Tipps und Techniken für das Mastering von 3D-Beleuchtung in CGI

Erfahren Sie mehr über 3D-Beleuchtung und wie Sie verschiedene Lichtbedingungen erstellen, die eine computergenerierte Szene vollständig verändern können, sowie darüber, wie Objekte darin aussehen.

Wir nehmen die Welt um uns herum mit unseren Sinnen wahr: wir hören, wir fühlen, wir riechen, wir sehen. Wir können sehen, weil unsere Augen Informationen aufnehmen, die uns durch Elementarteilchen, Fotonen genannt, gebracht werden. This information is processed by our brain to produce an image. What we interpret as an object color, glossiness, translucency or metallic qualities are all products of the interaction between the photons and the object’s surface.

Die Lichtmechanik in einer Computer-generierten 3D-Szene folgt dem gleichen natürlichen Prinzip der Fotonenstreuung, das durch einen Prozess namens Strahlverfolgung. Rays bounce off shapes and interact with their materials, effectively defining how objects appear in the final image. Beleuchtung macht die Dimensionalität aller Elemente einer 3D-Szene sichtbar.

Some materials are more sensitive to lighting conditions than others. Nehmen wir zum Beispiel Metalle: ein Chromobjekt im Grunde alles um es herum reflektiert. Wenn ein Licht bewegt wird, heller oder größer wird, sind alle diese Informationen direkt auf der Chromoberfläche in nahezu spiegelähnlichen Details sichtbar, sodass sie von einem Lichtzustand zum anderen völlig unterschiedlich erscheinen können.

Eine 3D CGI-Szene eines Autos auf einem Parkplatz mit einem Neon-Schild an der Wand. Die Beleuchtung wechselt vom Tageslicht zu einer Neon-LED, die vom Schild ausgeht

3D-Lichter für effektives 3D-Rendering verwenden

Der Prozess der Erstellung eines 3D-Renderings ist nie ganz derselbe, aber dies sind die häufigsten Schritte:

  1. Erstellen oder Erfassen von Objekten
  2. Szenenbaugruppe
  3. Einrahmen der Szene
  4. Beleuchtung
  5. Materialerstellung oder -zuordnung
  6. Rendern

Wenn du in die Beleuchtungsphase kommst, ist es ideal, deine Lichter einzurichten, bevor du an den Materialien arbeitest. Dazu können Sie der gesamten Szene ein neutrales graues, mattes Material zuweisen. Auf diese Weise kannst du besser sehen und verstehen, wie sich die Lichter auf die Silhouetten des Objekts in der Szene auswirken. Wenn die Materialien fertig sind, muss die Beleuchtung möglicherweise weiter verfeinert werden.

CGI Wohnzimmer Rendering Vergleich mit neutralem grauem Matte Material auf der linken Seite im Vergleich zu fertigen Materialien auf der rechten

Es ist am besten, nacheinander an den Lichtern zu arbeiten. Das aktive Licht sollte das einzige in der Szene sichtbare sein, während alle anderen Lichter vorübergehend ausgeschaltet sein sollten. Auf diese Weise kannst du sehen, wie sich ein bestimmtes Licht auf die Szene auswirkt. Du kannst das ändern, indem du an den Eigenschaften der Szene arbeitest, z. B. Position, Richtung, Intensität.

Beispiel von 3 Leuchten, die ein 3D-Automodell einzeln beleuchten und alle 3 zusammen funktionieren

Ein weiterer nützlicher Trick ist es, eine Kugel mit einem glänzenden Metallmaterial (einem Chrom oder einem Spiegel) zu erstellen. Dieser "Spiegelball" spiegelt praktisch die gesamte Szene um sich herum wider, sodass du die Position, Richtung oder Größe des Lichts leicht bestimmen kannst. Bei Umgebungslichtern kannst du die Spiegelung in der Spiegelkugel sehen. So kannst du die Ausrichtung der Kugel im Raum leichter festlegen.

