Der Advanced Render 3 - Ein Review von Andreas Knauf

Ein Review von Andreas "malzbie" Knauf

Endlich ist er da!
Der neue Advanced Render ist eine der Neuerungen von Cinema4D Version 11.
Es hat sich viel getan aber einiges ist auch beim Alten geblieben.
So sind Effekte wie die Tiefenunschärfe und das Glühen auch weiterhin Posteffekte und funktionieren nicht hinter transparenten Objekten.

Die Neuerungen überzeugen jedoch dermaßen, dass die eben genannten Einschränkungen gerne hin genommen werden.

Anfangen will ich mit dem Einstellungsfenster.

Das Einstellungsfenster

Aufgeräumt ist es. Die Einstellungen sind jetzt nicht mehr in verschiedenen Bereichen zu finden sondern streng getrennt. So findet man die Antialiasing-Einstellungen auch nur in diesem Bereich.
Bei einer neuen Szene sind im Einstellungsbaum auch nur die Bereiche zu sehen, die man unbedingt braucht.
Will man einen neuen Bereich hinzufügen, dann klickt man entweder auf den Effektknopf oder mit Rechts in den Baumbereich.

Die Effekte werden eingeblendet

Die eingeblendeten Effekte kann man jetzt auswählen und sie werden dem Baum angefügt.
Ich hatte das schon mit GI gemacht. Normalerweise ist die GI Einstellung nämlich noch nicht im Baum.
Genauso kann man über den Multi Pass Knopf gewünschte Passes hinzufügen, die sich dann als Unterbereich von Multi Pass einfügen.

Die Rendervoreinstellungen lassen sich prima abspeichern und bei Bedarf einladen.
So kann man bequem zwischen verschiedenen Einstellungen hin und her testen.

Hier nutze ich die Einstellungen Neu (zu erkennen am weißen Symbol)

Komplett erneuert wurde Global Illumination.

Es gibt jetzt 3 Verschiedene Arten der Berechnung.
Irradiance Cache (IR), Quasi Monte Carlo (QMC) und den Himmelssampler.

IR ist eine neue Art der Berechnung.
Hier wird in mehreren Vorberechnungen die Szene analysiert und dann an wichtigen Stellen die indirekte Beleuchtung ermittelt. Dies wird als Shadingpoint in Bild angezeigt. Die Helligkeit dieses Punktes wird dann in dem Cache gespeichert. Der gesamte Cache kann abgespeichert und z.B. für andere Kamerapositionen wieder verwendet werden.
Bei der Bildberechnung wird dann zwischen den Einträgen im IR interpoliert.
Das macht die Berechnung sehr schnell und die Übergänge weich. Es tritt somit keine Fleckenbildung mehr auf, was mit dem alten AR nur sehr mühsam und mit viel Zeitaufwand in den Griff zu kriegen ist.
Der Nachteil dieser Berechnungsart ist die Ungenauigkeit, die naturgemäß aus einer Interpolation resultiert. In den meisten Fällen fällt diese Ungenauigkeit aber nicht auf.
Es gibt für die IR Methode aber auch Möglichkeiten die Genauigkeit zu steigern. Dazu aber später mehr.
IR eignet sich prima für Innenraumszenen und für Animationen. Flackern bei Animationen gehört der Vergangenheit an.

QMC ist eine sehr genaue aber auch rechenintensive Methode.
Sie ist mit dem stochastischen Modus des alten AR vergleichbar.
Hier gibt es keine Vorberechnung im Bild und um fleckenfreie Bilder zu erzeugen braucht man Zeit.
Zur Berechnung werden Strahlen, sogenannte Samples, halbkugelförmig in die Szene geschickt und somit die Farb- und Helligkeitswerte der getroffenen Punkte ermittelt.
Das dauert und führt bei geringer Anzahl der Samples zu Artefakten. Diese Artefakte kann man nur mit höherer Samplezahl reduzieren oder abstellen. Dafür ist diese Art der Berechnung sehr genau. QMC eignet sich für Animationen überhaupt nicht, da nichts zwischengespeichert wird. Außerdem wird die Animation in den meisten Fällen flackern.
Neu ist hierbei die Erstellung von Lichtportalen. So kann in einer Innenraumszene, wo den Fenstern Lichtportale verpasst wurden, eine Szene schneller als sonst berechnet werden.
Auch dazu später mehr.

