Making of Holzeisenbahn

00_toy_train       

Die Idee für die Szene ist das Rendering einer Spielzeugeisenbahn aus Holz in einem Kinderzimmer. Der Zug steht fahrbereit zum Spielen auf dem Teppich des Zimmers. Die Andeutung einer Lichterkette und eines Babybetts sollen den flüchtigen Eindruck des Kindeszimmers erreichen. Als Titelseite für das das Buch „Rendering in Maya und V-Ray“ soll die Szene möglichst viel von den Besonderheiten von Chaos Groups V-Ray enthalten. Und da sind natürlich die drei Grundelemente des Renderings Shading, Lighting und Camera zu nennen, die zusammenspielen und das finale Ergebnis ausmachen. Als Besonderheit in V-Ray für die Beleuchtung soll das VRayLightMesh verwendet werden, das vorhandene Geometrie in eine Lichtquelle umwandelt. Für die Kamera sollen reale Werte einer Spiegelreflexkamera verwendet werden. Besonderheit hier ist der Tiefenschärfe-Effekt, der die Lokomotive des Zugs scharf fokussiert und den Rest des Zuges allmählich in Unschärfe tauchen lässt. Der Rest des Zimmers inklusive Bett und einer angeschalteten Lichterkette liegt dann vollständig im Unschärfebereich.

01_google_search

Modell

Eine Suche im Internet nach Holzspielzeug und insbesondere hölzernen Zügen gibt einen ersten Eindruck, wie Spielzeugzüge aus Holz aussehen können und in welchem Detailgrad die einzelnen Teile des Zuges geschnitzt sind.

02_westlake_woodwork

Fast schon als Klassiker ist der in Handarbeit hergestellte Holzzug von Westlake Woodwerk in Seattle. Hinter der Lokomotive hängen drei unterschiedliche Waggons. Der Zug ist aus drei verschiedenen Holzarten gefertigt und wird nicht mit Farbe lackiert.

03_train_warehouse

Im 3D Warehouse von Google lässt sich eine exakte Nachbildung des Spielzeugs finden. Das volltexturierte Modell besteht aus 4500 Polygonen und 32 einzelnen, kleinen Holztexturen.

04_geocheck

Ein erster Blick auf die Geometrie zeigt einige Probleme, die korrigiert werden müssen. Wie bei nach fbx exportierten Sketchup-Modellen üblich, zeigen sich an einigen Stellen verdrehte Normalvektoren, die nach dem Import in Maya im Ambient Occlusion (Render Element VRayExtraTex mit VRayDirt-Shader) erkannt und dann selektiert und invertiert werden müssen. Außerdem sind etliche Geometrie-Teile und Faces unverbunden und zeigen dadurch insbesondere in der Smooth Preview Löcher im Mesh. Im Viewport schwarz angezeigte Geometrien können über den Befehl Mesh Display | Unlock Normals zur weiteren Bearbeitung freigegeben werden. Diese müssen über Combine– und Merge-Befehle und Soften Edges gerichtet werden. Offentsichtlich sind diese Stellen insbesondere am hinteren Rad der Lokomotive und der Kugel an der Frontseite des Dampfkessels.

05_kontaktabzug

Texturen & Materialien

Für den Holz-Shader des Zugs werden die mit dem Modell mitgelieferten Holztexturen verwendet. Diese sind zwar in einer nur mittelmäßigen Auflösung vorhanden, passen aber bereits gut zum UV-Map des Modells und müssen somit nicht weiter verarbeitet werden.

06_shader_holzzug

Durch den fbx-Export aus Sketchup liegen die Shader der Szene als Maya-Phong-Shader mit falschen Reflexions-Einstellungen vor und müssen daher zunächst zu einem VRayMtl umgewandelt werden. Die leichte Unschärfe der Texturen durch die geringe Auflösung ist im späteren Rendering durch die entsprechende Entfernung der Kamera nicht mehr zu sehen. Auf unterschiedliche Materialien für die unterschiedlichen Hölzer wird außerdem verzichtet und nur ein gemeinsamer Shader für alle Holzarten und Texturen verwendet.

07_carpet_texs

Für den Teppichboden, auf dem der Zug steht, wird ein Shader als VRayMtl angelegt, der seine Farbinformation aus einer Fotografie eines Teppichs zieht. Um die unebene Oberfläche eines Teppichs zur Geltung zu bringen, wird eine Graustufen-Textur als Bump Mapping-Vorlage verwendet. Mit einer Bump-Tiefe von 0.012 und ohne Reflexion erzeugen wir die typische Oberflächenstruktur.

08_shader_carpet

Für den Fußboden, auf dem der Teppich liegt, wird eine hochauflösende Fotografie eines dunklen Holzbodens verwendet. Aus der Textur wird ein Graustufenbild für die Reflexions-Eigenschaften sowie eine Normal Map für das Bump Mapping erzeugt.

Der Fußboden liegt im Rendering zwar weit im Hintergrund und damit auch bereit vollständig im Unschärfebereich der Kamera – da sich die Lichter der Lichterkette dort allerdings spiegeln, ist auch bei diesem scheinbar nebensächlichen Material genügend Detailgrad notwendig.

10_shader_parkett

Den noch verbliebenen Materialien für das Bett und das Kabel der Lichterkette hingegen muss wenig Beachtung geschenkt werden. Für das Kabel dient ein einfaches VRayMtl mit dunkler diffuser Farbe und mittlerer Reflexion und Glossiness. Für die beiden Shader des Betts werden die texturierten Original-Shader des fbx-Exports verwendet und lediglich die Stärke der Reflexion deutlich abgesenkt.