Verwendung einer Spiegelkugel (Kugel mit metallischer Struktur), um das Umgebungslicht in einer 3D-Szene zu sehen und auszurichten

Lichtarten in der Adobe Dimension

Umgebungslichter

Umgebungslichter sind äquirektanguläre (kugelförmige) Bilder, die um die gesamte Szene herum angeordnet sind. Wie der Name schon sagt, dienen diese Lichter dazu, die gesamte Umgebung zu emulieren, einschließlich der Lichtquellen, die in ihnen gespeichert sind.

Beispiele für Umgebungslichter aus Fotos, eine 3D-Studioszene und eine abstrakte 3D-Szene

Wenn Sie eine neue Szene in Dimension, wird eine Standard-Umgebungsbeleuchtung für Sie erstellt. Das ist der Grund, warum man sofort alles in der Szene sehen kann. Adobe Dimension Starter-Elemente enthalten eine bestimmte Anzahl von Umgebungslichtern, die Sie sofort ausprobieren können. Darüber hinaus Adobe Stock bietet eine große, kuratierte Auswahl an Umgebungslichtern.

Umgebungslichter liefern äußerst realistische Ergebnisse und sparen viel Zeit. Um etwas Ähnliches manuell zu erreichen, müssten Sie tatsächlich die gesamte Umgebung in 3D (einschließlich verschiedener Lichtquellen) erstellen, was ein erheblicher Arbeitsaufwand ist.

Beispiel einer Szene, in der das gesamte Set (einschließlich der Lichter) in 3D montiert wurde, um studioähnliche Ergebnisse zu erzielen

Es gibt viele Möglichkeiten, Umgebungslichter zu erstellen. Du kannst z. B. eine 3D-Szene aus einem Foto aufnehmen oder parametrische Systeme verwenden. Wenn das Umgebungslicht aus einer 3D-Szene besteht, ist der Prozess unkompliziert. Das Ausgabebild muss 32 Bit groß sein, damit die Lichtinformationen aller Lichter in der Szene erfasst werden. Die 3D-Kamera muss die äquirektanguläre Projektion verwenden (um ein kugelförmiges Bild auszugeben).

Beispiel einer Szene, die von einem 3D-Studio beleuchtet wird. Umgebungslicht

Eine 3D-Studioumgebung wird erzeugt, indem eine 3D-Szene eines Studios in ein äquirektanguläres 32-Bit-Bild gerendert wird

Du kannst auch Umgebungslichter erstellen, indem du Fotos der realen Welt aufnimmst. Für diesen Arbeitsablauf wird eine 360-Grad-Kamera benötigt (z. B. Ricoh Theta Z1). Die Kamera wird dann für Belichtungsreihen verwendet oder für mehrere Aufnahmen derselben Umgebung, die mit verschiedenen Belichtungswerten (von unterbelichtet bis überbelichtet) aufgenommen werden. Diese Aufnahmen werden dann verwendet, um 32-Bit-Bilder zu erstellen, die oft als HDRs bezeichnet werden (kurz für einen High Dynamic Range). Mit der Funktion "Zu HDR zusammenfügen" in Photoshop lassen sich Aufnahmen dieser Art kombinieren. Der eingebettete Belichtungsbereich wird zur Intensitätseigenschaft.

Beispiel einer 3D-Szene, die von einem fotografischen Umgebungslicht beleuchtet wird

Das Licht der fotografischen Umgebung wird mithilfe der Belichtungsreihe und der Option "Zu HDR Pro zusammenfügen" in Photoshop erstellt.

In beiden Fällen werden die Lichtquellen (und ihre Intensitäten) in diese Bilder "eingebrannt" und emittieren das Licht, sobald sie in Dimension.

Mit diesen Methoden hast du die gesamte Beleuchtung, Reflexionen und Details erfasst, aber mit 3D-Apps kannst du sie im 3D-Raum weiter bearbeiten, sodass du die Drehung der Beleuchtung anpassen und die Gesamtintensität und -farbe ändern kannst.

Bearbeitung von Intensität und Ausrichtung des Umgebungslichts in einer 3D-Szene

Richtungsleuchten

Neben Umgebungslichtern, die Licht von 360 Grad ausstrahlen, gibt es auch Richtungslichter, die Licht nur aus einer Richtung ausstrahlen. Sie werden verwendet, um Taschenlampen und andere Arten von Lichtern zu emulieren, die von einem gut definierten Emitter kommen, und sie können als Kreis oder als Quadrat geformt werden.

