Um den Umgang mit der Vielzahl an Parametern und Einstellungs-Möglichkeiten zu erleichtern, bietet CINEMA 4D seit Version 15 unterschiedliche Presets für Innenraum- und Außenraum-Szenen sowie Objektvisualisierungen und physikalische Renderings (Fortschreitend).
Sobald der Effekt Global Illumination über den Effekte-Button in den Rendervoreinstellungen hinzugefügt wurde, steht auf der Allgemein-Seite diese Liste an Presets bereit.
Neu ist auch die Aufsplittung der GI-Berechnungsmethoden in eine primäre sowie eine sekundäre Methode. Dabei kümmert sich die primäre Methode um die direkt vom Licht getroffenen Objekte, die sekundäre Methode um die indirekte Beleuchtung. Für die primäre Methode stehen uns die bereits bekannten Methoden Quasi-Monte Carlo (QMC) sowie Irradiance Cache (IC) zur Verfügung, wobei in Version 15 eine verbesserte Variante des Irradiance Cache zum Einsatz kommt. Für das unveränderte Rendering älterer Szenen bietet das Menü aber nach wie vor die alte IC-Methode an.
Im Menü der sekundären Methode finden wir wieder die bereits bekannten QMC- und IC-Methoden, sodass wir hier beliebig kombinieren und Intensität und Sättigung getrennt justieren können.
Radiosity-Maps dienten bereits in der Vorgängerversion zur Erhöhung der Rendering-Geschwindigkeit, allerdings auf Kosten der Strahlentiefe. Hier setzen die neuen Licht-Maps an. Bei dieser Berechnungsmethode werden von der Kamera aus Strahlen in die Szene geschossen, deren Reflexionen bezüglich der Farben ausgewertet und als Map zusammengefasst. Den Umgang mit den Licht-Maps sehen wir uns jetzt im folgenden Tutorial-Teil an.
Licht-Maps als sekundäre GI-Methode
Um die Vorteile der neuen GI-Methode möglichst deutlich darzustellen, verwenden wir eine einfach aufgebaute Beispielszene, die sich auch in den Arbeitsdateien unter dem Namen "PSD_C4D_R15_Render_IC.c4d" befindet. Im Moment ist diese Szene mit globaler Illumination, allerdings ausschließlich mit Irradiance Cache gerendert.
Wie an den Innenkanten des Raums und an den Wänden gut zu erkennen ist, besteht hier durchaus noch etwas Optimierungsbedarf. Die Renderzeit liegt an einem durchschnittlich schnellen Rechner (iMac mit 2.8 GHz i7-Prozessor) bei ca. 1:05 min. Bevor wir nun die Renderzeit durch noch mehr Samples in die Höhe schrauben, sehen wir uns an, wie uns Licht-Maps hier weiterhelfen können.
Der Aufbau der Szene ist nicht sonderlich kompliziert. Die drei weißen Kugeln befinden sich in einem Raum mit quadratischer Öffnung in der Decke. Ein Himmel-Objekt mit blauer Farbe sorgt für den Himmel, während eine leicht gelbliche Punkt-Lichtquelle das einzige Licht in die Öffnung wirft. Alles Weitere erledigt die globale Illumination durch indirekte Beleuchtung.
Ein Blick in die Rendervoreinstellungen verrät, dass an Samples und der Eintragsdichte in den Irradiance Cache-Parametern durchaus nicht gespart wurde. Anstatt hier nur mit noch höheren Einstellungen zu experimentieren, wollen wir uns ansehen, wie sich Licht-Maps mit dieser Szene schlagen.
Um für die GI-Berechnung der indirekten Beleuchtung auf Licht-Maps umzustellen, wählen wir auf der Allgemein-Seite der Global Illumination-Einstellungen über das Menü der sekundären Methode den Eintrag Licht-Maps aus.