11_szene_textured

Szenenaufbau

Der Aufbau der Szene ist denkbar einfach. Der Teppich als polygonale Fläche bildet die Basis der Szene. Leicht nach hinten verschoben und ein paar Millimeter tiefer liegt eine zweite Fläche, die den Holzboden-Shader aufnimmt. Die dahinter liegende Wand bekommt ein hellgraues VRayMtl. Um den Raum nicht vollständig modellieren zu müssen und dennoch genügend Fläche für reflektierende Lichtstrahlen zu haben, wird einfach eine Kugel um die Szene gelegt und die Normalvektoren nach innen gedreht. Zwischen Wand und Teppich kommt das Babybett und auf dem Teppich wird der Holzzug platziert.

12_camera_settings

Kamera

Als Rendercam wird eine neue Kamera angelegt und vor dem Zug in einer leicht erhöhten Perspektive, die an den Blickwinkel eines auf dem Boden sitzenden Kleinkindes erinnert, positioniert. Die Entfernung der Kamera zum Zug ist dabei entscheidend, um bei den entsprechenden Kamera-Einstellungen den gewünschten Tiefenschärfe-Effekt zu erzeugen. Der richtige Bildausschnitt wird daher nicht über die Position der Kamera sondern über die Brennweite des Objektivs angepasst. Wie bei einer realen Spiegelreflexkamera werden die Werte 1/60 s Belichtungszeit bei einem ISO-Wert von 100 und einer Blendenöffnung von 5.6 für eine Innenraum-Szene gewählt.

13_light_settings

Beleuchtung

Zur Grundbeleuchtung verwenden wir zwei VRayLightRects. Das erste mit einer Intensität von 1.8 Watt und einer blauen Lichtfarbe wird oberhalb der Szene positioniert und in Richtung der Wand orientiert. Damit soll ein Licht ähnlich einem Mondlicht, das durch ein Fenster fällt, simuliert werden. Das zweite Licht wird rechts oberhalb des Zuges positioniert und mit einem weißen Licht von 4500 Kelvin bei 1.0 Watt Intensität auf das Spielzeug gerichtet. Die Lichterkette zwischen Zug und Bettchen besteht aus sechs Sternen, die jeweils angewählt und mit dem Befehl Create | V-Ray > Mesh Lights > Turn selection into lights zu einer eigenen Lichtquelle umgewandelt werden.

14_light_lister

Alle sechs Light Meshes erhalten einen warmweißen Farbton um 3000 Kelvin mit Intensitäten zwischen 0.04 und 0.09 Watt. Leichte Unterschiede in Intensität und Farbe erzeugen beim Rendering dann eine realistisch wirkende Unregelmäßigkeit. Um Rauschen zu minimieren, werden für alle Lichtquellen die Sampling-Raten auf 16 Subdivs pro Lichtquelle erhöht.

15_render_setup

Rendering

Für das Light Balancing wird ein neuer Render Layer mit einem Material-Override angelegt. Seit Maya 2017 ist der unter Channel Box / Layer Editor zu findende Kartenreiter nicht mehr verfügbar. Render Layer werde nun über einen eigenen Dialog erzeugt, der unter Windows | Rendering Editors > Render Setup zu finden ist. Mit der Schaltfläche Create a render layer kann ein neuer Layer angelegt werden. Als nächstes muss im Menü über die rechte Maustaste mit Create Collection eine neue Collection erzeugt werden. Per Drag & Drop kann die gesamte Szene aus dem Outliner in den Property Editor der Collection gezogen werden. Ruft man mit der rechten Maustaste erneut das Menü auf, findet sich nun der Menüpunkt Create Material Override, für den wir ein VRayMtl auswählen und ein Rendering der Szene beginnen.

16_light_balancing

Deutlich sind die unterschiedlichen Farben der Lichtquellen zu erkennen. Insbesondere die sehr tief hängenden Sterne unterbrechen auf dem Holzboden die blauen Reflexionen und lassen dort warmes Licht erscheinen. Im Render Setup-Dialog wird über die Schaltfläche rechts im Material Override zurück zur ursprünglichen Shader-Konfiguration zurück gewechselt.

17_noise_sampling_comparison

Mit den ersten Render-Einstellungen zeigen sowohl die Schatten und Reflexionen als auch der Unschärfe-Effekt noch ein hohes Maß an Rauschen. Insbesondere an den Lichtquellen der sichtbaren Sterne in der Lichterkette ist dieses Rauschen immens zu sehen und störend.

18_quick_setting

Zur Verbesserung der Render-Qualität verwenden wir der Einfachheit halber den V-Ray Quick Settings-Dialog, der seit V-Ray 3 als Button weit rechts im Shelf VRay zu finden ist. Wir erhöhen die GI Quality auf 50%, die Shading Quality auf etwa 30% und die Anti Aliasing-Quality auf etwa 60% und rendern mit diesen Einstellungen das finale Bild.

19_compositing

Post Production

Ein wenig Nachbearbeitung sei auch bei diesem Rendering noch gestattet. Den Kontrast der Szene heben wir in Photoshop durch Anwendung einer einfachen Gradations-Kurve mit einer leichten S-Form an.

20_fotofilter

Die beiden unterschiedlichen Farbstimmungen mit blauem Licht im oberen Teil und warmweißen licht im unteren Teil des Rendering unterstützen wird durch jeweils auf entsprechenden Masken angewendete Fotofilter Kaltfilter (80) und Warmfilter (85) mit jeweils 22% und 25% Dichte.

21_compositing_comparision

 



Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *