Blender 4.1: Schatten, Bloom und Simulationen

Nachdem du nun in den vorherigen Lektionen den Umgang mit Blender, das Kopieren, Einfügen und Einrastern und letztendlich auch das Shading in Blender erlernt hast, geht es in dieser Lektion darum, wie man einfache Render-Einstellungen in Blender festlegen und entsprechenden Output erzeugen kann. Hierbei handelt es sich nicht um eine Anleitung, wie du professionelle Render-Einstellungen erlernst. Das folgt eventuell später. Hier geht es lediglich darum, einen Output zu erzeugen, der sich sehen lassen kann. Also, los gehts.

Ambient Occlusion (Umgebungsverdeckung)

Eine relativ einfache und schnelle Art realistische 3D Render mit Schatten zu erzeugen, ist die Einstellung „Ambient Occlusion“. Diese Einstellung bzw. dieses Feature findest du auch in Blender. Ambient Occlusion (kurz AO) ist eine Rendering-Technik, die dazu verwendet wird, weiche Schatteneffekte in den Vertiefungen und an den Kontaktstellen von Objekten zu simulieren. Diese Technik verbessert die Wahrnehmung von Tiefe und Details in einer Szene, indem sie Bereiche verdunkelt, die weniger Umgebungslicht erhalten.

Wann sollte man Ambient Occlusion nutzen?

• Verbesserung der Tiefenwahrnehmung: Ambient Occlusion hilft dabei, kleine Details und Vertiefungen besser sichtbar zu machen. Es wird oft verwendet, um den Realismus von Szenen zu erhöhen.
• Vorschaurendering: Bei der Erstellung von Vorschaurenderings ist Ambient Occlusion hilfreich, um eine schnelle Vorstellung davon zu bekommen, wie die Lichtsituation in der Szene wirkt.
• Stilisierte Renderings: Manchmal wird Ambient Occlusion auch in stilisierten Renderings eingesetzt, um den Kontrast und die Lesbarkeit von Formen zu verbessern.

Wozu ist Ambient Occlusion genau?

• Simuliert indirektes Licht: Ambient Occlusion berechnet, wie viel Umgebungslicht auf einen Punkt fällt, basierend auf der Geometrie der Szene. Bereiche, die weniger Licht erhalten (z.B. Ecken, Ritzen), werden dunkler dargestellt.
• Verbessert Details: Ambient Occlusion macht kleine Details in der Geometrie sichtbarer, indem es subtile Schatten hinzufügt.

Wozu ist Ambient Occlusion nicht geeignet?

• Nicht für direkte Schatten: Ambient Occlusion ersetzt keine direkten Schatten, die durch Lichtquellen erzeugt werden. Es ergänzt nur das indirekte Licht.
• Nicht für physikalisch korrekte Beleuchtung: Ambient Occlusion ist eine vereinfachte Methode zur Schattierung und kann physikalisch korrekte Lichtberechnungen nicht ersetzen.
• Nicht immer für Außenaufnahmen geeignet: In sehr hellen, offenen Szenen (wie einer Wüste) kann Ambient Occlusion unnötig sein oder sogar unnatürlich wirken.

Einstellungen und deren Auswirkungen

Blender bietet verschiedene Einstellungen für Ambient Occlusion, je nachdem, ob du die Workbench, Eevee oder Cycles Render Engine verwendest. Dazu kommen wir dann später noch genauer. Du solltest nur wissen, dass Ambient Occlusion sich je nach der Render-Einstellung anders auswirkt.

• Distance: Bestimmt die Reichweite des AO-Effekts. Größere Werte erweitern den Effekt über eine größere Entfernung, was zu größeren Schatten führt.
• Factor: Bestimmt die Intensität des AO-Effekts. Höhere Werte verstärken den Effekt, niedrigere Werte machen ihn subtiler.
• Trace Precision: Bestimmt die Genauigkeit der Berechnung von Ambient Occlusion. Es beeinflusst, wie präzise Blender die Umgebungslichtverteilung und die daraus resultierenden Schatten berechnet.
• Bent Normals: Eine erweiterte Methode zur Berechnung von AO, bei der die Normale (die Ausrichtung einer Oberfläche) basierend auf der Umgebungsluminanz angepasst wird. Diese Methode berücksichtigt besser die tatsächliche Beleuchtung und kann realistischere Schatten erzeugen.
• Bounces Approximation: Bounces Approximation bezieht sich auf die Berechnung von Mehrfachreflexionen des Lichts. Bei AO werden standardmäßig nur die direkten Schatten berücksichtigt. Mit der Bounces Approximation kannst du zusätzliche Reflexionen des Umgebungslichts simulieren, was zu realistischeren Ergebnissen führen kann.

