen modelliert werden.
  • Prozesse – Der Renderer, die die Szenenbeschreibung verarbeitet. Die Algorithmen, die der Renderer implementiert, bestimmen seine Fähigkeit, das Verhalten von Licht und seine Interaktion mit Objekten aufzuzeichnen und darzustellen.
  • Output – Der Output des Rendering-Prozesses, welches ein Bild ist – die Aufzeichnung dessen, was die Kamera „gesehen“ hat. Die Qualität des Bildes wird durch die Komplexität des Dateispeicherformats und die Fähigkeiten des Outputgeräts bestimmt, das zur Anzeige des Bildes verwendet wird.

Material-Konzepte.

MDL: Der Standard für Materialien.

Materialien in iRay für 3ds Max basieren auf MDL (Material Definition Language), die aus Bausteinen bestehen, die flexibel kombiniert werden können. MDL ist ein offener Standard zur Beschreibung von Materialien und der Wechselwirkung von Licht auf ihrer Oberfläche und ihrem Volumen. Iray-Materialien simulieren die gesamte Beleuchtungsgleichung und führen durch die Verwendung von Messdaten in ihren Materialien zu einer Genauigkeit in der Simulation.

In iRay werden Ihnen eine Vielzahl von Materialien vorgestellt, die Ausgangspunkte bilden, die so angepasst werden können, dass sie fast jedes Material mit Genauigkeit darstellen. Materialien können mit anderen MDL-fähigen Anwendungen geteilt werden, so dass alle Designer, Entwickler und andere Personen, die an einem Projekt arbeiten, mit einem einzigen Satz von Materialien arbeiten.

Realistische Struktur.

Iray+ Materialschichten folgen der realen Materialbildungsstruktur, so dass die Art und Weise, wie Sie sie in iRay für 3ds Max sehen, folgt, wie sie in der Natur hergestellt oder gefunden werden würden. Ein lackiertes Holz z.B. folgt der Struktur:

  • Decal: Vinyl Sticker
  • Oberfläche 1: Verkratzt den Alpha-Kanal
  • Oberfläche 2: Klarlack Lackierung
  • Beschichtung: Lackierung mit diffuser Farbe
  • Basis: Pine Wood mit Bump Map
  • Geometrie: Wald Geometrie

Sie werden in einer Top-Down-Struktur erstellt, wobei die Kerngeometrie am unteren Ende der Schichtenordnung steht und bei Bedarf zusätzliche Schichten darauf aufgebaut werden. Mehrere Schichten jedes Typs können in beliebiger Reihenfolge hinzugefügt werden, was hochkomplexe Oberflächen wie mehrschichtige Farbablösungen und Rost, Späne und Kratzer ermöglicht.

Entwickelt mit dem Ziel der Zusammenarbeit.

Der praxisnahe Materialansatz ermöglicht eine effiziente Wiederverwendung und Aufteilung der einzelnen Komponenten auf verschiedene Materialien. Zum Beispiel können Sie die Farbe, den Lack und das Abziehbild von der Kiefernholzbasis nehmen und sie zu einem Putz oder Betonsockel hinzufügen. Sehr schnell haben Sie aus diesen Bausteinen ein neues Material erstellt, ohne die mühsame Arbeit, jedes Mal von vorne anzufangen.

Die große Materialbibliothek, die bereits in iRay für 3ds Max enthalten ist, ermöglicht es, selbst die einzigartigsten Materialien extrem schnell zu erstellen. Der offene Charakter von MDL ermöglicht den Austausch zwischen Communities und zwischen Anwendungen, wodurch ein Großteil der normalerweise anfallenden Wiederholungen entfällt.

Lighting-Konzepte.