Der Himmelssampler ist etwas ganz Spezielles.
Diese Methode ist für Bilder, die mit einem HDRI (High Dynamik Range Image) beleuchtet werden. Um ihn zu nutzen braucht man nur ein Himmelobjekt, am besten mit einem HDRI, sonst nichts.
Hiermit werden die Lichtvorgaben des HDRI am schnellsten berechnet und es entsteht ein Bild mit exaktem Schattenwurf in kürzester Zeit. Bei dieser Methode ist jedoch die Strahltiefe auf 1 fest eingestellt. Es werden also keine Lichtreflexionen berechnet.
Mögliches Einsatzgebiet wäre die Produktvisualisierung.

Jetzt kommen erstmal ein paar Beispielbilder, die schon mal grob das Resultat und die Zeitaufwendung der einzelnen Methoden zeigt.
Ich habe die Voreinstellungen nicht verändert (außer bei der Strahlentiefe) und alle Bilder sind nur mit einem Physikal Sky beleuchtet.

Die Versuchsreihe ist nicht vollständig und soll auch nur grob zeigen, was los ist. Später gibt es genaueres.

Himmelssampler, 2,56min

IR, Strahltiefe 1, 2,40min

QMC, Strahltiefe 1, 11min

IR + QMC, Strahltiefe 1, 3,13min

IR, Strahltiefe 2, 4,24min

QMC, Strahltiefe 2, 16,18min

IR + QMC, Strahltiefe 2, 3,43min

Wie Ihr sehen könnt, sind die Unterschiede in der Bildqualität nicht so groß, jedoch gibt es enorme Unterschiede in den Renderzeiten.

Ab einer Strahlentiefe von 2 ist der Modus IR+QMC schneller als IR alleine.
Das liegt daran, dass bei diesem Modus nach Erreichen der ersten Tiefe nur noch ein Strahl ausgeschickt wird. Das macht es schneller aber auch etwas ungenauer.

Außer den Rendertechniken sind auch noch einige Parameter und kleine Helferli’s dazu gekommen, die zur Beschleunigung und Harmonisierung eines Bildes beitragen können.

Jetzt kann man ab einer Strahlentiefe von 2 die „sekundäre“ Intensität einstellen. Das ist ungefähr so, als ob man einen Lichtverstärker hätte.

Zur Erklärung:
Mit der primären Intensität stellt man die allgemeine Stärke der Lichtquellen ein. Mit der sekundären Intensität stellt man das reflektierte Licht ein. Wenn ein Lichtstrahl auf eine Fläche trifft und reflektiert wird, wird über diesen Wert die Stärke der Reflektion angehoben oder auch abgeschwächt. Man könnte damit dunkle Bereiche besser ausleuchten ohne die Strahltiefe anheben zu müssen.
Die nächsten 2 Bilder zeigen den Unterschied.

Primäre Intensität 100%, sekundäre Intensität 100%

Primäre Intensität 100%, sekundäre Intensität 200%

Eine weitere Möglichkeit das Licht aufzuhellen ist die Gammaeinstellung.
Wird der Gammawert erhöht, wird das ganze Bild aufgehellt. Der Nachteil dabei ist, dass das Bild „flach“ und kontrastarmer wird.
Auch hierfür habe ich einige Beispielbilder.

