Haarige Angelegenheit

Einführung in Blender 2.5: Materialien

Einführung in Blender

Teil 1: Grundlagen LU 01/2011, S. 28 http://www.linux-community.de/21422
Teil 2: Materialien LU 02/2011, S. 56
Teil 3: Rigging LU 03/2011

Die Maxime des 3D-Hobbyisten lautet: Das Werk soll so früh wie möglich so gut wie möglich aussehen – dann macht das Weiterarbeiten deutlich mehr Freude. Daher spendieren wir in diesem Teil der Serie dem Dust Puppy bereits das Fell sowie die Haut, auch wenn das bei einer normalen Produktion vorerst noch hintenan stehen würde.

Um die Haare kümmert sich das in Blender 2.5 integrierte Partikel-System. Wer die Entwicklung von Blender ein wenig verfolgt hat, der erinnert sich sicher an die drei "Open Movies" – Kurzfilme, die komplett mit freier Software (vornehmlich natürlich Blender) erstellt und unter einer Creative-Commons-Lizenz freigegeben wurden. Alle drei hatten neben einer Demonstration der Möglichkeiten von Blender immer auch die Weiterentwicklung der Software zum Ziel, und Haare waren in jedem der Projekte gefragt.

Das erste Open Movie, "Elephants Dream" [1] aus dem Jahr 2006, legte den Grundstein für die heutige Haarsimulation. Zwei Jahre danach waren Cartoon-Gras und Fell für "Big Buck Bunny" [2] an der Reihe. Für das 2010 fertig gestellte "Sintel" [3] wurde das System weiter optimiert, um auch bei längeren Frisuren gute Dienste zu leisten.

Die lange Entwicklungszeit und ausgiebige Tests sowie der Einsatz unter professionellen Produktionsbedingungen bedeuten aber noch lange nicht, dass die Arbeit mit Haaren in Blender frei von Schwierigkeiten wäre. Dieser Artikel beschreibt daher einen möglichst simplen Aufbau. Zuerst weisen Sie dem Dust Puppy aber Materialien für die Füße und den Körper zu, damit das derzeit noch hellgraue Objekt ein wenig an Farbe gewinnt.

Materialien

Bei 3D-Modellen handelt es sich meist nur um eine leere Hülle, deren Aussehen die Geometrie und Oberfläche bestimmen. Um die Geometrie haben Sie sich im vorigen Teil des Blender-Workshops gekümmert, nun kommt die Oberfläche an die Reihe. In Blender definieren Sie wie in den meisten anderen 3D-Programmen die Oberfläche eines Objekts über sogenannte Materialien: Dabei handelt es sich um die Eigenschaften der Oberfläche und deren Interaktion mit dem Licht. Hier gilt es sich über eine ganze Reihe von Punkten klar zu werden: Welche Farbe hat die Oberfläche, und wie stark glänzt sie? Reflektiert sie oder ist vielleicht sogar durchsichtig? Wirft sie Schatten, und falls ja, wie?

Nicht nur oberflächlich

Seit Version 2.5x stellt Blender auch ein sogenanntes Volume Material zur Verfügung, dass sich nicht auf die Oberfläche beschränkt sondern das Innere des Objekts berücksichtigt. Nützlich ist dies z.B. bei Wolken, Rauch, Feuer oder Muffins.

Wie Sie vermutlich schon ahnen, definiert man Materialien in Blender über das Properties Panel. Wählen Sie das Modell des Dust Puppy aus und klicken Sie auf den Reiter mit dem runden Material-Symbol (Abbildung 1). Da das Modell aus dem Standardwürfel entstand, ist bereits ein Material zugewiesen. Ändern Sie den Namen in "Beine" oder "Haut" oder eine andere eindeutige Bezeichnung, denn das Modell soll zwei verschiedene Materialien erhalten, und Sie wollen später ja nicht durcheinander geraten.

Abbildung 1

Abbildung 1: Im Materialien-Panel definieren Sie das Aussehen von Oberflächen. Vergeben Sie dabei möglichst aussagekräftige Namen.