Die Verwendung von Richtlichtern bietet vollständige Kontrolle über die Beleuchtungskonfiguration. Die Beleuchtung der Szene erfolgt mit diesen Lichtern auf die gleiche Weise wie bei der traditionellen Fotografie, bei der jedes Licht unabhängig gesteuert werden kann, sodass du deine eigene virtuelle fotografische Beleuchtung aufbauen kannst. Eine der am häufigsten verwendeten Beleuchtungsoptionen ist das 3-Punkt-Lichtsystem.

Dimension hat eine praktische Aktion, "Licht auf Punkt ausrichten", mit der Sie die Drehung und Höhe steuern können, indem Sie einfach auf ein 3D-Objekt klicken und es über dieses ziehen. Auf diese Weise können Sie die Lichtstrahlen dynamisch lenken. Diese Parameter können auch manuell eingestellt werden.

Sie können die Farbe und die Intensität der Richtungslichter ändern und die Form der Lichtquelle anpassen - sie kreisförmig oder rechteckig machen, sie dehnen oder vergrößern. Zum Schluss kannst du die Kanten der Lichtquelle weichzeichnen.

Ändern der Form eines Richtungslichts in einer Adobe Dimension

Wenn du die Lichtquelle kleiner machst als das Objekt, werden die Schatten schärfer, mit einem schärferen Umriss, weil die Strahlen nicht an dem beleuchteten Objekt vorbeikommen können. Größere Lichtquellen erzeugen weichere Schatten, da die Strahlen in diesem Fall von allen Seiten des Objekts kommen (in der Abbildung unten rot markiert), was eine Reihe von Schatten erzeugt. Diese Schatten werden durch die Strahlen, die aus der entgegengesetzten Richtung kommen, weicher.

Diagramm, das den Effekt zeigt, den Beleuchtungsstärke, Richtung und Größe auf die Art und Weise haben, wie ein 3D-Objekt beleuchtet wird und den Schatten, den es wirft

Beispiel, wie die Größe eines 3D-Lichts die Schattenweichheit beeinflusst, die ein CGI-Automodell wirft

Sonne und Himmel

Sunlight is a special type of directional light. The process of setting it up is very similar to a regular directional light, however this light will automatically change the color with height; when it is close to the horizon (low height angle values), it will gradually become warmer to simulate the sunset. Die Farbe kann auch mithilfe von Vorgaben geändert werden. In der Zwischenzeit wird der Schatten durch Wolken weicher.

Bearbeiten der Beleuchtungseigenschaften für die Sonnenlichtbeleuchtung eines 3D-Automodells in Adobe Dimension

Eine 3D-Szene auf dem Mond, bei der die einzige Lichtquelle Sonnenlicht ist

Wir sind in der Lage, den Himmel mit Umgebungslichtern nachzuahmen, und jedes Umgebungslicht, das den Himmel zeigt, kann verwendet werden. Jetzt müssen wir das Sonnenlicht ausrichten (in Dimension) mit der Sonne, erfasst im Umgebungslicht. Eine schnelle Möglichkeit hierfür ist, eine Kugel zu erstellen und ihr ein metallisches Material zuzuweisen. Dadurch erhalten wir Reflexionen der Umgebung in Echtzeit, sodass wir das Ziellicht an einem Punkt verwenden können, um das Sonnenlicht an der Sonne auszurichten.

Bei bewölktem Himmel kann die Eigenschaft "Bewölkung" verwendet werden, um diesen Bedingungen besser zu entsprechen.

Bearbeiten von Wolkeneigenschaften für die Beleuchtung der Himmelsumgebung auf einem 3D-Automodell in Adobe Dimension

Sobald das Sonnenlicht und das Umgebungslicht für den Himmel gepaart sind, können Sie sie zusammen drehen, indem Sie die Eigenschaft Globale Drehung verwenden.

Objektbasierte Lichter

Objekte können in Lichtquellen umgewandelt werden, indem die Eigenschaft "Glühen" für die Materialien aktiviert wird. Auf diese Weise ist es möglich, Objekte wie Glühbirnen, Neonleuchten, Softboxen und alle Arten von Bildschirmen und Displays zu erstellen.

