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Beleuchtung mit Strahlern bei Nacht

Image Neben selbst leuchtenden Texturen über die Nachtfenster des BAT bietet gmax noch die Möglichkeit, Lichtquellen in eine Szene zu integrieren. Normalerweise erhellen diese Lichtquellen das Gebäude bei Tag und Nacht. Auch das BAT selber benutzt Lichtquellen in einem Beleuchtungsrack, um ein Gebäude zu beleuchten. Das Beleuchtungsrack wird im nächsten Abschnitt vorgestellt werden. Über das Präfix nitelite im Namen einer Lichtquelle wird das BAT veranlasst, diese Lichtquelle nur in der Nachtansicht einzuschalten. Alle anderen eingeschalteten Lichtquellen werden bei einer Nachtansicht durch das BAT abgedunkelt.

Als Lichtquellen stehen drei verschiedene Typen zur Auswahl, Strahler (Spot), gerichtetes Licht (Direct) und eine Punktlichtquelle (Omni). Eine Punktlichtquelle strahlt das Licht in alle Richtungen ab. Dies währe zum Beispiel bei einer Glühbirne oder einer Kerzenflamme der Fall. Ein Strahler ist im Grunde genommen auch eine Punktlichtquelle, nur das die Lichtstrahlen sich nur innerhalb einer bestimmten Richtung von der Punktlichtquelle entfernen. Dies ist vergleichbar mit allen Lampen welche einen Reflektor verwenden. Im Gegensatz zu den Punktlichtquellen verlaufen die Lichtstrahlen bei gerichteten Licht parallel zueinander und entfernen sich nicht voneinander. Dieses Licht ist vergleichbar mit den Sonnenstrahlen, welche auf der Erdoberfläche parallel zueinander sind (physikalisch nicht ganz korrekt, da sie ebenfalls eine Punktlichtquelle ist, aber aufgrund der Entfernung zwischen Sonne und Erde ist der Winkel der Sonnenstrahlen zueinander fast Null).

Strahler und gerichtetes Licht sind in gmax in zwei verschiedenen Arten präsent, einmal als Lichter mit einem Ziel (Target) und einmal frei (Free). Lichter mit einem Ziel bestehen aus zwei Objekten, der eigentlichen Lichtquelle und einem in der Szene nicht sichtbaren Zielpunkt, welcher durch die Lichtquelle angestrahlt wird. Durch das Verschieben beider Lichtquelle und Ziel ist es auf einfache Weise möglich, die Lichtquelle auszurichten. Bei einem freien Lichtquelle wird die Richtung des Lichts alleine durch die Ausrichtung der Lichtquelle bestimmt. Zur Ausrichtung der Lichtquelle wird das Werkzeug zum Drehen von Objekten verwendet, mit der den emittierten Lichtstrahlen eine andere Richtung gegeben werden kann. Welche Art von Lichtquelle verwendet wird, hängt ganz vom Anwendungszweck und dem eigenen Geschmack ab. 

ImageWir wollen nun einfach mal eine Lichtquelle in einem Modell setzen. Dazu ist einfach die gewünschte Lichtquelle zu selektieren und dann durch einen Klick in einer Ansicht zu platzieren. Bei Lichtquellen mit einem Ziel ist die Lichtquelle und ihr Ziel durch eine Ziehen-Operation zu platzieren. Dabei wird die Lichtquelle an die Stelle gesetzt, an der die linke Maustaste gedrückt wurde und das Ziel wird an die Stelle gesetzt, an der die linke Maustaste losgelassen wurde. Bei freien Lichtquellen wird die Richtung der Lichtstrahlen immer in Blickrichtung des Betrachters gerichtet. Bei der Ansicht von oben ist zum Beispiel die Ausrichtung immer zum Boden orientiert. Dies ist ideal, um Deckenleuchten zu platzieren. In der Regel wird die Lichtquelle auf der Nullebene platziert. Mit dem Werkzeug zum Bewegen läßt sich aber auch jede Lichtquelle und ein Ziel bewegen. Die Auswahl der Lichtquelle geschieht am besten durch das Werkzeug Select by Name, kann aber auch mit der Maus erfolgen.

Hinweis: Die in einem Modell beleuchten nur Objekte, welche in dem Modell enthalten sind. Gegenstände oder der Boden eines Grundstücks werden nicht durch einen in einem BAT platzierten Strahler beleuchtet.