Unterhalb des Materialien-Panels finden Sie zahlreiche Optionen, von denen Sie in diesem Fall aber nur zwei benötigen. Unter Diffuse definieren Sie die Farbe und das grundlegende Verhalten der Oberfläche bei Lichteinfall. Die derzeitigen Lichteinstellungen (ausschließlich Environment Lightning) spiegeln jedoch kaum die unterschiedlichen Möglichkeiten der Shader wider. Es genügt also, einfach nur die Farbe zu definieren.

Das erledigen Sie über einen Klick auf das Feld unter Diffuse. Es öffnet sich nun ein Dialog zur Farbwahl (Abbildung 2). Im Slider rechts neben dem Farbkreis legen sie die Helligkeit fest. Unter Hex geben Sie die Farben wie von HTML bekannt hexadezimal an. Der genaue Hex-Wert für das Beinmaterial des Dust Puppy lautet FFDFB4. Die Einstellung Intensity definiert, wie viel Licht die Oberfläche reflektiert – hier passt die Voreinstellung.

Abbildung 2

Abbildung 2: Zur Farbauswahl präsentiert Blender ein Farbkreis.

Direkt unter Diffuse findet sich Specular. Diese Einstellung beeinflusst, wie stark eine Überfläche glänzt. Die Voreinstellung von Intensity fällt mit 0.5 für die die meisten Oberflächen viel zu hoch aus. Reduzieren Sie also den Wert auf 0. Eine gute Faustregel lautet, den Wert für die Specular Intensity nur so hoch einzustellen, dass der Wert addiert mit der Intensity unter Diffuse nicht größer als Eins ist: Anderenfalls hätten Sie ein Material, das mehr Licht zurückwirft, als auftrifft.

Nun haben Sie ein Material für die Beine der Dust Puppy definiert. Noch erstreckt es sich aber über den gesamte Körper. Für den Kugelkörper, aus dem später die Haare wachsen werden, empfiehlt sich aber eine andere Farbe. Wechseln Sie daher mittels [Tab] in den Edit Mode und wählen Sie sämtliche Flächen des Kugelkörpers aus. Klicken Sie nun auf das Plus-Zeichen im Material Panel (Abbildung 3). Es erscheint ein weiteres Material in der Liste, das den gleichen Namen trägt wie das bisherige.

Abbildung 3

Abbildung 3: Über das Material Panel fügen Sie ein weiteres Material hinzu.

Es handelt sich dabei um eine verlinkte Kopie. Um die Bindung zu lösen, klicken Sie auf den Schalter 2 neben dem Feld Names. Nun sollte das Material beispielsweise Beine.001 heißen. Es handelt sich nun um ein eigenständiges Material, das allerdings immer noch die gleichen Einstellungen aufweist wie das Ausgangsmaterial. Das ist ziemlich praktisch, denn so müssen Sie sich nicht abermals um die Diffuse-Einstellungen kümmern. Zunächst ändern Sie nun den Namen, dann wählen Sie eine beinahe schwarze Farbe aus, etwa 0E0E0E (kein Gegenstand in der Natur ist absolut Schwarz). Damit haben Sie zwar das zweite Material definiert, es erscheint aber noch nicht auf dem Modell. Deswegen weise Sie es nun mittels Assign zu (Abbildung 4).

Abbildung 4

Abbildung 4: Über Assign weisen Sie ausgewählten Flächen ein eigenes Material zu.

Nun steht ein Zwischen-Rendering an: Die bisher eingestellte, sehr dunkle Farbe für den Horizont eignet sich zwar für "Clay Renderings" wie am Schluss des vorigen Teils des Workshops, den dunklen Körper des Dust Puppy erkennen Sie so aber nur schlecht. Daher ändern Sie die Einstellungen im World Panel wie in Abbildung 5 dargestellt. Der für die Horizon Color gesetzte Wert lautet EBEBEB. Blend Sky erzeugt einen einfachen Farbübergang, Real Sky richtet den Übergang am Winkel der Kamera aus. Die eben genutzten Optionen verwendet man zwar nur selten für fertige Renderings, sie bieten allerdings eine Möglichkeit, mit wenigen Klicks den Hintergrund während der Arbeit deutlich aufzuwerten. Ihr Test-Render nun sollte ungefähr so aussehen wie in Abbildung 5.