Gamma 1, Ray 4

Gamma 1, Ray 8

Gamma 2, Ray 4

Das GI Portal (auch Exitportal genannt) und das Polygonlicht.
Eine weitere Neuerung, die zur Bildverbesserung beiträgt ist das GI Portal und auch das Polygonlicht.
Will man mit QMC rendern und sollen Räume über Fenster oder andere Öffnungen beleuchtet werden, gibt es immer das Problem, dass die ausgesandten Strahlen oft auf unwichtige Bereiche geschossen werden. Nur vergleichsweise wenige fanden den Weg zum Licht und die Szene wurde ungenau.
Um dies zu umgehen müsste man die Anzahl der Strahlen erhöhen, damit genügend Strahlen das Licht fanden. Natürlich hat man damit auch die Strahlen erhöht, die im Dunkeln „umherirren“! Das führte zu langen Renderzeiten.
Mit den GI Portalen hat man jetzt ein Hilfsmittel, welches die Strahlen mehr zum Licht anstatt zu den dunklen unwichtigen Bereichen leitet.
Das Gleiche macht auch ein Polygonlicht. Jedoch leuchtet es selbst! Doch damit nicht genug.
Entscheidend bei der Qualität des Bildes sind die hinzugekommenen Samplingmethoden. Bei den Samplingmethoden werden Strahlen interpoliert und der Szene hinzugefügt.

Ein Bild sagt manchmal mehr als Worte:

Quelle: C4D-Hilfe

Wie ihr sehen könnt, schickt das Oversampling die zusätzlichen Strahlen in jede Richtung. Das verbessert zwar auch schon das Bild, jedoch wird viel Zeit damit verschwendet weil die Strahlen auch in unwichtige Richtungen geschickt und dann erst eliminiert werden.
Beim QMC Sampling werden nur dort Strahlen hinzugefügt, wo sie auch wichtig sind. Das Geht schnell und verbessert das Bild ungemein.
Pro-Pixel QMC Sampling schickt für jeden Pixel des Objektes in der Szene (nicht aber bei Hintergrundobjekten und Himmel) einen Strahl aus. Das dauert natürlich. Aber auch hier werden die Strahlen in Richtung des Portals geschickt. Dadurch bekommt man sehr genaue Ergebnisse.
Der Modus eignet sich besonders, wenn die Portale sehr klein sind.
Zu bemerken sei noch, dass beim Oversampling die Samplezahl in den Rendervoreinstellungen genommen wird, wobei bei den anderen Methoden die Werte in der Materialeigenschaft „Illumination“ des Portals oder des Flächenlichts eingestellt werden.

Das Material eines Portals muss transparent sein, sonst lässt sich die Portaleigenschaft nicht aktivieren. Ein Material eines Polygonlichtes muss leuchten.
Hier zeige ich mal einige Bilder, die den Unterschied der Samplingmethoden verdeutlichen.
Beleuchtet wird mit einem Polygonlicht. Alle haben eine Samplezahl von 128 und eine Strahltiefe von 1.

Samplemodus Normal (also kein) 5,37min

Oversampling, 0,52min

QMC Sampling, 1,06min

Pro Sampling, 1.07min

Die Gleiche Szene hab ich auch noch mal mit einem Exitportal berechnet. Das Licht kommt diesmal von einem Physikal Sky.

Sampling Normal, 4,49min

Oversampling, 1,36min

QMC Sampling, 11:49

Pro Sampling, 4,53

Die Unterschiede zwischen Pro-Pixel und QMC sind bei diesen Bildern kaum auszumachen. Jedoch wird bei aufwendigeren Szenen mit höheren Strahltiefen- und Samplingwerten der Unterschied immer deutlicher.


Und somit komme ich zur letzten großen Neuerung das AR3: Dem Physical Sky.


Sobald man ein Sky-Objekt in die Szene lädt, fallen gleich zwei Sachen auf.

• 
  
• - Man braucht kein Umgebungsobjekt und keinen Sky-Volumen-Tracer mehr.
  
• - Der Sky wird als Kompassrose dargestellt und er hat auch eine Sonnenverlaufskurve.
  