Nachdem eine Lichtquelle gesetzt und positioniert wurde, sollten wir uns den allgemeinen Parametern der Lichquelle im Rollup General Parameters zuwenden. Ganz oben befindet sich eine Auswahlliste, mit dem sich der Typ der Lichtquelle noch nachträglich ändern lässt. Am Parameter On sollte grundsätzlich ein Haken gesetzt werden, da ansonsten die Lichtquelle ausgeschaltet bleibt. Der Kasten rechts daneben dient der Auswahl der Farbe der Lichtquelle. Wir können also beispielsweise eine rote Folie vor unsere Lampe setzen, so das nur rote Objekte mit einem roten Farbanteil in einer Szene beleuchtet werden. Die Farbe für den Strahler läßt sich aber auch über die sechs Felder für das RGB- oder das HSV-Farbmodell einstellen. Die mit dem Schalter Exclude... vorzunehmende Auswahl scheint leider keinen Einfluss auf das BAT zu haben. Die Leuchtstärke eines Strahlers lässt sich mit dem Feld Multiplier einstellen. Der nächste wichtige Punkt ist das Feld Cast Shadows, mit dem der Schattenwurf für eine Lichtquelle eingeschaltet werden kann. In der Regel sollte dort ein Häkchen gesetzt werden, es gibt aber Sonderfälle, in dem kein Schattenwurf benötigt wird, aber das sieht meist etwas sonderbar aus. Die Einstellungen unter der Gruppe Affect Surfaces braucht nicht beachtet werden und läßt sich nur in Spezialfällen sinnvoll einsetzen. Der geneigte BATter kann mal ein wenig damit herum spielen.

ImageMit dem Rollup Spotlight Parameter läßt sich für einen Strahler die Ausbreitung des Lichts steuern. Die wichtigsten Parameter sind hierfür Hotspot und Falloff. Die ersten beiden Parameter sind Winkel. Hotspot gibt dabei den Bereich an, welcher durch den Strahler voll ausgeleuchtet wird. Falloff gibt einen Bereich mit Streulicht an, in dem das Licht des Strahler von 'voller Ausleuchtung' auf 'kein Licht' abfällt. Fallof ist immer mindestens 2° größer als Hotspot. Durch Setzen des Parameters Overshot wird erreicht, dass der Strahler das Licht in alle Richtungen abstrahlt, aber Projektionsverhalten und Schattenwurf werden nur in Richtung des Strahlers berechnet. Overshot sollte aufgrund dieses Verhaltens immer deselektiert sein

Eine weitere wichtige Einstellmöglichkeit für einen Strahler ist die Auswahl zwischen Circle und Rectangle. Mit Circle wird ein kreisförmiger Bereich ausgeleucht. Mit Rectangle wird ein rechteckige Bereich beleuchtet. Bei Wahl von Rectangle stehen einen zwei weitere Einstellmöglichkeiten zur Verfügung. Das Verhältnis zwischen den Seiten des angestrahlten Bereichs wird über Aspect eingestellt. Zusätzlich lässt sich mit dem Parameter Map ein Bild angeben, welches durch den Strahler wie durch einen Diaprojektor projiziert wird. Der Schalter Bitmap Fit... stellt das Seitenverhältnis des Strahlers gemäß des gewählten zu projizierenden Bild ein.

Mit dem Parametern Show Cone läßt sich bestimmen, dass der Lichtkegel beim Modellieren auch bei nicht ausgewählten Strahler sichtbar ist. Über die Angabe von Target Distance wird bestimmt, in welcher Entfernung vom Strahler der gezeigte Lichtkegel ändert. Durch den gezeigten Lichtkegel läßt sich genau bestimmen, welche Bereiche in der gewählten Distanz hell erleuchtet werden und in welchen Bereichen das Licht abfällt. Bei einem Strahler mit einem Target läßt sich die Distanz nicht einstellen.

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ImageLicht verliert in der Regel mit der zunehmender Entfernung an Helligkeit. Weit von einer Lampe entfernte Gegenstände erscheinen dunkler als nahe Gegenstände. gmax bietet mit dem Rollup Attenuation Parameters die Möglichkeit, das Licht in Abhängigkeit der Entfernung zu variieren. Das Rollup bietet die Möglichkeit, das Licht in einem Bereich einzublenden und in einem anderen Bereich auszublenden. Das Einblenden wird in dem Bereich Near Attenuation eingestellt. Das Einblenden des Lichts beginnt bei der mit Start eingestellten Entfernung und endet bei der mit End eingestellten Entfernung. Das Ausblenden des Lichts wird über den Bereich Far Attenuation auf die gleiche Art und Weiste eingestellt. Die Einstellungen treten erst in Kraft, wenn unter use ein Häkchen gesetzt wurde. Mit einem Häkchen unter show werden die Einstellungen im Modell angezeigt.