Abbildung 5

Abbildung 5: Für schnelle Previews bietet Blender einfache Farbübergänge am Horizont. Der Dust Puppy hat nun Haut, es folgen die Haare.

Eine haarige Angelegenheit

Bevor Sie die Haare hinzufügen, gilt es noch einige Vorbereitungen zu treffen. Beispielsweise funktioniert die Haarsimulation nicht mit dem Mirror Modifier. Diese Einschränkung können Sie aber ausnutzen: Modelle, die exakt symmetrisch aussehen, wirken selten lebensnah. Daher ist es eine gute Idee, an dieser Stelle den Mirror Modifier anzuwenden. Drücken Sie dafür einfach im Object Mode auf Apply (Abbildung 6).

Abbildung 6

Abbildung 6: Sämtliche Modifier können Sie über Apply dauerhaft anwenden.

Damit verlieren Sie zwar die Flexibilität, die der Modifier dank seiner nicht zerstörenden Änderungen bietet, können dafür aber auch Teile des Objekts bearbeiten, die vorher in der Domäne des Modifiers lagen. Wenn Sie nun im Edit Mode ein paar Vertices an beiden Beinen etwas bewegen, wirkt der Dust Puppy deutlich echter. Es empfiehlt sich, beide Beine und Füße vom Aussehen her ein wenig zu optimieren. Das sorgt auf ganz natürlichem Weg für Unterschiede zwischen den bisher gleich aussehenden Seiten.

Die einfachste Möglichkeit, Haare in Blender zu erzeugen, bietet das Partikelsystem. Dafür müssen Sie lediglich im Object Mode den Dust Puppy anwählen und im Particle Tab des Properties Panel über das Plus-Symbol ein neues Partikelsystem hinzufügen (Abbildung 7). Bei den nun erscheinenden Einstellungen geben Sie dem Partikelsystem zuerst einen passenden Namen wie etwa Haare und wählen danach Type | Hair.

Abbildung 7

Abbildung 7: Der Dust Puppy erhält ein Partikelsystem, das später die Haare kontrollieren wird.

Jetzt sieht der Dust Puppy aus wie eine Voodoo-Puppe, in die tausend Nadeln gestochen wurden (Abbildung 8) – doch das können Sie leicht ändern. Damit die Vielfalt der Optionen Sie nicht verwirrt, verstecken Sie zunächst alle nicht benötigten Sektionen über das kleine Dreieck rechts. Dann öffnen Sie lediglich die Sektion mit der Bezeichnung Render und wählen dort das Material Nummer Zwei. Die Haare sollten nun das gleiche, fast schwarze Material tragen wie der Körper des Dust Puppy. Es stört aber immer noch die Tatsache, dass sich die Haare auch an den Beinen finden, wo sie definitiv nicht hingehören. Das beheben Sie im nächsten Schritt.

Abbildung 8

Abbildung 8: Gegen wen richtet sich dieser Voodoo-Zauber?

Gruppierungen

Um anzugeben, wo auf dem Modell sich Haare befinden und wo nicht, nutzen Sie sogenannte Vertex Groups. Dabei können Sie nicht nur definieren, aus welchen Bereichen des Dust Puppy Haare wachsen, sondern auch, wie dicht der Bewuchs jeweils ausfällt. Nutzen Sie dafür wieder den Edit Mode, wo Sie erst einmal sämtliche Vertices oder Faces der Körperkugel auswählen. Im Properties Panel finden Sie zwischen den Modifiers und den Materials den Reiter Object Data. Dort fügen Sie auch gleich eine neue Vertex Group hinzu (Abbildung 9).

Abbildung 9

Abbildung 9: Über Vertex Groups definieren Sie das Einflussgebiet von Partikelsystemen (und noch vieles mehr).