Diese erweiterten Einstellungen bieten dir mehr Kontrolle über die Qualität und den Realismus der Ambient Occlusion in deinen Renderings. Durch das Anpassen dieser Parameter kannst du ein Gleichgewicht zwischen Renderzeit und visueller Qualität finden, das deinen Bedürfnissen und der Komplexität deiner Szene entspricht. Teste es später ruhig aus. Nur so lernt man.

Schritte um Ambient Occlusion zu aktivieren

1. Wechsle in Blender im rechten Menüfenster auf die Render-Einstellungen. Das Icon sieht wie ein Fernseher aus.
2. Aktiviere die Option „Ambient Occlusion“ und öffne die dazugehörigen Einstellungen
3. Nun kannst du alle „Ambient Occlusion“ Einstellungen festlegen, die sich direkt auf das Vorschaufenster auswirken

Aufgabe: Aktiviere unter den Render-Settings die Option „Ambient Occlusion“ und setze den Distance-Wert auf 6m und den Factor auf 3.0. Deaktiviere zusätzlich die Option „Bounces Approximation“.

Bloom Effekt

Bloom ist ein visueller Effekt, der verwendet wird, um eine leuchtende Überstrahlung um helle Lichtquellen herum zu erzeugen. Dieser Effekt ist besonders nützlich, um die Intensität von Lichtquellen hervorzuheben und eine realistischere oder stilisiertere Darstellung von Szenen zu erreichen. Du kennst den Bloom Effekt eventuell von Fotos oder Videos, wenn die Kamera in das Sonnenlicht oder eine andere starke Lichtquelle gehalten wird.

Wann sollte man Bloom nutzen?

• Hervorhebung von Lichtquellen: Bloom wird häufig verwendet, um Lichtquellen wie Sonnenlicht, Lampen, Neonlichter oder andere helle Objekte hervorzuheben.
• Erstellen von Atmosphären: Bloom kann dazu beitragen, eine bestimmte Atmosphäre zu erzeugen, z.B. eine traumhafte, futuristische oder magische Stimmung.
• Visuelle Ästhetik: In vielen Spielen, Filmen und Animationen wird Bloom verwendet, um eine visuell ansprechende Ästhetik zu schaffen.

Wozu ist Bloom genau?

• Erzeugt leuchtende Überstrahlung: Bloom sorgt dafür, dass helle Bereiche in deiner Szene eine weiche, leuchtende Überstrahlung haben, was sie realistischer und eindrucksvoller erscheinen lässt.
• Verbessert die Lichtdarstellung: Durch Bloom wirkt das Licht intensiver und natürlicher, da es eine leichte Ausbreitung simuliert, wie man sie in der realen Welt sehen würde.

Wozu ist Bloom nicht geeignet?

• Nicht für alle Szenen: In Szenen, die realistisch und ohne starke Lichteffekte bleiben sollen, kann Bloom unpassend sein.
• Übermäßiger Einsatz: Zu viel Bloom kann eine Szene überladen und unnatürlich erscheinen lassen. Es sollte sparsam und gezielt eingesetzt werden.

Einstellungen und deren Auswirkungen

Blender bietet verschiedene Einstellungen für den Bloom-Effekt, insbesondere in der Eevee Render Engine. Lass uns doch mal ansehen, welche Einstellungen es dafür genau gibt:

• Threshold: Bestimmt die Helligkeitsschwelle, ab der Bloom angewendet wird. Ein niedriger Wert bedeutet, dass mehr Bereiche den Bloom-Effekt erhalten, während ein höherer Wert den Effekt auf die hellsten Bereiche beschränkt.
• Knee: Bestimmt, wie weich die Übergänge am Schwellenwert sind. Ein höherer Knee-Wert macht die Übergänge weicher, ein niedrigerer Wert macht sie schärfer.
• Radius: Bestimmt die Größe der Überstrahlung. Ein größerer Radius führt zu einer breiteren Überstrahlung, während ein kleinerer Radius die Überstrahlung auf einen engeren Bereich begrenzt.
• Color: Bestimmt die Farbe der Überstrahlung. Ermöglicht es dir, die Farbe des Bloom-Effekts anzupassen, um spezifische visuelle Stile oder Atmosphären zu erzeugen.
• Intensity: Bestimmt die Stärke des Bloom-Effekts. Ein höherer Intensitätswert verstärkt den Effekt, während ein niedrigerer Wert ihn subtiler macht.
• Clamp: Begrenzt die maximale Intensität der Überstrahlung. Ein höherer Clamp-Wert kann verhindern, dass der Bloom-Effekt zu intensiv und überwältigend wird.