Das Licht in einer iRay-Szene kann aus drei Quellen stammen: globale Beleuchtung aus der Umgebung, emittierende Materialien oder Kunstlicht innerhalb der Szene. Eine Szene kann vollständig von einer dieser Quellen oder von einer Kombination der drei Quellen beleuchtet werden. Diese drei großen Kategorien können weiter in spezifischere Lichtquellen oder -arten unterteilt werden. Die Umgebungsbeleuchtung kann entweder direkt von einer IBL (image-based lighting) oder von einer prozeduralen Sonnen- und Himmels-Simulationsumgebung mit der Bezeichnung PhysicalSky kommen. Die Kunstlichter gibt es in verschiedenen Ausführungen, von denen einige mit den üblichen 3ds-Max-Lichttypen gesteuert werden und andere, die einzigartig für das iRay-Plugin sind.

Die Beleuchtungssysteme in iRay für 3ds Max sind alle physikalisch korrekt, wenn Sie Daten aus der realen Welt in eine Modell oder eine Simulation einfügen, erhalten Sie eine präzise Beleuchtung. Dies ist perfekt, um Licht in der Simulation zu studieren und realistischere Animationen zu erstellen. Die PhysicalSky-Umgebung ist ideal für Tageslichtstudien und liefert genaue Leuchtdichten in jedem Modell.

Neben dem Hinzufügen neuer iRay-Leuchten zur leistungsstarken Steuerung des Aussehens Ihrer Szenen unterstützten wir viele der vorhandenen 3ds Max-Leuchten, so dass Ihre bestehenden Modelle wie erwartet funktionieren, ohne die vorhandene Beleuchtung ersetzen zu müssen.

Beleuchtung der Umgebung.

Iray verwendet das Konzept der Umgebungen, um die Welt rund um die Szene zu beschreiben. Diese dienen dazu, dem Bild den sichtbaren Hintergrund zu geben (bei fehlender Rückplatte) und auch die Szene zu beleuchten. Die IBL-Umgebung kann entweder als Kugel oder Halbkugel und zusätzliche Parameter angegeben werden, mit denen Sie die Größe der Kuppel und verschiedene Grundplatteneffekte steuern können.

Iray bietet auch eine leistungsstarke Prozessumgebung mit der Bezeichnung PhysicalSky. Dies erzeugt eine physikalisch realistische, hochdynamische Lichtkuppel um eine Szene herum. Sie können viele Aspekte dieser Kuppel steuern, darunter die Gesamtintensität sowie den Sonnenstand und das Erscheinungsbild am Himmel (der Sonnenstand kann entweder direkt mit einem Höhen-Azimut-Koordinatensystem oder über das umfangreiche Datum/Uhrzeit/Ortungspanel eingestellt werden). Da dies physikalisch genau ist, werden Sie realistische Halo-Effekte um die Sonnenscheibe herum sehen, Trübung in der Atmosphäre, Himmelsfarbe etc.

Künstliche Beleuchtung.

Iray hat mehrere Arten von Kunstlicht, mit denen eine Szene teilweise oder vollständig ausgeleuchtet werden kann. Wie bereits erwähnt, werden einige dieser Lichttypen in Verbindung mit den Standard 3ds Max Lichttypen verwendet, um sich nahtlos in Ihren bestehenden Workflow zu integrieren, während andere Lichttypen einzigartig für das iRay Plugin sind und separat gesteuert werden.

3ds Max Lights.

Die folgenden Lichtarten werden bei der Umstellung von den standardmäßigen 3ds Max Lichttypen verwendet. Im iRay-Plugin werden keine speziellen Kontrollen für sie hinzugefügt, aber der am besten geeignete Typ wird automatisch für die beste Konvertierung ausgewählt.

Distant Lights

Fernlichter fungieren als Punktlicht, das unendlich weit von der Szene entfernt platziert ist. Die Beleuchtung ist parallel und gleichmäßig – d.h. jeder Punkt in der Szene „sieht“ das Licht in die gleiche Richtung und mit der gleichen Intensität. Im Wesentlichen imitiert es einfaches Sonnenlicht.

Point Lights.