Auch hier ist es sinnvoll, gleich einen passenden Namen zu vergeben. Damit die Gruppe auch einen Inhalt hat müssen Sie zunächst noch die gerade ausgewählten Bereiche der Gruppe hinzufügen. Dies geschieht durch einen Klick auf Assign. Es ist bisher noch nichts passiert, denn alles was Sie getan haben ist, einen möglichen Einflussbereich zu definieren. Was genau dieser Bereich beeinflusst ist noch nicht festgelegt. Begeben Sie sich daher wieder in den Object Mode und öffnen Sie im Particles Tab den Reiter Vertex Groups. Es erscheint eine Liste von Eigenschaften, die über Vertex Groups gesteuert werden können. Wählen Sie hier unter Density die eben erstelle Gruppe (Abbildung 10).

Abbildung 10

Abbildung 10: Die Haarwuchs-Dichte steuern Sie über die eben erstellte Vertex-Gruppe.

Nun sollten die Beine keine Haare mehr haben. Falls aus den Oberschenkeln trotzdem noch ein paar Haare wachsen, so ändern Sie das, indem Sie Knoten aus der Gruppe entfernen. Der kleine Ring aus Flächen, den Sie beim Erstellen des Modells um den Austrittspunkt der Beine herum gebaut haben, hilft hierbei: Wählen Sie den Ring komplett aus und klicken Sie dann in den Einstellungen der Vertex Group auf Remove. Damit sollte das Problem behoben sein (Abbildung 11). Falls sich dadurch nichts ändert, aktualisieren Sie das Partikelsystem durch Füttern des Zufallsgenerators mit einer anderen Zahl (Seed im Particles Tab, Abbildung 12).

Abbildung 11

Abbildung 11: Den Vertex-Gruppen können Sie auch Mitglieder entziehen.

Abbildung 12

Abbildung 12: Mittels Seed füttern Sie den Zufallsgenerator des Partikelsystems.

Dreadlock Holiday

Die Haare haben nun die richtige Farbe und befinden sich am richtigen Platz. Trotzdem sieht der Dust Puppy aber immer noch aus wie ein Nadelkissen und nicht wie das Zustandekommen aus einer Kombination von Staub, Fusseln und Quantenereignissen. Dafür fehlen vor allem mehr Haare, und die kann Blender auf eine sehr geschickte Art hinzufügen.

Sie könnten jetzt einfach die Anzahl der Haare in den Partikeleinstellungen deutlich erhöhen. Dies hätte aber den Nebeneffekt, dass die Performance im Viewport deutlich absinken und das Rendern länger dauern würde. Als Abhilfe bietet Blender sogenannte Children Particle, zu finden im gleichnamigen Reiter in den Partikel-Einstellungen. Es gibt grundsätzlich zwei Möglichkeiten, die Kindpartikel zu verteilen: Um die vorhandenen herum – das erreichen Sie über die Option Particles – oder gleichmäßig (Faces). Für den Dust Puppy stellt das Verteilen um die bestehenden Haare herum die besser Wahl dar.

Sobald Sie Children | Particles auswählen, erscheint eine große Auswahl an Optionen. Da der Dust Puppy relativ gerade Haare hat, müssen Sie sich mit den meisten davon nicht befassen. Senken Sie die Zahl unter Render auf 20. Das fügt für jedes vorhandene Haar 20 weitere hinzu, sobald Sie rendern. Das sollte für einen ausreichend dichten Bewuchs sorgen. Unter Radius stellen Sie den Wert 0.3 ein und direkt darunter unter Roundness das Maximum. Radius definiert dabei, wie weit die Kind-Haare von ihren Eltern entfernt sein dürfen während die Roundness sie ein wenig versetzt, was den Anschein erweckt, als hätten die Haare des Dust Puppy leicht unterschiedliche Länge.