Schritte um Bloom zu aktivieren

1. Wechsle in Blender im rechten Menüfenster auf die Render-Einstellungen. Das Icon sieht wie ein Fernseher aus.
2. Aktiviere die Option „Bloom“ und öffne die dazugehörigen Einstellungen
3. Nun kannst du alle „Bloom“ Einstellungen festlegen, die sich direkt auf das Vorschaufenster auswirken

Aufgabe: Aktiviere unter den Render-Settings die Option „Bloom“ und setze den Threshold-Wert auf 6m und den Intensity-Wert auf 1.0.

Die erste Render-Simulation mit Blender

So, nachdem wir alle Vorbereitungen getroffen haben, versuchen wir uns an der ersten Simulation mit Blender. Wir werden nun eine Render-Simulation erzeugen, die unser Konstrukt zusammenstürzen lässt. Mit Schatten und etwas Realismus. Keine Sorge, wir gehen Schritt für Schritt vor, damit du alles zu jederzeit nachvollziehen kannst.

Die Blender-Timeline

Alle Simulationen basieren in Blender auf der Timeline und den jeweiligen Einstellungen. Dort werden nämlich so genannte Frames festgelegt. Frames sind Bilder die je Sekunde erzeugt und abgespielt werden. Die Standardeinstellung bei Blender sind 24 solcher Bilder pro Sekunde. Lässt du also 48 Bilder rendern, dann hast du eine Animation die 2 Sekunden lang ist. Du kannst diese Einstellung unter Properties Panel > Output Properties > Format > Frame Rate ändern – als Anfänger empfehle ich dir das allerdings nicht.

Standardmäßig benötigt Blender also 24 Bilder pro animierter Sekunde. Der zweite Standardwert bei Blender sind 250 Frames auf der Timeline. Das entspricht ca. 10 Sekunden Animation.

Schritte um die Blender-Timeline zu finden und zu modifizieren

• Wechsle in den Layout-Tab (Arbeitsbereich)
• Ganz unten findest du die Timeline von Blender und die Einstellungen dazu

Aufgabe: Setze die Anzahl der Frames in der Blender Timeline auf 120 Frames (für ca. 5 Sekunden)

Alle mit demselben Material, bitte

Damit wir nun alle unsere Würfel mit der grey.jpg Texture auswählen können, greifen wir auf eine Selektions-Methode zurück, die wir in unserer Lektion bereits ähnlich erlernt haben. Denn unsere Würfel mit der jeweiligen Texture werden für eine Animation benötigt. Da alle diese Würfel die gleiche Texture besitzen – und kein Würfel auf diese Texture zurückgreift den wir eventuell nicht benötigen – haben wir es leicht.

Schritte um Objekte zu selektieren, die das gleiche Material verwenden

• Stelle sicher, dass du dich im Layout-Tab befindest
• Klicke auf ein Objekt, von dem du weißt, dass es das gewünschte Material verwendet
• Wähle nun im Menü Select > Select Linked > Material

Aufgabe: Selektiere alle Würfel, die unsere Struktur ohne Wiese und/oder Erde ausmachen.

Die erste Blender Simulation mit Rigid Bodies

Rigid Bodies sind eine Funktion in Blender, die es ermöglicht, physikalisch korrekte Simulationen von starren Objekten zu erstellen. Das bedeutet, dass diese Objekte auf physikalische Kräfte wie Schwerkraft und Kollisionen reagieren, ohne ihre Form zu verändern. Diese Simulation wenden wir nun auf unsere ausgewählten Objekte an.