Tipp: Eine gute Anwendungsmöglichkeit für Near und Far Attenuation ist beispielsweise das Erstellen von Leuchtschriften. Hierzu setzt man die Leuchtschrift knapp vor den Träger der Leuchtschrift und richtet einen rechteckigen Strahler mit gerichteten Licht auf den Schriftzug. Das Licht wird knapp vor dem Schriftzug eingeblendet und knapp hinter den Schriftzug wieder ausgeblendet. Hierdurch wird nur der Schriftzug beleuchtet. Sollten trotzdem umliegende Teile durch das Streulicht eines Strahlers beleuchtet werden, so läßt sich dies mit einer weißen Projektionsgrafik verhindern, welche einen schwarzen Rand besitzt. Die Helligkeit des Strahlers sollte zur besseren Wirkung des Leuchteffekts mit einem Multiplikator zwischen 2 und 4 versehen werden. Die rechts unterhalb folgende Grafik gibt ein Beispiel für diese Anwendung der Attenuation Parameters.

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Eine weitere Möglichkeit, die Helligkeit über die Entfernung zu beeinflussen, bietet der Bereich Decay. In diesem Bereich läßt sich unter Type die Art und Weise einstellen, in der das Licht abnehmen soll. Es stehen drei Einstellungen zur Verfügung. Mit None wird die Helligkeit beibehalten, mit Inverse nimmt die Helligkeit linear mit der Entfernung ab und mit Inverse Square nimmt die Helligkeit mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die letzte Einstellung entspricht dem realen Verhalten von Licht, welches von einer Punktquelle abgestrahlt wird. Mit Start läßt sich die Entfernung von der Lichtquelle einstellen, ab der eine Verdunkelung einsetzt.

ImageUm ein möglichst realistisches Aussehen für Gebäude zu erreichen, sollte Licht nach Möglichkeit einen Schatten werfen. Die Lichter im Beleuchtungsrack verursachen standardmäßig einen Schattenwurf. Bei im Modell platzierten Lichtquellen ist der Schattenwurf im Rollup Shadow Parameters durch einen Haken bei On einzuschalten. In Ausnahmefälle kann man auch auf einen Schattenwurf verzichten.

gmax bietet zwei Möglichkeiten für die Berechnung von Schatten an, durch ein Bild oder durch Raytracing. Das BAT unterstützt allerdings kein Raytracing, so das die Methode grundsätzlich auf Shadow Map eingestellt bleiben sollte. Anderenfalls erhält man keinen Schatten. Die Intensität des Schattens läßt sich über die Einstellung Dens einstellen. Eine 1 steht für maximalen Schatten und eine Null für gar keinen Schatten. In der Regel kann diese Einstellung auf 1 gelassen werden. Soll Streulicht im Schatten simuliert werden oder durchsichtige Materialien, so sind Werte zwischen 0 und 1 einzustellen. Mit negativen Werten wäre es in gmax auch möglich, Spiegelungen zu simulieren. Allerdings wird dies ebenfalls nicht vom BAT unterstützt.

ImageWeitere Einstellungen sind in dem Rollup Shadow Parameters nicht notwendig. Für die Berechnung des Bildes eines Schattens bietet das Rollup Shadow Map Params weitere Einstellmöglichkeiten. In der Regel können die Einstellung jedoch beibehalten werden. Durch Absenken von Bias auf Werte zwischen 0 und 1 ist es möglich, sanftere Übergänge zwischen beschatteten und beleuchteten Flächen zu erreichen. Die anderen Einstellmöglichkeit beeinflussen die Qualität der Schattenberechnung, sind aber bereits auf gute Werte eingestellt. Bei Strahlern, welche einen Schatten auf eine weit entfernte Fläche werfen, sollte die Größe Size der Map eventuell erhöht werden. Bei nahen Flächen kann die Fläche verkleinert werden. Die Entscheidung für die richtigen Werte sollte immer anhand eines Proberenderings entschieden werden.