Rough Endpoint ermöglicht es, die Haare nach außen (oder innen, je nach Einstellung von Shape) aufzufächern, was den Anschein einer gleichmäßigen Verteilung erweckt. Hier stellen Sie den Wert 0.2 bei einer Shape von 1.0 ein. Mit den beiden Werten für Rough1 und Rough2 können Sie ein wenig spielen, um das Fell struppiger aussehen zu lassen. Beispielwerte sowie die kompletten Einstellungen finden Sie in Abbildung 18. Nun sollte die Dust Puppy ungefähr so aussehen wie rechts im Bild. Was nun noch fehlt, sind die Augen.

Abbildung 13

Abbildung 13: Ein Beispiel, wie sich die Werte für die Kind-Partikel gestaltet lassen. Nun fehlen nur noch die Augen.

Was guckst du?

Um die Augen zu modellieren, bietet sich wieder die im ersten Teil des Workshops vorgestellte Technik Box Modelling an. Klicken Sie mit der linken Maustaste auf einen Bereich außerhalb des Dust Puppy. Daraufhin bewegt sich der 3D Cursor von Blender ebenfalls dorthin (Abbildung 14). Das Konzept des 3D Cursors ähnelt dem einer normalen Zeichenmarke, wie etwa in einer Textverarbeitung: Tippen Sie in OpenOffice einen Buchstaben, erscheint er an der Stelle, an der sich der Cursor befindet. In Blender funktioniert das genauso, nur dass Sie den Cursor im 3D-Raum frei positionieren können und er noch weitere Aufgaben übernimmt (siehe Kasten "Was kann der 3D-Cursor sonst noch?").

Abbildung 14

Abbildung 14: Platzieren Sie den 3D-Cursor etwas abseits, bevor Sie den Würfel für die Augen hinzufügen.

Was kann der 3D-Cursor sonst noch?

Der 3D-Cursor lässt sich auch als Anlenkpunkt bzw. Pivot Point für Rotationen und Skalierungen nutzen. Das bedeutet, dass in diesem Fall das Objekt um den 3D-Cursor rotiert beziehungsweise die Skalierung relativ zur Position des 3D-Cursors erfolgt.

Fügen Sie nun mittels [Umschalt]+[A] oder Add | Mesh | Cube) einen Würfel hinzu und spendieren Sie diesem einen Subsurf Modifier. Den fügen Sie so hinzu, wie Sie es im ersten Teil des Workshops kennengelernt haben, oder aber über eine Abkürzung: Mittels [Strg]+[3] erhält der Würfel einen Subsurf-Modifier, der bereits auf drei Unterteilungen sowohl im Viewport als auch beim Rendern eingestellt ist. Begeben Sie sich nun in den Edit Mode.

Über [Strg]+[R] fügen Sie drei Loop Cuts hinzu. Das erreichen Sie, indem Sie das Mausrad nach oben drehen, sobald die pinkfarbene Linie erscheint. Nachdem Sie die Loop Cuts hinzugefügt haben, drücken Sie [S],[X] um diese auf der X-Achse zu skalieren. Da Sie nur eine Achse ausgewählt haben, ändert sich die Größe des Würfels nicht, die drei Umrundungen bewegen sich aber aufeinander zu. Dabei entsteht die Verbindung zwischen den beiden Augen.

Achten Sie darauf, dass sich die Seiten bei der Operation nicht vertauschen: Das würde sich später in Störungen beziehungsweise Artefakten bei den weiteren Arbeiten äußern. Wenn Sie nach der Skalierung auf der X-Achse noch [S],[Z] benutzen, um die Stelle über die Z-Achse einzubuchten, erkennen Sie bereits, wo die Reise hingehen soll (Abbildung 15).

Abbildung 15

Abbildung 15: Langsam geben sich die Augen zu erkennen.

Über die Taste [A] wählen Sie das gesamte Gitter ("Mesh") der Augen aus. Wenn Sie nun mittels [S],[Y] die Augen schmaler gestalten, erhalten Sie den gewünschten Comic-Look. Etwas Kosmetik ist aber noch vonnöten, bevor Sie die Augen an die richtige Stelle bringen können. Fügen Sie links und rechts jeweils noch einen Loopcut hinzu. Jetzt haben Sie genug Kontrollpunkte, um über die Augen Emotionen wie Erstaunen darzustellen. Setzen Sie nun das Shading auf Smooth und geben Sie den Augen ein rein weißes Material ohne Specularity. Abbildung 16 zeigt ein mögliches Mesh für die Augen.