Optionen unter Object > Rigid Body

1. Add Active: Diese Option fügt dem ausgewählten Objekt einen aktiven Rigid Body hinzu. Das Objekt wird Teil der physikalischen Simulation und reagiert auf Kräfte und Kollisionen. Aktive Rigid Bodies können sich bewegen und interagieren mit anderen Objekten.
2. Add Passive: Diese Option fügt dem ausgewählten Objekt einen passiven Rigid Body hinzu. Das Objekt wird Teil der physikalischen Simulation, bewegt sich jedoch nicht. Es fungiert als Hindernis für aktive Rigid Bodies und beeinflusst deren Bewegung durch Kollisionen.
3. Remove: Entfernt den Rigid Body von dem ausgewählten Objekt. Das Objekt nimmt nicht mehr an der physikalischen Simulation teil.
4. Change Shape: Ändert die Kollisionsform des Rigid Body. Die Kollisionsform bestimmt, wie das Objekt in der Simulation auf andere Objekte trifft. Mögliche Formen sind „Box“, „Sphere“, „Capsule“, „Cylinder“, „Cone“, „Convex Hull“ und „Mesh“.
5. Calculate Mass: Berechnet die Masse des Rigid Body basierend auf dem Volumen des Objekts und einem ausgewählten Material. Die Masse beeinflusst, wie das Objekt auf Kräfte reagiert. Ein schwereres Objekt bewegt sich langsamer als ein leichteres Objekt bei der gleichen Kraft.
6. Copy from Active: Kopiert die Rigid Body-Einstellungen vom aktiven (ausgewählten) Objekt zu anderen ausgewählten Objekten. Dies ist nützlich, wenn du mehrere Objekte mit denselben physikalischen Eigenschaften versehen möchtest.
7. Apply Transformation: Wendet die aktuelle Transformation des Objekts auf die Rigid Body-Simulation an. Dies kann notwendig sein, um sicherzustellen, dass das Objekt korrekt in der Simulation positioniert und ausgerichtet ist.

Die Rigid Body-Funktion in Blender ist ein mächtiges Werkzeug für die Erstellung physikalisch realistischer Simulationen. Durch das Hinzufügen von aktiven und passiven Rigid Bodies zu deinen Objekten kannst du realistische Interaktionen und Bewegungen erzeugen.

Schritte um Rigid Bodies anzuwenden

1. Stelle sicher, dass du dich im Layout-Tab befindest
2. Stelle danach sicher, dass du Objekte selektiert hast, auf die diese Simulation angewandt werden soll
3. Klicke im Menü auf Object > Rigid Body – Du hast nun die Wahl Active oder Passive Rigid Bodies zu erzeugen

Active Rigid Bodies

Wie ich oben bereits kurz erwähnt habe, handelt es sich bei Objekten, die als Active Rigid Bodies markeirt wurden, um Objekte die sich bewegen und mit anderen Objekten interagieren. Genau solche Objekte benötigen wir in unserer Struktur, da diese in sich zusammenfallen soll und alle Steine mit den anderen Steinen interagieren sollen.

Aufgabe: Markiere die selektierten Objekte als Active Rigid Bodies

Allerdings funktioniert dann unsere Simulation noch nicht wie erwartet. Denn den aktiven Rigid Bodies fehlt etwas entscheidendes: Passive Rigid Bodies.

Passive Rigid Bodies

Werden Objekte als Passive Rigid Bodies markiert, dann sind sie ebenfalls Teil der Simulation, allerdings bleiben diese starr an ihrem Platz und bewegen sich nicht. Sehr wohl haben sie aber eine Auswirkung auf Rigid Bodies die als Active markiert sind.

Aufgabe: Selektiere die untere Ebene mit der green.jpg Texture und markiere alle Elemente mit demselben Material. Aktiviere diese Elemente dann als Passive Rigid Bodies.

Modifiers and Simulations

Die Simulation funktioniert nun nach wie vor nicht wie erwartet. Unsere ganze Struktur wird nach wie vor durch den Boden fallen und nichts wird wie erwartet simuliert. Warum ist das so? Ganz einfach… oder auch nicht: Wir haben Objekte in unserer Szene die Modifier verwenden (erinnere dich an die Array Modifier). Blender benötigt nun die Information, ob denn diese Objekte mit aktiven Modifier auch Teil der Simulation werden sollen. Klingt komisch, ist aber so. Man muss die Modifier für die Simulation nochmals anwenden. Dadurch werden die Modifier Teil des ganzen „Mesh“ und man kann den Modifier nicht mehr editieren.

