Wat maakt een 3D render fotorealistisch in Cinema 4D?

Laatst vond ik op de Facebook pagina van Maxon een interessante post. De schrijver beheerste hoogstwaarschijnlijk het Engels niet geweldig. Verbatim stond er in zijn post; ‘’My render does not look nice, why? Help?’. Dit was letterlijk alles wat in het bericht stond. Er werd niet vermeld wat er gerenderd moest worden, welke render engine er gebruikt ging worden, of voor wat voor medium de render moest worden gerealiseerd. De ‘poster’ verwachtte schijnbaar een hapklaar antwoord. Vaak wordt dit in de 3D-animatie wereld de ‘Render as Pixar button’ genoemd. En helaas, deze bestaat niet (of zit bij Pixar in een kluis, daar ben ik nog niet helemaal uit).

Het renderen van een fotorealistisch beeld eist inzicht in de verschillende stappen van het 3D-animatie proces. In deze blog geef ik je in ieder geval een aantal tips om het renderen van je animaties en afbeeldingen in Cinema 4D naar een hoger plan te tillen.

Preparatie van de 3D scene

Al bij het beginnen van een nieuw document is er een belangrijk detail waar je op moet letten: de schaal van de scene. Voor het modelleren is dit nog niet heel erg belangrijk; meters kunnen met twee muisklikken worden veranderd in centimeters. Zodra we echter gaan werken met licht en camera’s wordt het een compleet ander verhaal. Een effect als scherpte diepte werkt niet het zelfde in een scene met objecten van twee meter als met objecten van twee centimeter. Ook bepaalde eigenschappen van materialen zoals transparantie en reliëf wordt berekend in centimeters, niet in percentages. Het is dus handig voordat je gaat werken aan je materialen en belichting dat de maatvoering overeenkomt met dat van de echte wereld.

Dan is het bij het modelleren van de objecten is het belangrijk dat vrijwel iedere hoek van een model een afronding heeft. Dit komt in Cinema 4D in de vorm van een aantal verschillende opties met verschillende namen; bevel, fillet of chamfer.
Wat de term ook is, de functie van het afronden van hoeken is voor iedere optie het zelfde; reflecties vangen. En hiermee komen we direct aan bij het meest belangrijke aspect van het realistisch maken van een 3D scene; de offscreen space.

De Offscreen Space

In het Nederlands vertaald dit zich als “de ruimte buiten het kader”. Ik ontwijk hier expres het woord “scherm”, gezien het concept veel ouder is dan de computer of zelfs televisie.
We beginnen bij het theater waar we er de ruimte buiten de bühne mee aanwijzen. Dit kan in de coulissen zijn, of een niet zichtbaar gedeelte van de set. In televisie hebben we het ook over de ruimte buiten de set, al kan het verder worden gespecificeerd als bijvoorbeeld “behind the camera space”, of “left off-set”. In de 3D animatie wijzen we er mee naar de ruimte wat buiten de virtuele camera valt. Er zijn dus een legio aan termen voor hetzelfde concept en ik begeef mij dan ook op glad ijs als het gaat om de terminologie.
We kunnen dus een vurige discussie hebben over of de benaming juist is, maar eigenlijk is het voor ons alleen maar belangrijk welk concept ons kan helpen de renders te verbeteren.

De ruimte buiten het kader heeft grote invloed op wat onze perceptie is van het gene binnen het kader. Het zou zo simpel kunnen zijn als een lamp gericht op de theater bühne die veranderd van geel naar rood en daarna uit dooft. Deze lamp heeft voor de kijker de functie van de zon. We kunnen alleen de invloed van deze lamp binnen het kader waarnemen en toch geeft enkel deze lamp een hoop informatie. Zo weten we nu dat wat zich op de bühne afspeelt buiten moet gebeuren. Binnen hebben we immers niet zo veel licht van de zon. Tevens krijgen we als kijker een perceptie van tijd, namelijk zonsondergang. Zouden we een boomtak voor de lamp heen en weer bewegen, dan zal de schaduw op de bühne kunnen suggereren dat we ons in een bos begeven op een winderige dag tijdens zonsondergang.

We zien dus de elementen van de offscreen space niet binnen ons kader, maar merken wel heel sterk hun invloed. Op het moment dat we gaan filmen of fotograferen zijn er legio indrukken van deze off-screen space die wij voor lief nemen; hooglichten van lichtbronnen, schaduwen, reflecties, de intensiteit van licht, de licht richting. Het zijn allemaal aspecten die de wereld in het kader versterken en die we kunnen gebruiken in het maken van een geode compositie. Veel van deze elementen worden ons klakkeloos aangereikt door de wereld buiten de camera.

In de 3D wereld hebben we echter niet deze mazzel en is dit een compleet ander verhaal. We moeten de gehele wereld verzinnen, inclusief het gedeelte wat wij niet kunnen waarnemen door onze virtuele camera. Laten we de offscreen space links liggen, dan zullen de renders die wij maken plat lijken, alsof ze zijn gefotografeerd in een doka. De objecten in een dergelijke scene kunnen alleen andere objecten in het zelfde kader reflecteren. Een render zonder omgeving is eigenlijk altijd een heel erg platte en niet realistische render (voorbeeld 01).

De oplossing is dus eigenlijk heel eenvoudig: een omgeving maken. Nu is het echter te zot om een hele wereld in 3D te bouwen voor het renderen van slechts één object. Daarom kunnen we een veel eenvoudigere methode gebruiken: het fotograferen van deze te reflecteren omgeving.

