SCHATTIERUNGSMODELLE

Schattierungsmodelle: Realistische Texturen und Effekte erstellen

Mit Schattierungsmodellen können Sie 3D-Figuren und -Szenen Tiefe verleihen und sie realistischer wirken lassen. Simulieren Sie das Zusammenspiel von Licht und Materialien in digitalen Welten.


Bild mit freundlicher Genehmigung von Jake Denham

3D-Rendering eines Roboters aus dem Netflix-Film „Lost in Space – Verschollen zwischen fremden Welten“
Mithilfe von Schattierungsmodellen wenden Artists realistische Beleuchtungseffekte auf ihre 3D-Schöpfungen an. Bild mit freundlicher Genehmigung von Netflix.

Was ist 3D-Schattierung?

Bei der 3D-Schattierung werden Beleuchtungseffekte auf 3D-Objekte angewendet, um die Wechselwirkung mit virtuellen Lichtquellen zu simulieren. Dies verleiht den Objekten mehr Tiefe und sie wirken realistischer.

Verschiedene Arten von Schattierungsmodellen

Gerendertes Objekt mit Phong-Schattierung

Phong-Schattierungsmodell

Phong-Schattierung ist eine Technik, die in 3D-Grafiken angewandt wird, um die visuelle Darstellung von Oberflächen zu verbessern. Dabei werden Flächennormalen über Polygone interpoliert, um eine glattere Schattierung zu ermöglichen. Durch die Berücksichtigung von Faktoren wie diffuser Reflexion und spiegelnder Reflexion modelliert die Phong-Schattierung genau die Wechselwirkung zwischen dem Licht und den Oberflächen.

 

3D-Rendering eines Metallobjekts mit reflektierenden Oberflächen

Blinn-Phong-Schattierungsmodell

Das Blinn-Phong-Reflexionsmodell verbessert die ursprüngliche Phong-Schattierungstechnik in 3D-Grafiken. Dabei wird ein Halfway-Vektor zwischen dem Betrachter und der Lichtquelle eingesetzt, der präzisere Glanzpunkte erzeugt. Im Gegensatz zu Phong werden Blinn-Phong-Reflexionen elliptisch, wenn sie aus steilen Winkeln betrachtet werden, und ahmen dadurch reale Szenarien nach. Dieses Modell bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Genauigkeit und Recheneffizienz. Dadurch eignet es sich für das Echtzeit-Rendering in älteren Grafikpipelines.

 

Mit unterschiedlichen Oberflächenbeschaffenheiten gerenderte Objekte

Physikalisch basiertes Rendering (PBR)

Physikalisch basiertes Rendering (PBR) ist ein moderner Ansatz für Computergrafik. Ziel ist das fotorealistische Rendering. PBR modelliert die Wechselwirkungen von Licht mit Oberflächen auf der Grundlage der realen Physik. Wesentliche Aspekte sind unter anderem die Einsparung von Energie, die Materialeigenschaften (Albedo und Rauheit) und die Mikrofacettentheorie. PBR verwendet Textur-Maps zum Definieren von Materialeigenschaften. So ergeben sich lebensechte visuelle Effekte für Filme, Videospiele und andere digitale Bilder.

 

Computergrafik von einem Blasenfisch aus dem Film „The Beauty“
Die 3D-Modellschattierung verbessert die realitätsnahe Darstellung computergenerierter Bilder (CGI), indem sie die Wirkung von Licht auf unterschiedliche Oberflächenstrukturen simuliert.

Anwenden von Schattierungsmodellen und Texturen

Textur und Schattierung sind integraler Bestandteil der Entwicklung von Animationen (Englisch), visuellen Effekten (Englisch) (VFX) und Videospielen (Englisch). Sie ermöglichen die Erzeugung realistischer, visuell ansprechender virtueller Umgebungen, Figuren (Englisch) und Objekte. Texturen vermitteln detaillierte Oberflächeninformationen, wie Farbe, Rauheit und Reflexionsvermögen. Dadurch simulieren sie Materialien wie Holz, Metall oder Haut. Schattierungsmodelle bestimmen die Wechselwirkung des Lichts mit diesen Oberflächenbeschaffenheiten und erzeugen dadurch Effekte wie Glanzpunkte, Schatten und Reflexionen.