Point Lights sorgen für eine gleichmäßige Lichtverteilung von einem einzigen Punkt innerhalb der Szene. Die Beleuchtung an jedem Punkt der Szene hängt von der Richtung zur Lichtposition aus der Sicht dieses Punktes ab und ist auch proportional zum umgekehrten Quadrat des Abstands zwischen diesem Punkt und der Lichtposition. Die Lichtquelle ist in der Szene nicht sichtbar.

Spot Lights.

Spot Lights sind ähnlich wie Point Lights, aber die Lichtverteilung ist nicht sphärisch gleichmäßig. Stattdessen wird es in einen „Kegel“ gerichtet, um das Aussehen eines echten Scheinwerfers nachzuahmen. Die Lichtquelle ist in der Szene nicht sichtbar.

Photometric Lights.

Ähnlich wie Point- und Spot Lights, aber nicht gleichförmig oder einfach kegelförmig, liest dieser Lichttyp eine externe IES-Datei ein, die eine komplexere Lichtverteilung beschreibt. Diese Verteilung kann wie das Spot Light ausgerichtet werden, aber die tatsächliche Form der Verteilung wird durch die IES-Datei festgelegt. Die Lichtquelle ist in der Szene nicht sichtbar.

Area Lights.

Area Lights sind einzigartig für das iRay-Plugin und verfügen daher über eigene Bedienelemente und Benutzeroberflächen.

Area Lights definieren einfache Geometrien (Rechtecke, Scheiben, Kugeln und Zylinder), die Licht emittieren. Im Gegensatz zu den anderen Arten von Kunstlicht sind diese standardmäßig in der Szene sichtbar, so dass sie gut für die Modellierung einfacher Glühbirnen, Lichtbänder und dergleichen geeignet sind. Sie können auch für die Kamera unsichtbar gemacht werden, wie alle anderen Lichtarten. Jede Art von Area Light hat Parameter, mit denen Sie die Position, Größe. Form und Ausrichtung des Lichts steuern können. Standardmäßig geben die Area Lights eine gleichmäßige Grundbeleuchtung ab, aber es ist auch möglich, eine IES-Datei wie bei den Photometric Lights anzuhängen. In diesem Fall fungiert jeder Punkt auf der Oberfläche des Flächenlichts mit diesem Profil als Punktquelle, um die Gesamtbeleuchtung wird durch eine Integration über die Oberfläche gegeben.

Rendering-Konzepte.

Iray bietet verschiedene Renderer, die auf die Ausführung bestimmter Rendering-Aufgaben zugeschnitten sind. Iray+ ist ein Produktionsrenderer mit voller globaler Beleuchtungsunterstützung. Iray+ Interactive ermöglicht eine schnelle Interaktion und Veränderung Ihrer Szene. Dieses „Unified Rendering Model“ bedeutet, dass alle Renderer eine gemeinsame Darstellung Ihrer Szene und Ihrer Materialien in 3ds Max teilen. Dadurch wird die Konsistenz des Erscheinungsbildes unabhängig davon gewährleistet, welchen Renderer Sie verwenden. Wenn Sie in Ihrem Workflow eine andere iRay-fähige Software verwenden, erstreckt sich diese Konsistenz über den gesamten Workflow.

Skalierbarkeitskonzepte.

Iray wurde entwickelt, um die Vorteile Ihrer GPUs voll auszuschöpfen und bietet massive Leistungssteigerungen bei der Rendergeschwindigkeit, wenn Sie zusätzliche Hardware hinzufügen. Dies macht es zu einer unglaublich effizienten Wahl für den Einsatz von verteiltem Rendering in Ihrem Workflow. Cluster- oder Renderfarmen werden standardmäßig mit dem Batch-Rendering-Tool 3ds Max oder anderen Add-ons wie dem Backburner unterstützt. Der Support für Cloud-Rendering ist Standard und äußerst einfach einzurichten.

Wir hoffen, dass wir Ihnen einen vertieferenden Einblick in die Thematik bieten konnten. Sofern Sie Anregungen oder Fragen haben sollten, hinterlassen Sie uns unten einen Kommentar.

Vielen Dank für Ihren Besuch.