In 3D animatie komt dit meestal in de vorm van een 360 graden foto, een zogenaamde HDR of HDRI. Door deze te plaatsen in een material op een Sky Object, een eindeloos grote sphere rond onze scene, kunnen de objecten in het kader een omgeving reflecteren. Deze reflectie accentueert de vorm van de objecten en plaatst ze in een omgeving, wat immens helpt in de geloofwaardigheid van het beeld.

Om deze reflecties op objecten te kunnen vangen is het belangrijk dat de vorm van de objecten dit ook toe laat. Ronde vormen vangen makkelijker reflecties dan platte vormen (2). Dat is de reden dat we scherpe hoeken van onze modellen afronden. Het afronden van hoeken is vaak iets wat ik bij een polygon model toepas op het moment dat de grote vormen van het object met zekerheid zijn bepaald. Afronden van hoeken levert meestal een hoop extra geometrie op, en achteraf deze vormen aanpassen is meestal een geestdodend proces.

De Materials

Nu onze modellen gereed zijn en er een offscreen space in de scene staat is het nu van belang dat onze materialen ook in staat zijn om deze reflecties te genereren. En hier lopen we bij Cinema 4D tegen een probleem aan. Het renderen van reflecties is een complex gebeuren en altijd behoorlijk tijdsintensief geweest. Daarom had Cinema 4D in de oudere versies een soort nep-reflectie; de zogenaamde specular. Deze specular tekent letterlijk een witte stip op een object, zoals we vroeger Tippex gebruikte om highlights te tekenen op onze illustraties. Deze witte hooglichten worden berekend aan de hand van de positie van de camera, de positie en sterkte van de lampen in onze 3D scene, en hoe het hooglicht mag worden getekend aan de hand van een diagram in het materiaal. Het is een super snelle methode om een reflectie renderen, maar houdt geen enkele rekening met de vorm van de lichtbronnen, en al helemaal niet met reflecties van bijvoorbeeld een Sky Object.

Gezien “het altijd al zo was”, wordt deze fake reflectie dus standaard in een Cinema 4D materiaal aangezet. Het is dus een reflectie die je gelijk uit een materiaal wil verwijderen. We vinden de specular in Reflectance Channel als een van de reflectie types. Hier kunnen we ook deze laag verwijderen en te kiezen voor een realistischere reflectie. Kies bijvoorbeeld een Beckmann, GGX, Phong of Ward reflectie. De render tijden worden hierdoor natuurlijk langer, maar het resultaat is vele malen beter (3 & 4).

Fotorealistisch belichten

En als laatste is er natuurlijk ook de belichting. Hier zijn er in de 3D wereld heel sterk twee kampen; een die kiest voor de traditionele licht objecten en een de andere die zweren bij een techniek met de naam poëtische naam Global Illumination ofwel omgevingslicht.

Het gebruik van de standaard licht objecten zorgt meestal voor snelle rendering, maar vraagt een hoop kennis als het gaat om het verzinnen wat licht eigenlijk doet in de echte wereld. Met deze techniek moet je letterlijk denken vanuit het perspectief van een lamp. Een lichtstraal komt door een raam binnen (lamp één), reflecteert op de vloer (reflectie lamp twee), en komt uiteindelijk op een muur terecht (reflectie lamp drie). Mogelijk plaatsen we nog ene lamp voor het enkel werpen van een schaduw en enkele lichtbrom voor het genereren van de hooglichten. Een dergelijk lichtplan wordt dus al snel een vrij complex gebeuren.
Een verdieping in de lichtbronnen kan leiden tot razendsnelle render tijden, maar het opzetten van een dergelijk “rig” is juist weer heel erg arbeidsintensief.

Bij het andere kamp, Global Illumination (Gi), is dit precies vice versa. Het opzetten van de GI lichtopstelling kan gedaan worden in minuten, maar het renderen van met name animaties kan vele malen langer duren. Het fraaie is dat in een GI calculatie lichtstralen de kans krijgen om te reflecteren in de 3D ruimte en eigenschappen van oppervlakten zoals kleur en intensiteit kunnen overbrengen naar andere oppervlakten. In het kort; zoals echt licht in de echte wereld ook werkt.

Zeker met een goede HDRI op een sky object levert dit al snel een bijzonder realistisch resultaat op. Het nadeel is dus nogmaals de lange render tijden die in sommige gevallen kunnen lopen in uren per frame.

De laatste tendens is dat nieuwe render engines die werken op de grafische kaart in plaats van de CPU dit proces immens kunnen verkorten. Denk hierbij aan render engines zoals Octane en Redshift.

Het werken met GI is een studie op zich, wat zeker de moeite waard is en waar we in de toekomst zeker aandacht aan zullen besteden in onze blogs. Maar zonder goede reflecties en offscreen space is ook GI niet de “render as Pixar button”. Zonder offscreen space en reflecties zullen onze renders altijd “not nice” zijn. Het is geen tovermiddel. We weten gelukkig nu wel wat meer over de “Why?” dat zo is.

Wil je meer leren over het creëren van fotorealistische renders in Cinema 4D bekijk dan de training De ultieme Cinema 4D voordeelbundel. In deze training leer in je 18 uur aan videolessen het maximale uit Cinema 4D te halen.

[facebook-comments]