Durch die Kombination von Textur- und Schattierungsmodellen entstehen realistische visuelle Effekte , indem die Wechselwirkung zwischen Licht und Oberflächen realitätsgetreu nachgebildet wird. Mit erweiterten Schattierungsmodellen und physikalisch basiertem Rendering können Artists und Entwickler ein hohes Maß an Realismus erreichen und lassen die Betrachter so in glaubwürdige virtuelle Umgebungen mit realistischen Figuren und Objekten eintauchen.

3D-Rendering-Software verbindet zahlreiche Technologien mit der Anwendung von Textur und Schattierung auf Objekte. Textur-Mapping projiziert 2D-Bilder auf 3D-Oberflächen mithilfe von UV-Mapping-Techniken. Bei der Shader-Programmierung werden mithilfe von Scheitelpunkt- und Fragment-Shadern Beleuchtung (Englisch), Textur-Sampling und Shading berechnet, um das Aussehen von Oberflächen beim Rendering detailliert wiederzugeben.

Physikalisch basiertes Rendering simuliert mithilfe komplexer Algorithmen realistische, auf physikalischen Eigenschaften beruhende Wechselwirkungen zwischen Licht und Oberflächen. Weitere Techniken wie das Normalen-Mapping und Oberflächen-Beleuchtungseffekte werden zum Simulieren von Oberflächendetails angewandt, ohne dass sich die geometrische Komplexität dadurch erhöht.

Vorteile der Schattierungsmodelle

Die sechs wesentlichen Vorteile von 3D-Schattierungsmodellen sind:

Realismus

3D-Schattierungsmodelle simulieren präzise die Wechselwirkungen zwischen Licht und Oberflächen. So ergeben sich realistischere Renderings von realen Objekten und Umgebungen.

 

Ansprechendere visuelle Darstellung

Durch das Hinzufügen von Glanzpunkten, Schatten und Reflexionen verbessern 3D-Schattierungsmodelle die visuelle Darstellung von 3D-Computergrafiken und machen diese visuell ansprechender und fesselnder.

 

Tiefe und Dimension

Schattierungsmodelle tragen dazu bei, dass 3D-Grafiken Tiefe und Dimensionalität erhalten, indem Licht und Schatten so manipuliert werden, dass der Eindruck von Form und Volumen entsteht.

 

Künstlerische Kontrolle

Schattierungsmodelle bieten Artists und Entwicklern die genaue Kontrolle über die Darstellung von Materialien und Oberflächen, um ihre ästhetischen Ziele umzusetzen und die gewünschten Stimmungen oder Atmosphären zu vermitteln.

 

Mehr Effizienz

Erweiterte Schattierungstechniken wie das physikalisch basierte Rendering können den Rendering-Prozess durch genaue Simulation des Lichtverhaltens bei minimalem manuellem Aufwand optimieren. Das Ergebnis sind effizientere Arbeitsabläufe.

 

Vielseitigkeit

3D-Schattierungsmodelle sind vielseitige Werkzeuge, die für Animationen, visuelle Effekte, Videospiele, architektonische Visualisierung und Produktdesign eingesetzt werden können. Sie liefern für verschiedene Medien und Branchen konsistente und qualitativ hochwertige Ergebnisse.

 

Autodesk-Software zum Schattieren von Modellen

Rendering-Software für die globale Beleuchtung


Software für Animation, Modellierung, Simulation und Rendering in 3D für Film, Games und Fernsehen


Software für Modellierung, Animation und Rendering in 3D für Games und Entwurfsvisualisierung


Kundenprojekte zur Schattierung von 3D-Modellen

3D-Rendering des Trolls aus dem Netflix-Film „Troll“

GHOST VFX

Sculpting und Schattierung von 3D-Objekten

Ein Team für visuelle Effekte erweckt in dem Netflix-Film Troll mit Autodesk Maya und ShotGrid eine riesige Hauptfigur zum Leben.

 


Bild mit freundlicher Genehmigung von Netflix

Rendering eines großen Sandwurms vor einem karierten Hintergrund

CG SPECTRUM

Rigging eines von Dune inspirierten Sandwurms

Ein führendes Unternehmen, das in den Bereichen Game-Entwicklung, VFX und Animation ausbildet, stellt interne Talente in einem animierten Werbespot vor.

 


Bild mit freundlicher Genehmigung von CG Spectrum

Standbild aus dem Spiel Hogwarts Legacy, das einen jungen Zauberer vor einem Schloss zeigt

WARNER BROS. GAMES AVALANCHE

Ein Fantasy-Rollenspiel zum Leben erwecken

Ein Videospielhersteller erstellt und verfeinert Charaktere, Animationen und Cinematics mit Autodesk Maya und Autodesk MotionBuilder.