Weil wir im gleichen Zug auch mit etwas weniger Rechenaufwand auskommen möchten, reduzieren wir bei dieser Gelegenheit noch gleich die Samples auf Mittel. Heraufsetzen können wir die Werte später ja immer noch.
Gleiches gilt für die primäre Methode Irradiance Cache, deren Einstellungen wir auf der gleichnamigen Seite des Global Illumination-Effekts finden. Eine mittlere Eintragsdichte ist ein sehr guter Ausgangspunkt.
Kontrolle und Einstellung der Licht-Maps
Nun haben wir Licht-Maps als sekundäre Methode gewählt und dazu einen gleichnamigen neuen Reiter in den Global Illumination-Einstellungen bekommen. Auf dieser Seite finden wir folgerichtig die Parameter für die Licht-Maps. Weil eine gute Licht-Map entscheidend für die Qualität des späteren GI-Renderings ist, kontrollieren wir zunächst die mit den derzeitigen Standardeinstellungen vorherrschende Licht-Map.
Dazu wählen wir ganz unten im Menü den Parameter Modus und stellen dort auf Visualisieren um. Beim Rendern wird uns jetzt ausschließend die ermittelte Licht-Map angezeigt.
Ein Klick auf den Render-Button zeigt, dass die vorherrschende Umgebung sehr gut zu den Standardparametern passt. Die Einzelbereiche sind sehr homogen verteilt und weisen keine größeren Ausreißer oder Flecken auf.
Entscheidend hierfür ist der Parameter Samplegröße aus der Licht-Maps-Seite. Wir setzen diesen Parameter einmal kurzfristig etwas nach oben, um uns anzusehen, wie schnell eine augenscheinlich kleine Erhöhung eine Licht-Map unbrauchbar macht. Ein Wert von 0.05 statt der standardmäßigen 0.01 reicht.
Mit dieser Licht-Map hätten wir wenig Freude. Vergleichen wir die Größe der Bereiche auf den Kugeln und den Wänden, sehen wir starke Unterschiede, aber keine Homogenität. Wir bleiben bei den glücklicherweise passenden Standardeinstellungen.
Die Licht-Map ist von der Samplegröße her also soweit in Ordnung, sodass wir in einem ersten Testrendering dessen Ergebnis ansehen können. Dazu wechseln wir auf der Seite Licht-Maps über den Modus wieder zurück zum normalen Rendering.
Für einen ersten Test ist das Ergebnis doch gar nicht schlecht. Die Flächen des Raumes wirken jetzt schon sehr gleichmäßig, auch die Oberflächen der Kugeln sehen gut aus. Gar nicht zufriedenstellend fallen die Kanten und Ecken an der Decke des Raumes aus.
Feintuning der Licht-Maps
Unser Testrendering legt die Vermutung nahe, dass noch nicht genügend Strahlen bzw. Pfade für die Berechnung der indirekten Beleuchtung zur Verfügung stehen. Den richtigen Parameter hierfür finden wir wieder auf der Licht-Maps-Seite: die Pfadanzahl.
Für den nächsten Schritt bzw. das nächste Testrendering setzen wir die Anzahl der Pfade auf 10000 (x1000). Je mehr Pfade zu berechnen sind, desto länger dauert auch deren Berechnung und das gesamte Rendering.
Das gerenderte Ergebnis sieht zwar schon besser, aber noch lange nicht zufriedenstellend aus. Wir müssen bei der Pfadanzahl noch etwas nachlegen.
Wir erhöhen die Pfadanzahl noch einmal um 5000 auf 15000 (x1000) und sehen uns an, ob wir auf dieser Pfadanzahl aufbauen können.
Wieder ein klarer Fortschritt. Meines Erachtens jetzt schon besser als das Ausgangsrendering auf Basis von ausschließlich Irradiance Cache. Mit der Pfadanzahl sollten wir so nun zurechtkommen, denn es gibt ja noch ein paar weitere Parameter für die Licht-Maps …
Um kritische Bereiche weicher und homogener zu gestalten, helfen die beiden Optionen Vorfilter und Interpolationsmethode weiter. Wir versuchen es mit dem Vorfilter, in dem wir die gleichnamige Option aktivieren und zunächst mit den standardmäßig eingestellten acht Samples beginnen.
