Details

Details – Tech Tour

thea_hybrid engineHybrid Engine – Biased und Unbiased

Anfangs gab es nur Renderer die Ergebnisse aufgrund von Annäherungen lieferten, wo die globale Beleuchtung mittels Interpolation gelöst wurde. Seit Einführung von Multi-Core Systemen, die immer leistungsfähiger werden, tauchen Unbiased Renderer nun auch in der kommerziellen Welt auf. Um wirklich alle Lichtmengen berechnen zu können, brauchen die Unbiased Renderer länger bei der Ausführung, allerdings mit dem Vorteil wesentliche genauerer Ergebnisse erzielen zu können. Das Setup ist bei unbiased Renderer einfach, da in der Regel nur wenige Parameter festzulegen sind. Bei Animation haben nach wie vor biased Renderer die Oberhand. Thea Render ist die erste kommerzielle Lösung, die biased und unbiased Engines in einem Produkt beinhaltet. Das bedeutet, dass die Vorteile beider Varianten in einem einheitlichen Rahmen vereint sind. Alle Render Engines nutzen dieselben Materialien und Lichter. Materialien oder Parameter müssen nun nicht mehr konvertiert werden von einem unbiased Renderer zu einem biased Renderer (und umgekehrt). Eine Aufgabe die von Thea Render automatisch gelöst wird. Rendern Sie schnelle hochqualitative Animationen (biased) oder erstaunliche Standbilder mit unbiased oder umgekehrt. Es liegt in Ihrer Hand die gewünschte Wahl zu treffen.

thea_material systemBahnbrechendes Material System – Beleuchtung nachträglich ändern

Es herrscht manchmal Verwirrung darüber, dass ein hinreichend präziser Renderer automatisch ein realistisches Rendering produzieren kann. Aber das entspricht nur der halben Wahrheit. Der Schlüssel zur Erzeugung realistischer und überzeugender Renderings sind die verwendeten Materialien. Oft ist daher die Rede, dass das Material System das Herz eines jeden Renderer ist. Thea Render beinhaltet eine kompakte Anzahl höchst realistischer Materialien, die auf physikalisch korrekten Berechnungsmodellen basieren. Diese Materialien können in einem Schichtenmodell erstellt werden, dass dazu konzipiert wurde die Realität nachzubilden. Dieses neuartige Material System gehört zu einer der zahlreichen Innovationen in Thea Render. Umgesetzt wird dieses System mit dem sogenannten Material Labor, das sich nahtlos in den Workflow von Thea Render eingliedert. Das Schichten Modell kann einfach vom Anwender geändert werden; fügen Sie Beschichtungen hinzu, fügen Sie Schichten ineinander oder stapeln Sie einzelne Schichten übereinander.

thea_light_simulationGenaue Lichtsimulation

Die Licht Simulation bezieht sich bei der Lösung der Globalen Beleuchtung auf die sogenannte Rendering-Gleichung. Eine Gleichung, die die Energieerhaltung bei der Ausbreitung von Lichtstrahlen beschreibt. Diese Gleichung für jede nur erdenkliche Szene zu lösen ist eine der Hauptaufgaben für realistisches Rendering. Es gibt derart exakte Algorithmen, mit denen theoretisch die Berechnung beliebig realistischer Bilder möglich wäre. Allerdings erfordern diese Modelle einen Rechenaufwand, der selbst mit heutigen Computern nicht zu bewältigen wäre. Die Lösung stellen stochastische Methoden dar. Durch schrittweise Anwendung stochastischer Methoden können wir sehen, wie das Bild im Laufe der Zeit verfeinert wird. Thea Render beinhaltet ein mathematisches Rahmenwerk, das sich durch die Auswahl und Verbesserung modernster Techniken auszeichnet. Thea Render kann sogar präzise volumetrische Lichtsimulationen ausführen, eine Möglichkeit die nicht in jeder kommerziellen High End Rendering Lösung gefunden werden kann. Die Berechnung berücksichtigt das volle Lichtspektrum, damit wir sicherstellen, dass Sie keine Details der Beleuchtung vermissen werden.