Der wesentliche Vorteil dieser Art der Beleuchtung ist der Intensitätsabfall, der zu sehr natürlichen Ergebnissen führt. Das ist sehr nützlich für die Produktvisualisierung oder andere studiobasierte Szenen.

Lichtquelle, die einen Abfall (eine leuchtende Platte) und eine unendliche Lichtquelle (ein gerichtetes Licht) aufweist

Sie können die Weichheit der Schatten steuern, indem Sie das leuchtende Objekt mit dem Transformationswerkzeug nach oben oder unten skalieren. Wenn du den Regler vergrößerst, wird auch die Lichtintensität erhöht.

Wenn du die Größe des Objektlichts änderst, wird die Lichtmenge erhöht und die Schatten weicher.

Anders als bei den vorherigen Arten von Lichtern, die wir abgedeckt haben, können diese Lichter neben normalen Farben auch Texturen verwenden. Die Texturen können der Grundfarbe ihrer Materialien zugeordnet werden, und die Lichtintensität wird über einen Glühregler gesteuert.

Anwenden einer Textur auf ein Objektlicht, das ein 3D-Automodell beleuchtet

Beispiele für effektive 3D-Beleuchtung

Produktbeleuchtung

Beispiel von 3 Leuchten (Schlüssel, Füllung und Felge), die ein 3D-Kopfhörermodell einzeln beleuchten und alle 3 zusammen funktionieren

Es gibt viele fotografische Techniken, um das Licht für eine Produktaufnahme einzurichten. Wir werden eine der am häufigsten verwendeten Einstellungen verwenden, nämlich das 3-Punkt-Lichtsystem.

Diese Einrichtung besteht aus drei Lichtern:

  1. Schlüsselbeleuchtung: als primäre Quelle verwendet wird, scheint dies ungefähr von der Kamerarichtung

    Beispiel eines Tastenlichts, das ein 3D-Kopfhörermodell beleuchtet

  2. Felgenleuchte: auf der gegenüberliegenden Seite der Taste ausgerichtet, wird dies verwendet, um die Silhouette des Motivs zu belichten.

    Beispiel einer Felge, die ein 3D-Kopfhörermodell beleuchtet

  3. Fülllicht: weniger intensiv sind und dunklere Bereiche ausfüllen, wird dies für Bereiche verwendet, die die beiden vorherigen Lichter nicht erreichen.

    Beispiel eines Fülllichts, das ein 3D-Kopfhörermodell beleuchtet

Es gibt zwei Möglichkeiten, die 3-Punkt-Beleuchtung in Dimension - mit Richtungslichtern (einzeln zur Szene hinzufügen oder mit einer 3-Punkt-Lichtvorgabe) oder über leuchtende Objekte.

Beispiel einer 3-Punkt-Beleuchtung in einer 3D-Szene

Eine Softbox aus einer 3D-Beleuchtung wird in einen Rahmen, Lampen und Bildschirm zerlegt

Kreative Beleuchtung

3D-Grafik mit dem Titel Pipe Dreams von Vladimir Petkovic

Kreative Beleuchtung kommt zum Einsatz, wenn die physische Genauigkeit nicht das Hauptziel ist. Dies umfasst abstrakte und surreale Szenen aller Art, sodass es keine wirklichen Grenzen gibt, wohin uns unsere Fantasie führen kann.

Im obigen Beispiel sollte eine traumhafte Umgebung abgebildet werden: Süßigkeiten, Pastellfarben und glatte Oberflächen. Das Beleuchtungssystem besteht aus drei glühenden Platten (zwei auf der Seite und die Hauptleuchtplatte von unten). Alle leuchtenden Platten sind unrealistisch groß, was sehr glatte Schatten und Glanzlichter erzeugt. Die Lichtquellen werden eingefärbt und diese Farbe wird in das den Objekten in der Szene zugeordnete Material übertragen.

Das Motiv der Szene (Rohre) ist vollständig von der Wandgeometrie umgeben. Dadurch springen die Lichtstrahlen vor und zurück und mischen sich auf interessante Weise. Das Spielen mit kalten VS-Warmtönen erzeugt oft einen schönen Kontrast (diese Technik wird manchmal in der Porträtfotografie verwendet).

