Blender Dokumentation: YafRay

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Die Photonmap


Diese Seite bezieht sich auf Blender v2.42

YafRay[Bearbeiten]

Abbildung 1: Ausschnitte des YafRay Panels in Blender

YafRay (Yet Another Free Raytracer) ist ein externer Open Source-Renderer und erzeugt fotorealistische Bilder. Seit der Version 2.32 gibt es die Möglichkeit, Szenen direkt aus Blender heraus mit YafRay zu rendern. Neben Blender müssen Sie deswegen auch YafRay auf Ihrem System installiert haben, das Sie hier [1] downloaden können. YafRay verwendet u.a. auch die Photon Mapping-Technik und damit Sie die Einstellmöglichkeiten in dem entsprechenden Panel in Blender besser in den Gesamtzusammenhang einordnen können, zunächst einige allgemeine Bemerkungen über Photonen.


Die Photon Mapping-Technik wurde 1995 von Henrik Wan Jensen entwickelt und basiert auf einem zweistufigen Algorithmus.

Der erste Arbeitsschritt besteht darin, virtuelle Photonen von einer Lichtquelle mit einer zufälligen Verteilung in die Szene zu senden. Die Photonen interagieren mit den Oberflächen und bei „jedem Kontakt“ werden spezielle Informationen darüber abgespeichert, wie z. B. die Richtung des Strahls, Energie etc. Diese Daten werden in der so genannten Photonmap gespeichert.

Um die optimale Anzeige von Kaustiken und globaler Beleuchtung [GI] zu erreichen, arbeitet man mit zwei Photonmaps, der globalen Photonmap und der Kaustik-Photonmap.

Der Grund für diese aufwändige Methode liegt darin begründet, dass indirekte, diffuse Beleuchtung - repräsentiert durch globale Photonen - zuerst in der Szene gestreut wird, bevor sie von der virtuellen Kamera wahrgenommen wird und zeichnet sich deswegen durch weiche Übergänge aus. Infolge dessen muss in einem großen Radius nach vielen Photonen gesucht werden. Ganz im Gegensatz dazu die Kaustik-Photonen, welche direkt von der Kamera gesehen werden und deren Lichtsaum scharfe Kanten aufweist. Für Kaustiken muss in einem kleinen Radius nach Photonen gesucht werden.

Die Photonmap ist eine Art Datenrepräsentanz, die die Photonen bei ihrem Weg durch die Szene hinterlassen haben. Das Resultat ist ein beobachtungsunabhängiges Abbild der indirekten Beleuchtung. Die Kaustikmap ist nicht Teil der Photonmap, sondern wird direkt im Renderarbeitsgang eingelesen.


Unbiased Renderer[Bearbeiten]

Abbildung 2: Mit freundlicher Genehmigung von Denis Kostyuchenko, alias "SmartDen". Blender 2.42a Renderer Indigo v0.6_test_6

Die Berechnung von GI [Global Illumination] kann sehr lange dauern, besonders wenn man Lösungen verwendet, die tausende von Samples pro Pixel einsetzen, die ihrerseits dutzende Male mit ihrer Umgebung reagieren. Renderer, die mit dieser Methode arbeiten, (Indigo) sind extrem langsam und benötigen mitunter Tage für die Berechnung eines Bildes. Allerdings haben die Ergebnisse dann eine besondere Qualität, mit einer fast unglaublich realistisch wirkenden Darstellung.

Andere Lösungsansätze versuchen nicht - wie die unbiased Renderer - exakt zu arbeiten , sondern rechnen in Näherungswerten. Im Prinzip arbeiten sie in zwei Arbeitsschritten. Im ersten werden nicht viele millionen Strahlen benutzt, sondern nur einige hunderttausend. Diese ergeben ein ungefähres Bild der globalen Lichtsituation - die Photonmap. In dem zweiten Arbeitsschritt tastet der Raytracer zwar noch die Szene ab, wenn er aber auf die „Photonmap“ stößt, nutzt er deren Informationen und schickt keine weiteren Strahlen ab. Hierin liegt die besondere Bedeutung der Photonmap für die Verkürzung der Renderzeiten. Damit wird auch verständlich, dass einige Anstrengungen unternommen werden müssen, aus der relativ niedrig auflösenden Photonmap die fehlenden Daten durch Interpolation herauszurechnen.

Warum sind die Bilder in Yafray immer dunkler als in Blender?[Bearbeiten]

Abbildung 3: Den Welthintergrund in Blender heller stellen

Yafray und Blender verfolgen unterschiedliche Lichtkonzepte und deshalb sollten Sie als erstes einige wenige Einstellungen ändern, bevor Sie überhaupt die Lichtparameter einstellen.

Bei GI (Global Illumination) wird der Welthintergrund in die Berechnung mit einbezogen. In Blender ist dieser standardmäßig auf dunkelblau gestellt - die Betonung liegt hierbei auf „dunkel“. Stellen Sie deshalb bitte den Welthintergrund auf weiß ein.