Eine deutliche Verbesserung. Die beiden Kanten an der Decke dürften aber ruhig noch etwas glatter ausfallen, weshalb wir noch mal an diesem Parameter schrauben sollten.
Erhöhen wir in einem abschließenden Durchgang die Anzahl der Vorfilter-Samples auf 16.
Bei diesem nochmals verbesserten Ergebnis wollen wir es damit belassen. Gerne könnt ihr noch weiter mit den Parametern - beispielsweise der Interpolation oder nochmals mit der Pfadanzahl - experimentieren und das Rendering noch weiter optimieren.
Aber das Beste zum Schluss: Weil wir die primäre Methode Irradiance Cache auf eher moderate Einstellungen zurückgesetzt hatten, konnten wir dank Licht-Maps ein weitaus besseres Renderergebnis erzielen und die Renderzeit zusätzlich halbieren (auf dem Referenzrechner nur noch 0:32 min statt 1:05 min).
Embree und schnelle Vorschau
Diese beiden Neuerungen betreffen den physikalischen Renderer, genauer gesagt dessen Rendergeschwindigkeit. So schön die Ergebnisse des physikalischen Renderers sind, die meiste Zeit ist man doch im Unklaren, ob und welche Wirkung die zuletzt getätigten Modifikationen bei der Berechnung zeigen.
Die erste Neuerung, Embree, ein von Intel für Monte Carlo-Algorithmen gebauter Raytracing Kernel, benötigt hardwareseitig die Unterstützung des SSE3-Befehlssatzes. Moderne Prozessoren sind dieser Aufgabe gewachsen, sodass CINEMA 4D Release 15 diese erfreuliche neue Funktion gleich standardmäßig aktiviert. Besonders Szenen mit vielen Polygonen bzw. Objekten zeigen einen bemerkbaren Geschwindigkeitszuwachs.
In den Rendervoreinstellungen des physikalischen Renderers auf der Seite Weitergehendes lässt sich die arbeitsspeicherintensive (schneller) Neuerung auf Wunsch ausschalten (Physikalisch),) bzw. ein Kompromiss aus Speicherbedarf und Schnelligkeit (kleiner) wählen.
Qualitativ ist zur bisherigen Einstellung bis hin zur Version 14 des physikalischen Renderers kein Unterschied festzustellen.
Speziell beim physikalischen Runderer sind die Lichtverhältnisse bzw. die Position und Verteilung der Schärfentiefe in der Szene eine der am meisten mit Testrenderings abgefragten Informationen.
Die schnelle Vorschau bietet hier eine sehr interessante und überaus schnelle Lösung. Sie befindet sich ebenfalls auf der Seite Weitergehendes des physikalischen Renderers und lässt sich wahlweise nur für den fortschreitenden Render-Modus bzw. alle Modi aktivieren.
Fast unmittelbar nach dem Start des Renderings zeigt die schnelle Vorschau eine zwar niedrig aufgelöste, dafür aber im Hinblick auf Ausleuchtung und Schärfentiefe schon recht aussagekräftige Version des Ergebnisses, aus der sich bereits schließen lässt, ob es sich lohnt, auf das Endergebnis des Renderings zu warten.
Während im vorangegangenen Bild lediglich das erste Render-Bucket berechnet war, ist der physikalische Renderer hier schon fast mit der Hälfte seiner Arbeit fertig. Wie der direkte Vergleich zeigt, kann die schnelle Vorschau schon sehr schnell die wichtigsten Informationen über das Rendering bieten, ohne dass man lange auf die Abarbeitung der restlichen Render-Buckets warten müsste.