Illustration zur 3D-Beleuchtung von Vladimir Petkovics Pipe Dreams

Visualisierung des Innenraums

3D-Innenansicht eines Wohnzimmers

Die Visualisierung eines 3D-Innenraums folgt bestimmten Regeln, die fast immer gute Ergebnisse garantieren. Für diesen Anwendungsfall berücksichtigen wir nur natürliches Licht (keine künstlichen Quellen, wie Lampen).

In erster Linie muss sich eine solche Szene in einer geschlossenen Umgebung befinden. Wie im echten Leben braucht der Innenraum Wände, Boden, Decke und Fenster. Dadurch wird sichergestellt, dass das Licht durch die Fenster einfällt und dann reflektiert wird (durch einen Prozess namens Raytracing). Dieses Verhalten erzeugt eine sehr natürliche Beleuchtung (zum Beispiel sind die verdeckten Bereiche, wie Ecken, dunkler).

Da die Szene fast vollständig von architektonischer Geometrie umgeben ist, werden wir sehr wenig Beleuchtung und fast keine Reflexionen vom Umgebungslicht sehen. Aber in diesem Fall bauen wir tatsächlich unsere eigene Umwelt auf, nämlich den Innenraum selbst. Das Licht reagiert auf die Objekte in der Szene, indem es von ihnen und den umgebenden Wänden reflektiert wird. Die Objekte reflektieren nur einander und die Wände um sie herum. Dennoch empfiehlt es sich, ein Umgebungslicht mit dem Himmel hinzuzufügen. Dadurch entsteht eine diffuse blaue Füllung.

Die einfachste Möglichkeit, dieses Licht einzustellen, besteht darin, Ebenen mit leuchtenden Materialien zu verwenden. In diesem Anwendungsfall haben wir drei Ebenen, die alle Öffnungen im Inneren abdecken.

Illustration, die zeigt, wie Keying- und Fülllichter in einem 3D-Wohnzimmer positioniert sind, um die Szene zu beleuchten

Die Intensität des Lichts wird über die Eigenschaft "Glühen" in den Materialien der Ebene gesteuert. Du kannst eine Farbe oder sogar eine Struktur hinzufügen, die verwendet werden kann, um interessante Schatten zu werfen. Die Verwendung von Glühmaterialien sorgt auch für den Abfall der Lichtintensität, der für die Innenbeleuchtung sehr wichtig ist.

Beispiel für Umgebungslicht, Umgebung und Schlüssellicht und Umgebung, Schlüssel- und Fülllichter, die eine 3D-Wohnzimmerszene beleuchten

Außenbeleuchtung

Szene eines Baumstumpfs auf einem Waldboden, der mit CGI-Drähten und Bändern verwoben ist, die mit 3D-Beleuchtung im Freien beleuchtet werden

Das Erstellen von Außenbeleuchtung ist ziemlich einfach und es kommt auf die Verwendung eines Sun- und Sky-Lichtsystems (siehe oben). It is important to match the sunlight correctly with the sky-based environment light – paying attention to both the orientation and the cloudiness value.

Die Szene selbst spielt dabei eine große Rolle. To produce compelling results, use objects in your scene as catalysts that interact with the light. Beim oben gezeigten Waldrendering werden die Objekte (verschiedene Pflanzen, Stämme und Bäume) dicht beieinander platziert.

Objects in a 3D forest scene indicate how light will interact with the environment

Das bedeutet, dass es eine Menge komplexer Interaktionen mit dem Raytracing geben wird, da das Licht zwischen den Objekten reflektiert wird. Schattierte Flecken erscheinen (wie erwartet) dunkel, während exponierte Bereiche hell bleiben.

Globale Drehung in der Adobe verwenden Dimension die Sonne und das Sky-Lichtsystem in einer 3D-Szene neu ausrichten

Ich hoffe, dieser Überblick zeigt, wie wichtig es ist, 3D-Lichter in verschiedenen Situationen zu beherrschen. Du solltest anfangen, überzeugendere Ergebnisse zu erzielen.

Alles Gute zur Beleuchtung! Laden Sie die neueste Version der Dimension heute.

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