Blender3D FreeTip.gif

GI funktioniert aber nur dann, wenn Sie, wie in Abb. 1 gezeigt, die Einstellung Full aktiviert haben.



Die nächsten wichtigen Voreinstellungen nehmen Sie bitte in den Buttons Gamma und Exposure vor.


Der Gamma-Wert[Bearbeiten]

Idealerweise würde ein Ausgabegerät den Helligkeitswert 0 als schwarz und den Helligkeitswert 1 als weiß abbilden und alle dazwischenliegenden Werte linear zwischen schwarz und weiß als unterschiedliche Grauwerte darstellen. Dies entspräche einem Gamma von 1.

Aufgrund produktionstechnisch bedingter Faktoren ist eine solche Linearität bei Aufnahmegeräten (z. B. Kameras) oder Ausgabegeräten (z. B. Bildröhren) nicht zu erreichen. Damit keine Helligkeitsinformationen verloren gehen oder aber überbetont dargestellt werden, hat jedes Gerät die Möglichkeit einer Gammakorrektur zur Linearisierung der Abbildungsleistung. Da mein Flachbildschirm z. B. den Gamma-Wert von 2.2 hat (Mac i.d.R. 1.8), setze ich den Wert in Yafray auch auf 2.2. Jetzt ist das Bild für die Ausgabe auf meinem Monitor angepasst.

Der Gamma-Wert ist von seiner Anlage her eigentlich nur dafür gedacht, die einzelnen Ausgabegeräte zu synchronisieren, wird aber in manchen Tutorials auch als „Effektfilter“ für hellere Bilder verwendet. Eigentlich würde es für die meisten Anwender genügen, zwischen der Einstellung 1.8 (Mac) und 2.2 (Win und Linux) auswählen zu können. Wer allerdings den Gammawert seines Monitors mit einem Densitometer ausgemessen hat, kann zu leicht abweichenden Werten gelangen. Dieser Aufwand wird aber nur dann betrieben, wenn der Anwender einen linearisierten Workflow benötigt, z. B. dann, wenn schon am Bildschirm eine farbgetreue Wiedergabe der späteren Druckdaten benötigt wird. In allen anderen Fällen reichen die oben beschriebenen Grundeinstellungen.


Wenn Sie eine möglichst genaue Farbwiedergabe mit Ihrem Monitor erreichen wollen, sollten Sie ihn kalibrieren. Für den normalen „Hausgebrauch“ reichen dazu Programme aus, mit denen Sie die Einstellungen von Hand vornehmen können. Selbst ein nur halbwegs korrekt eingestellter Monitor wird Ihnen die Arbeit sehr erleichtern.

Eine gute Software (englisches Programm) finden Sie unten auf der Seite unter Links.

Exposure[Bearbeiten]

In der Kameratechnik bezeichnet „Exposure“ das Verhältnis zweier Größen, nämlich zwischen Belichtungszeit und Blendenöffnung. Bei identischen Lichtverhältnissen sind Sie somit in der Lage, den Film heller oder dunkler zu belichten, je nachdem welche Kombination von Blendenöffnung und Belichtungszeit Sie eingestellt haben.

Das menschliche Auge ist in der Lage ca. 10.000 Helligkeitsunterschiede zu erkennen, der Bildschirm kann aber nur 255 Helligkeitsunterschiede darstellen. Wenn Sie also eine Szene haben, in der helles Sonnenlicht in ein Zimmer fällt, sind die Helligkeitsunterschiede gewaltig und können nicht adäquat dargestellt werden. Entweder ist das Zimmer zu dunkel oder die Außenszenen sind zu hell. Hier hilft die Funktion „Exposure“ weiter. Als einfache Grundregel kann gelten:

Je heller das Licht in der Szene ist, desto geringer kann der Wert für Exposure ausfallen.

  • Werte zwischen 0.5 – 4 werden für helle Innenraumszenen verwendet
  • Werte höher als 4 werden für dunkle Innenraum- oder Nachtszenen verwendet.
  • „Außenaufnahmen in vollem Sonnenlicht“ benötigen i.d.R. keinen oder nur einen sehr kleinen Wert.


Blender3D FreeTip.gif

Den Gamma- und Exposure-Wert sollten Sie immer als erstes einstellen. Fehler, die Sie hier nicht machen, müssen Sie später nicht durch abenteuerliche Lichtsettings korrigieren.



Exposure betrifft nur die Helligkeitsverteilung beim Rendern. Wie Sie in den nebenstehenden Bildern erkennen können ist die Qualität mit den Standardeinstellungen noch unbefriedigend. Wie diese gesteigert werden kann erfahren Sie in den nächsten Abschnitten.


Abbildung 4: Exposure = 1
Abbildung 5: Exposure = 5
Abbildung 6: Exposure = 10


Links[Bearbeiten]

YafRays FAQ (englisch)
YafRay Release Notes 0.0.8 (englisch)
Gammakorrektur und Gamma-Wert
Eine sehr gute Erklärung für die Funktion "Exposure" (englisch)
Ein kostenloses Programm zum Kalibrieren des Bildschirms (englisch)

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