thea_physically_based_RenderingPhysikalisch-basiertes Rendering

Physikalisch-basiertes Rendering bedeutet: die verwendeten Modelle sind nicht nur beliebige Formeln die eine phänomenale Übereinstimmung mit der Realität haben, sie basieren auf korrekten physikalischen Interpretationen und brechen keine Gesetze der Physik. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass all diese heiklen visuellen Effekte ersichtlich werden; einige von diesen Effekten sind mit herkömmlichen (physikalisch-plausiblen) Rendering Lösungen einfach nicht möglich. Aber eben diese Effekte lassen Ihrer Renderings noch realistischer erscheinen. Thea Render inkludiert physikalische-basierte Berechnungsmodelle in allen Ebenen; egal ob Materialien, physikalische Sonne/Himmel oder sonstige beteiligte Medien. Thea Render sorgt dafür, dass sich diese Modelle nicht negativ auf die Render Leistung auswirken. Genießen sie energetisch korrekte Material Kombinationen, unbiased Pool Kaustiken, genaues Sub Surface Scattering und vieles mehr. Es ist keine Notwendigkeit vorhanden sinnlose Einstelllungen zu treffen, die keinen physikalischen Hintergrund haben und schwer zu verstehen sind.

thea_superb_performanceGrandiose Leistung

Genauigkeit und Realismus sind die Features durch die sich Thea Render unterscheidet. Aber dies allein würde nicht genügen, wenn die Geschwindigkeit der Render Engine nicht ausreichend wäre, um rechtzeitg Ergebnisse liefern zu können. Mit Thea Render machen wir Gebrauch von ausgezeichneten algorithmisch konstruierten Techniken, womit Renderings schnell ausgegeben werden können und die Performance auch mit ansteigender Modell Komplexität skalierbar bleibt. Viele Render Lösungen verlassen auf rohe Optimierungen, die im Grunde nichts weiter als eine Neuauflage des gleichen Codes unter Berücksichtigung neuer Prozessor Funktionen darstellt. In Thea Render sind völlig neue und innovative Techniken eingebaut, welche Ihre Vorteile anhand grundlegender Optimierungen ausspielen. Dies ist der Grund dafür, warum Thea Render selbst sehr prächtige Renderings in einer annehmbaren Zeit berechnen kann.

thea_standaloneStudio Umgebung

Von Anfang an haben wir viel Zeit in eine fortgeschrittene, eigenständige Studio Umgebung investiert, die in die Rendering Engines fest integriert ist. Die Studio Umgebung geht über weit mehr als ein Interface zum Öffnen und Rendern von 3D Modellen hinaus. Thea Render Studio ist ein wesentlicher Teil des Produkts; schon von Beginn an wurde viel Aufmerksamkeit auf eine nicht-modale und ergonomische Gestaltung gelegt. Mit Thea Studio halten Sie ein hochwertiges Werkzeug für die Bearbeitung Ihrer Szenen inklusive OpenGL Unterstützung sowie verschiedenen fortgeschrittenen Tools wie Instancing, Animations-Editor und Interaktivem Renderer. Das Thea Material Labor kann unmittelbar in die Studio Umgebung integriert werden. Mit Thea Studio können Sie Ihre Szenen in vollem Umfang einrichten und verändern.

thea_product_visualizationProdukt Visualisierung

Seit jeher ist Rendering ein Kernprozess für Graphiker, Illustratoren, Animatoren und Architekten. Allerdings kann es auch für Produkt Designer sehr wichtig sein. Durch Verwendung des Material Systems können gutaussehende, genaue und überzeugende Materialien kreiert werden, die nicht nur Ihre Kunden beeindrucken werden. Durch die Visualisierung Ihres Produkts in einem sehr frühen Stadium lässt sich eine spätere Design Änderung vermeiden und somit Geld und Zeit sparen. Erstellen Sie hochwertige Materialien oder nutzen sie den Vorteil der wachsenden, vorgefertigten Material Bibliothek. Nutzen sie den integrierten Material Editor. So sehen Sie wie eine Texturänderung die gesamte Stimmung und den Eindruck Ihres Produkts beeinflussen kann. Wählen Sie aus vorhandenen Daten aus komplexe Phänomene wie Dispersion darzustellen. Nehmen Sie sich Zeit und bewerten Sie Ihr Design mit der Visualisierung in Thea Render.

thea_instant unbiased relightInstant Unbiased Relight – Beleuchtung nachträglich ändern