Schritte um einen Modifier einer Simulation zuzuordnen

• Wechsle auf das Modifier Fenster (das Icon mit dem Schraubenschlüssel)
• Klicke bei dem jeweiligen Modifier auf das umgedreht Dreieck um weitere Optionen anzuzeigen
• Klicke in dem Dropdown-Menü auf „Apply“ – dadurch verschwindet der Modifier

Aufgabe: Füge die Modifier der grünen Ebene der Simulation durch Apply hinzu. Schau dir danach die Simulation an.

Sabotiere die Simulation

So, jetzt fallen logischerweise nur jene Objekte herunter, die keinen Halt bei anderen Objekten finden. Wir wollen jedoch, dass die Simulation so aussieht, als wäre es ein griechischer Tempel, der eben nach vielen Jahren in sich zusammengestürzt ist. Damit wir das erreichen können, muss man die Simulation etwas sabotieren. In unserem Fall bedeutet das, dass wir Blöcke, die den anderen Blöcken einen festen halt geben, verschieben.

Dabei kannst du vollkommen kreativ sein und die Simulation auf mehreren Versuchen durchlaufen und neu ausrichten. Es ist deine Simulation und du kannst sie so gestalten, wie du es möchtest.

Aufgabe: Verschiebe einige Blöcke, die für die Stabilität der Struktur zuständig sind, damit alles in sich zusammenfällt. Starte danach die Simulation und prüfe, ob du zufrieden bist.

Schnellere Ergebnisse? Oder mehr?

Wie du siehst, haben wir nun eine Simulation erschaffen, die unser Konstrukt in sich zusammenfallen lässt. Doch irgendwie geht das recht langsam bzw, sehen wir den Schluss gar nicht, oder? Du kannst die Simulation nun entweder ausdehnen (sprich mehr Frames hinzufügen) oder nochmals, mit etwas mehr Gravität beeinflussen. Oder sogar beides.

Mehr Frames hinzufügen

Wenn dir die Simulation mit 4 Sekunden zu kurz ist, kannst du sie natürlich auch länger machen. Ändere dafür einfach die Anzahl der Frames in der Timeline. 24 Bilder werden von Blender für 1 Sekunde Animation benötigt. Möchtest du also 10 Sekunden sehen, dann hinterlege doch einfach 240 oder 300 Bilder.

Aufgabe: Verlängere die Animation von 4 Sekunden auf 10 Sekunden

Erhöhe die Gravitation

Blender hat eine eigene Simulationumgebung für seine Szenen. In diesen „Scene Properties“ kannst du eine Vielzahl von Einstellungen festlegen, die sich auf die gesamte Szene auswirken. Diese Einstellungen sind in verschiedene Kategorien unterteilt und betreffen Aspekte wie Einheiten, Gravitation, Kamera, Audio, Physik und mehr.

Du findest dort unter anderem die Einstellung zur Gravitation, die die globale Gravitationseinstellungen für die Szene beinhaltet. Standardmäßig ist die Gravitation in Blender auf 9.81 m/s² gesetzt, was der Erdanziehungskraft entspricht. Setzt du diese höher, dann werden die Steine schwerer und fallen dementsprechend schneller und mit mehr Kraft.

Schritte um die Gravitation in Blender zu verändern

1. Wechsle im rechten Fenster auf Scene Properties
2. Öffne die Einstellungen zur Gravität
3. Ändere den Wert der hinterlegten Gravitation von 9.81 m/s² auf einen Wunschwert. Je höher, desto größer die Anziehungskraft.

Aufgabe: Verändere die Gravitation von 9.81 m/s² auf 30 m/s². Prüfe danach deine Simulation.

Fazit

Wir haben nun die Simulation erfolgreich erstellt. Dabei hast du erfolgreich Schatten und Lichtquellen erstellt und sogar die Gravitation geändert. Repekt. Du kannst deine Simulation in deiner Timeline im Layout-Tab durchlaufen lassen oder du wechselst zurück zum Shading-Tab und drückst dort die Leertaste. Dir wird dann die Simulation in Farben, mit Licht und Schatten angezeigt.

Eine Kamera haben wir aktuell noch nicht behandelt. Deshalb können wir die Simulation aktuell auch noch nicht „rendern“. Aber was nicht ist, kann ja noch werden, oder?