Rendern von Licht und Schatten

 

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Rendern von Licht und Schatten

 

 

 

Wie gut rendert Bryce Licht, Spiegel und Schatteneffekte?


Eines der wichtigsten Kriterien, ob ein Renderprogramm gute Ergebnisse liefert oder nicht, ist die Frage nach der Qualität der Lichtberechnung des Ray-Tracing und der Reflektionseigenschaften der Texturen. Hier braucht sich Bryce wahrlich nicht zu verstecken! Licht und Schatten werden exakt bis in eine Ray-Tracing Tiefe von 12 Reflexionen berechnet (dazu unten mehr). Dabei sind die Berechnungen sehr naturgetreu und vor allem die volumetrischen Effekte machen jedes Bild zu einer wahren Traumlandschaft – wenn Sie genügend Zeit mitbringen….! Im folgenden habe ich einige Lichtexperimente entwickelt, die die Fähigkeiten von Bryce testen sollen.

 

Hier wurde die Berechnung der Schatten experimentell untersuchtEine starke Lichtquelle erleuchtet eine Wand aus booleanschen Objekten, die innen einen kugelförmigen Hohlraum aufweisen. Hier zeigt sich besonders deutlich die enorme Qualität des Bryce-Renderers:
1. Die Schatten hinter der Qbjektwand sind korrekt gerendert
2. Die Schatten IN den booleanschen Würfeln und deren Reflexionen stimmen ebenfalls
3. Was mich wirklich überrascht hat: Auch die Schatten rechts unten werden auf den Boden geworfen! Diese stammen nämlich von der Reflexion der metallischen Oberfläche der Testwürfel. Das, was auf den ersten Blick wie ein Rechenfehler aussieht, ist in Wirklichkeit eine Besonderheit, denn ich habe bisher nur wenige Renderer gefunden, die diesen Effekt richtig berechnen !
Beleuchtung IN den KörpernDieses Experiment beinhaltet eine Lichquelle im Zentrum einer geschliffenen Glaskugel (Bucky), die sich wiederum innerhalb einer Steinhöhle befindet. Die einzige Lichtquelle ist das weiße Licht in der Glaskugel.
Auch hier wird das Licht korrekt berechnet, denn die Farbe des weißen Lichtes wird beim Durchqueren des Glaskörpers zu Rot gefiltert und der gesamte Raum dadurch rötlich beleuchtet. Natürlich wird auch der Schatten auf dem Boden richtig berechnet, wobei auch die Lichtbeugung durch die unterschiedliche Dichte der Glaskugel mit berücksichtigt wird.
GlasprismenHier fällt eine volumetrische (massive) Lichtquelle durch eine Glaslinse. Dieses Experiment ist eine Abwandlung des vorhergehenden, mit dem Unterschied, daß hier der Strahlenverlauf beobachtet werden kann, und die Lichtquelle kegelförmig abstrahlt. Auch hier brilliert Bryce wieder mit seinem Renderer ! Neben der korrekten Bodenspiegelung auf der Unterseite der Glaslinse wird auch der Rand des auf den Boden fallenden inneren roten Lichkegels an seinen äußersten Grenzen deutlich dunkler. Dies geschieht, weil die Linse am Rand das Licht am stärksten bricht und somit die Lichtintensität von innen nach außen (mit der Inversen des natürlichen Logarithmus) abfällt. Was will man mehr ?
Der (fast) unendliche SpiegelDas hat jeder von uns wohl schon mal gemacht: Zwei Spiegel werden so gegeneinander gehalten, daß der eine den anderen wiederspiegelt. Das Ergebnis sollte ein unendliches Ineinanderreflektieren beider Spiegelbilder sein.

Auch hier befindet sich der Betrachter zwischen zwei Spiegeln und Bryce reflektiert den einen in den anderen – allerdings nicht unendlich, denn nach insgesamt 12 Reflektionen (6 auf jeder Spiegelseite) ist hier Schluß, dann wird eine schwarze Wand gezeigt. Diese sog. Ray-Tracing Tiefe ist bei Bryce nicht änderbar, reicht aber für normale Szenen vollkommen aus. Nur bei solchen Experimenten stößt Bryce dann an seine Grenze.

Fokussierung durch GlaslinsenWas Bryce leider nur wenig beherrscht ist das Fokussieren von Lichtstrahlen AUSSERHALB von lichtbrechenden Objekten. Der kegelförmige Verlauf der Lichtquellen müßte eigentlich viel stärker durch die Glaslinsen verschiedener Stärke abgelenkt werden! Bryce konzentriert zwar bei extrem dicken Linsen das Licht natrugetreu im Zentrum, aber auch der äußere Lichtrand müßte eigentlich seinen Winkel an der Linse brechen – das tut er aber nicht. Ein kleines Manko, das aber nur in den seltendsten Fällen zutage tritt.
Fokussierung durch Glaslinsen (2)Soll das Licht INNERHALB von Glaskörpern gebrochen werden, entfaltet Bryce schnell wieder seine ganze Palette von Fähigkeiten. Der Lupeneffekt wird korrekt gerendert, was man vom einem so guten Renderer auch erwarten kann.
Spiegelung massiver Lichtquellen (Reflektortest 1)Vier steinerne Strahllampen werfen massives, sichtbares Licht auf ein Spiegelglas. Hier kann sowohl die additive Lichtmischung, als auch die Reflexion des Glasspiegels beobachtet werden. Das Experiment zeigt anschaulich, daß Bryce auch hier wieder in der Lage ist, die natürlichen pysikalischen Gegebenheiten zu simulieren. Sowohl die Farben der Lichtmischung, als auch die Reflexion auf dem Spiegel sind korrekt dargestellt – es ist sogar an die Spiegelung der massiven Lichtkegel gedacht worden !
Spiegelung massiver Lichtquellen (Reflektortest 2)Dieses Experiment zeigt drei quadratische Öffnungen, durch die volumetrisches Licht leicht schräg nach links unten fällt. Auf dem Boden befindet sich wieder ein Spiegel, der die Szene “verdoppelt”. Mit diesem Test wollte ich feststellen, ob Bryce auch den volumetrischen Effekt auf einer Reflexionsebene spiegelt – nun es hat sich gezeigt, daß der Bryce Renderer auch dieses beherrscht.

 

Simulation von koherentem LichtDieses Experiment versucht die Eigenschaften eines Laserstrahls zu simulieren. Die massive Lichtquelle wird hier allerdings vom Spiegel geschluckt und nicht im gewünschten Ausfallswinkel vom Spiergel sichtbar zurückgestrahlt. Die Darstellung von Laserlicht, welches von der Spiegeloberfläche sichtbar reflektiert werden könnte, ist in Bryce leider nicht möglich! Mit diesem Manko verbunden ist auch die Unmöglichkeit in Bryce einen reflektierenden Spiegel zu simulieren, der mit Hilfe seines Lichts andere Szenenelemente beleuchten könnte.

 

Fazit: Bis auf einige Schwächen kann ich Bryce hier nur die Gesamtnote SEHR GUT bescheinigen. Es macht auch wirklich viel Spaß, mit Licht und Schatten in diesem Programm herumzuspielen, und die Resultate können sich wahrlich mit denen von Programmen jenseits der 10.000 DM Grenze messen. Ein wenig mehr Geschwindigkeit bei den volumetrischen Effekten wäre wünschenswert, aber die Entwicklung der Prozessortechnik macht mir Hoffnung, daß Bilder mit Volumetrik in ein bis zwei Jahren auch keine so große Herausforderung mehr sind…..