Auch wenn die globale Beleuchtung ein schwer zu lösendes Problem ist, gibt es dazu eine nette Lösung. Es bleibt dabei gleich, ob wir alle Lichter zusammengesetzt auf einmal lösen oder jedes Licht einzeln behandeln und am Ende die Resultate kombinieren. Thea Render nutzt erstere Variante, was das nachträgliche Ändern von Lichtquellen trotz einmaligem Rendern ermöglicht. Dadurch ist man in der Lage die Beleuchtung (auch von einzelnen Lichtquellen) im Nachhinein zu ändern, ohne erneut rendern zu müssen. Dieser Prozess wird Thea Relight genannt und kann unter anderem für die Erstellung aufregender Beleuchtungsanimationen verwendet werden. Relight ist einfach zu verwenden. Thea Render kommt mit einem integrierten Frame Editor um Animationen in der Thea Studio Umgebung erstellen zu können. Lichter können dabei die Intensität und Farbe von Einzelbild zu Einzelbild ändern, aktiviert und deaktiviert werden. Lichter können zu Lichtgruppen zusammengefasst werden, um mehre Lichter gleichzeitig ändern und verwalten zu können.

thea_image based lightningImage based Lighting – Bild basierende Beleuchtung

Obwohl die Materialien der Schlüssel zu einem sehr realistischen Rendering sind, ist genauer genommen die Belichtung der Schlüssel um all die Attribute und Möglichkeiten der Materialien darzustellen. Solch komplexe Beleuchtung kann durch Einfangen der Umgebungsbeleuchtung (mit einer Kamera) und Erstellen eines HDRI (high dynamic range image, zu Deutsch Bild mit hohen Kontrasten) bewerkstelligt werden. Dieses Bild kann dann als Lichtquelle in unserer virtuellen Umgebung dienen. HDRI Bilder bilden die in der Natur vorkommenden großen Helligkeitsschwankungen mit hoher Präzision ab. Darüber hinaus können diese Bilder dazu verwendet werden, das Umgebungslicht abzubilden. Zusätzlich können eigene Bilder für Reflexion, Brechung und den Hintergrund ausgewählt werden, um das Aussehen Ihrer Szene noch realistischer zu gestalten. Thea Render unterstützt dabei die gängigen Formate wie HDR und OpenEXR.

thea_displacement mappingDisplacement Mapping – Detailtreue mit Materialien erhöhen

Geometrische Komplexität kann manchmal den Realismus in unserem Rendering begrenzen. Harte Kanten und „low-poly“ Objekte können in einem unrealistischen Rendering resultieren. Die Detailtiefe einer Szene zu erhöhen wird üblicherweise mit weiterem Modelling oder einer Unterteilung der Objekte bewerkstelligt (mit Unterteilung ist das Zerlegen größer Flächen in viele kleine gemeint). Die oben genannten Maßnahmen können ein mühsamer Prozess sein, und die Szene wird aufgrund Ihrer Komplexität immer schwerer zu verwalten. Displacement Mapping schafft hier Abhilfe und ist eine effektive Methode um die Komplexität zu erhöhen, ohne dabei die System Ressourcen noch weiter auszureizen. Displacement Mapping ist Standard in der Material Beschreibung von Thea Render. Es ist frei änderbar und gut integriert in den Material Editor. Im Gegensatz zu anderen ähnlichen Verfahren (Bump und Normal Mapping) hat Displacement Mapping den großen Vorteil, dass die Geometrie des Objektes tatsächlich verändert wird. Das heißt, betrachtet man eine Oberfläche aus der Nähe in einem flachen Winkel, so behält sie trotzdem ihre Struktur. Auch im Zusammenhang mit Lichtquellen und Schatten hat Displacement Mapping einen entscheidenden Vorteil gegenüber konkurrierenden Vorgehensweisen, da die veränderte Geometrie natürlich auch hier größeren Realismus bringt, wenn beispielsweise eine entsprechend veränderte Oberfläche in einem flachen Winkel Schatten wirft.

thea_motion blurBewegungsunschärfe – Motion Blur

Kameras (und auch das menschliche Auge) können kein Momentbild der Umgebung wahrnehmen. In der Zeit wo sich die Blende öffnet und sich wieder schließt, kommt das Licht in die Kamera Linse und trifft den Film (oder CCD Bereich bei Digital Kameras). Währenddessen, als Verschlusszeit (Belichtungszeit) bekannt, bewegen sich die Objekte weiter in der Szene und diese Bewegung kann auf dem Film festgehalten werden – dieser Effekt wird als Bewegungsschärfe bezeichnet. Je schneller die Bewegung im Vergleich mit der Verschlusszeit ist, desto deutlicher wird der Effekt sein. Thea Render unterstützt eine präzise Darstellung der Bewegungsunschärfe, in dem die Zeit als Parameter bei der Berechnung berücksichtigt wird. Das bedeutet, egal wie groß oder klein die Bewegung des Objekts ist, die Unschärfe wird korrekt dargestellt, wie bei Verwendung einer echten Kamera. Mehr sogar, Thea Render ermöglicht selbst die Bearbeitung unbeweglicher Objekt Animationen unter Verwendung der Key Frames, sodass die Bewegungsunschärfe auch hier leicht zu erreichen ist. Die Verschlusszeit und andere Parameter der Kamera können ganz leicht in der Oberfläche eingestellt werden.