 


Bild mit freundlicher Genehmigung von Warner Bros. Games Avalanche

Ressourcen zu 3D-Schattierungsmodellen

Erfahren Sie, wie Pixomondo mithilfe von Maya die Details von außerirdischen Kreaturen, Tieren, Bäumen und Pflanzen meisterte.

 

Hier finden Sie Lernprogramme für Modellierung, Rigging, Animation, FX, Rendering und Motion Graphics mit Maya.

 

Erfahren Sie, wie Adrian Bobb mit Maya und Autodesk Arnold aufregende Charaktere für gruselige Science-Fiction-Kurzfilme entwickelt.

 

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zu Schattierungsmodellen

Was versteht man unter 3D-Modellschattierung?

3D-Modellschattierung bezieht sich auf die Anwendung von Beleuchtungseffekten auf dreidimensionale Objekte in Computergrafiken, um den Eindruck von Tiefe, Form und Realismus zu erzeugen. Dadurch wird die Wechselwirkung zwischen Licht und Oberflächen in einer 3D-Szene simuliert, und es werden Effekte wie Glanzpunkte, Schatten, Reflexionen und Refraktionen erzeugt. Die Beleuchtung von Objekten und ihre Wechselwirkung mit dem Licht wird genau wiedergegeben. Dadurch wird die Darstellung von digitalen Bildern visuell ansprechender und realistischer. Die 3D-Modellschattierung ist also ein wesentlicher Aspekt des Renderns in Bereichen wie Animation, visuelle Effekte (Englisch), Videospiele (Englisch) und architektonische Visualisierung.

Wie schattiert man ein 3D-Modell?

Durch die Schattierung von 3D-Modellen wird die Wechselwirkung von Licht mit Oberflächen simuliert. Dieser Effekt entsteht in mehreren Schritten. Als Erstes werden Texturen angewendet, um das Aussehen des Objekts zu definieren. Dann wird die Beleuchtungsumgebung mit verschiedenen Lichtquellen eingerichtet. Wählen Sie ein Schattierungsmodell, das Ihren Anforderungen entspricht. Passen Sie Materialeigenschaften wie Farbe und Reflexionsvermögen an und berechnen Sie Schattierungseffekte wie Glanzpunkte und Schatten anhand der Modellgeometrie und der Beleuchtungsbedingungen. Nehmen Sie Feinabstimmungen an den Parametern vor und iterieren Sie bei Bedarf, bis Sie das gewünschte visuelle Ergebnis erhalten. Rendern Sie dann das endgültige Bild, um eine hochwertige Darstellung des schattierten 3D-Modells zu erhalten.

Was ist ein Schattierungsmodell?

Ein Schattierungsmodell (bzw. Beleuchtungsmodell oder Rendering-Modell) ist ein mathematischer Algorithmus oder Regelsatz, der in Computergrafiken verwendet wird, um die Wechselwirkung zwischen Licht und Oberflächen in einer 3D-Szene nachzuahmen. Schattierungsmodelle berechnen die Farbe und Intensität des Lichts bei jedem Pixel eines gerenderten Bilds anhand von Faktoren wie Oberflächenausrichtung, Materialeigenschaften und Beleuchtungsbedingungen. Diese Modelle bestimmen, wie das Licht reflektiert bzw. gebrochen und von Oberflächen abgestrahlt wird. Dadurch ergeben sich Effekte wie Glanzpunkte, Schatten und Reflexionen.

Welche Bedeutung hat die Schattierung eines Materials in einem 3D-Modell?

Die Schattierungen auf dem Material eines 3D-Modells haben erhebliche Auswirkungen auf das Modell selbst. Durch die Simulation der Wechselwirkung zwischen dem Licht und den Oberflächen wirkt das Modell realistischer, wodurch die Schattierungen der digitalen Darstellung eine lebensechte Qualität verleihen. Die Schattierung verbessert die visuelle Darstellung des Modells und führt Effekte wie Glanzpunkte, Schatten und Reflexionen ein. Dadurch wird das Modell visuell ansprechender. Außerdem ermöglicht die Schattierung die Unterscheidung zwischen verschiedenen Materialien innerhalb des Modells, indem Oberflächen aus Metall, Kunststoff oder Textilien präzise dargestellt werden. Die Schattierung vermittelt wesentliche Informationen zu den Materialeigenschaften und trägt dazu bei, Stimmung und Atmosphäre in einer Szene hervorzurufen.

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