Jetzt ist es kein Problem mehr, den Sky so zu drehen, dass Norden wirklich da ist, wo er in der Szene sein soll. Da jetzt alles im Sky vereint ist, wird die Szene zudem übersichtlicher.
Wenn Sky geladen ist, ist es erst einmal der normale „Alte“ Sky. Jedoch gibt es einen Haken der ihn zum Physical Sky macht. Und schon hat man einige Parameter mehr zur Verfügung, die bei der Einstellung des Himmels helfen.

Der markierte Bereicht wird aktiviert

Ich will hier jetzt nicht jeden Parameter durchspielen, aber die grundlegenden Unterschiede zum alten Sky sollen schon gezeigt werden.
Folgende Bilder wurden mit IR gerendert. Strahltiefe 3. Dauer ca. 5 sec pro Bild.
Die Erste Reihe wurde um 8Uhr gemacht.

Alter Sky

Physikal Sky

Physikal Sky, warme Farben

Physikal Sky, Chrominanzfarbmapping

Und zum Vergleich das Ganze noch mal um 15 Uhr.

Alter Sky

Physikal Sky

Physikal Sky, warme Farben

Physikal Sky, Chrominanzfarbmapping

All diese Bilder sind ohne weitere Einstellungen entstanden. Man sieht aber auch so schon, dass der Physical Sky enorm zur realistischen Ausleuchtung beiträgt.

Hier noch kurz einige Stichworte zu den neuen Funktionen vom Physical Sky:

• 
  
• - Neuer Sky-Ozonwert führt zu realistischeren blauen Dämmerfarben
  
• - Einige neue Sonnenparameter
  
• - Einige neue Sonnenschattenparameter
  
• - Neuer Atmosphäreneffekt führt zu realistischem Dunst bei weit entfernten Objekten
  
• - Abschaltbarer Schatten bei den 2D-Wolken
  
• - Das blaue Himmelskuppellicht kann jetzt deaktiviert werden
  
• - 2 neue Parameter die die GI-Abstrahlung des Himmels beeinflussen
  

Fazit:

Der Advanced Render 3 ist sein Geld wert! Gi wurde komplett umgebaut. Man braucht nicht mehr umständlich an den Parametern rumspielen um dann mehr durch Zufall eine Einstellung zu erreichen, die ein Bild in annehmbarer Zeit und in guter Qualität rendert.

Jetzt braucht man eigentlich nur noch GI aktivieren und ein dolles Bild kommt rasend schnell daher. Durch den neuen Irradiance Cache ist es endlich auch möglich eine Animation mit GI zu rendern, ohne dass es zum flimmern kommt. Ich habe es getestet und bin begeistert!
Aber auch der QMC Modus ist um längen besser geworden. Durch die GI Portale und Polygonlichter lassen sich Szenen ungemein optimieren, sodass es auch hier zu sehr genauen Berechnungen kommt die viel schneller erstellt werden als es der AR2 je konnte.
Szenen mit GI Einstellungen aus dem alten AR, können beim Einladen direkt in die neuen Einstellungen umgewandelt werden. Das muss jedoch in den Programmvoreinstellungen aktiviert sein. Tut man das nicht, so hat man für diese Szene das GI des alten AR zur Verfügung welches aus Kompatibilitätsgründen immer noch da ist.
Der Physical Sky rundet das Ganze noch ab. Die Lichtstimmungen und auch die Qualität des Himmels ist so gut geworden, dass man ein HDRI für Außenszenen eigentlich nicht mehr braucht.

Negativ anmerken muss ich jedoch, dass sich an den Effekten wie Tiefenunschärfe und Glühen nichts getan hat. Sie sind immer noch nicht in die Berechnung eingebunden und werden als Posteffekt erst nach der Bildberechnung hinzugefügt. Dadurch sind die Probleme, die man mit solchen Effekten und z.B. einer Transparenz im Bild hat, immer noch da.


Ich hoffe, dass euch dieser Bericht gefallen hat.

Fröhliches Rendern!

Andreas Knauf alias Malzbie.