thea_depth of fieldTiefenschärfe – Depth of Field

Mit echten Kameras aufgenommene Fotos können nicht alle Objekte der Szene scharf ablichten. Es können nur diejenigen Punkte als scharfe Bildpunkte in der Bildebene (Film oder Chip bei Digitalkameras) wiedergegeben werden, die auf der Ebene liegen, die sich in der Gegenstandsweite zur Linse befindet. Alle anderen Punkte, die sich auf näher oder weiter entfernt liegenden Ebenen befinden, erscheinen in der Bildebene nicht mehr als Punkte, sondern als Scheibchen (in der professionellen Fotografie spricht man von Zerstreuungskreisen) Zerstreuungskreise entstehen, weil die von der Linse (Objektiv) auf die Bildebene (den Film) fallenden Lichtkörper Kegel sind; durch Schnitt der Bildebene mit einem Kegel entsteht auf der Ebene ein Kreis. Eng nebeneinander liegende Punkte, die nicht in der Gegenstandsebene liegen, werden durch eng nebeneinander liegende Zerstreuungskreise abgebildet, die sich überdecken und in den Randbereichen vermischen, wodurch ein unscharfes Bild entsteht. Thea Render simuliert das Verhalten echter Kameras mit Einstellungen und Parameter, die sonst nur aus der professionellen Fotografie bekannt sind z.B. Objektiv Brennweite, Blendenzahl etc. Dem nicht genug, kann ein Auto-Fokus oder manuelles Fokussieren unmittelbar im Interface vorgenommen werden (z.B. durch Anklicken einer Fläche, die „scharf“ sein soll). Das führt zu einem sehr schnellen Setup der Tiefenschärfe und besser aussehenden Bildern! Bei der Umsetzung der Tiefen-Schärfe in Thea Render handelt es sich um eine vollständig integrierte Lösung nach den Gesetzten der geometrischen Optik. Tiefenschärfe bietet Ihnen die Möglichkeit die Aufmerksamkeit des Betrachters auf bestimmte Teile Ihrer Szene zu lenken, in dem Sie diese scharf stellen und andere Bereiche Ihres Renderings dadurch in den „Hintergrund“ treten (unschärfer werden).

thea_sub-surface scatteringSubsurface Scattering – Berücksichtigt den Lichttransport in Materialien

Die Volumenstreuung (englisch subsurface scattering, Abkürzung SSS) beschreibt die Streuung des Lichtes in transluzenten Körpern. Transluzente Körper sind teilweise lichtdurchlässig. Im Gegensatz zu lichtundurchlässigen Körpern reflektieren sie auftreffendes Licht daher nicht nur direkt an ihrer Oberfläche, sondern teils erst, nachdem es in die Materie eingedrungen ist. Betrachtet man die äußere Oberfläche von Objekten mit derartigen Materialeigenschaften, so sind Ausfalls- und Einfallswinkel keinesfalls immer gleich – mehr noch: Ein Lichtstrahl kann an einer Stelle unter einem Winkel in den Körper eintreten und an einer völlig anderen Stelle unter einem völlig anderen Winkel wieder austreten. Dieser Effekt macht das Verhalten des Lichts praktisch unvorhersehbar. Thea Render verwendet eben dazu eines der neuesten Verfahren, die eine derartige Wahrscheinlichkeitsverteilung berechnen können. Anwendungsbeispiele Bei einigen Körpern erfolgt die Reflexion an einer Schicht unterhalb der festen Oberfläche, so etwa bei Spiegelglas, bei anderen Körpern liegen mehrere teilweise lichtdurchlässige Schichten übereinander, z. B. bei organischen Stoffen wie Haut und Zellulose. In wieder anderen Stoffen, hauptsächlich Flüssigkeiten wie z. B. Milch, sind verschiedene Stoffe mit verschiedenen Lichtdurchlässigkeiten gemischt; das Licht wird darin zwischen Materieansammlungen hin- und her reflektiert.