Abbildung 16

Abbildung 16: So könnten Sie die Augen modellieren.

Nun ist es an der Zeit, die Augen korrekt zu platzieren und zu skalieren. Achten Sie dabei darauf, die Augen möglichst nahe an den tatsächlichen Körper zu setzen. Bringen Sie die Augen leicht schräg an und stören Sie sich nicht daran, dass derzeit noch zahlreiche Haare hindurchführen – diese entfernen Sie als Nächstes. Blender bietet dazu mehrere Möglichkeiten, von denen wir hier das Weight Painting einsetzen. In den entsprechenden Modus gelangen Sie über den Modus-Selektor im Viewport Header (Abbildung 17).

Abbildung 17

Abbildung 17: Weight Painting aktivieren Sie über den Modus-Selektor im Viewport-Header.

Weight Painting stellt eine Verfeinerung der Zuordnung von Vertex Groups dar. Sie bestimmen damit nicht nur, welche Vertices zu einer Gruppe gehören, sondern auch wie stark und mit welchem Gewicht. Blender signalisiert dies mithilfe von Farben. Blau bedeutet dabei, dass ein Knoten oder Bereich nicht zu einer Gruppe gehört, Rot steht für hundertprozentige Zugehörigkeit.

Von den Einstellungen, die im Tool Shelf (links neben dem Viewport) erschienen sind, benötigen Sie nur Weight, Strength und Radius. Stellen Sie Weight auf Null, wenn sie Haare entfernen wollen, und auf Eins, falls sie wieder Haare hinzufügen wollen. Radius legt die Größe des Pinsels fest und Strength dessen Stärke. Hier empfiehlt sich jeweils ein Wert von Eins. Das Malen selbst geht wie in anderen Programmen vonstatten, allerdings in 3D, was am Anfang etwas irritieren kann.

Rotieren Sie daher häufig, um immer möglichst "von oben" zu pinseln. Auch empfiehlt es sich, möglichst kurze Striche zu zeichnen, da Blender erst nach dem Absetzen den Bewuchs aktualisiert. Manchmal bleiben kleine Büschel auf blau markierten Bereichen stehen. In einem solchen Fall suchen Sie die die direkte Umgebung ab: Meist findet sich dort eine kleine Insel, die noch grünlich schimmert, oder die direkte Umgebung weist noch Buchten auf, die nicht komplett blau sind. Eine mögliche Bemalung zeigt Abbildung 18.

Abbildung 18

Abbildung 18: Im Bereich unter den Augen gilt es etwas mehr Bewuchs zu entfernen.

Zu guter Letzt fügen Sie noch die Pupillen hinzu. Die dafür nötigen Operationen kennen Sie noch aus dem ersten Teil des Workshops. Nutzen Sie diesmal eine UVsphere mit 16 Segmenten und Ringen und rotieren Sie diese um 90 Grad um die X-Achse, bevor Sie die Proportionen ändern. Dadurch zeigt die Spitze der Kugel nach vorne, was für den weiteren Verlauf des Projekts ein klein wenig Ärger erspart. Nach Set Smooth und dem Hinzufügen eines Materials (wieder mit Specular Intensity auf Null) duplizieren Sie die Pupille mittels [Umschalt]+[D], wobei Blender das Material und alles Weitere bereits richtig einfügt.

Jetzt steht der Dust Puppy zum finalen Rendering bereit – das Ergebnis könnte so aussehen wie in Abbildung 19.

Abbildung 19

Abbildung 19: Dieses Mal schaut der Dust Puppy etwas freundlicher als im Preview für den ersten Teil des Workshops.

Ausblick

Hier muss noch lange nicht Schluss sein: Wenn Sie sich die Comics von Userfriendly genauer ansehen, stellen Sie fest, dass der Dust Puppy noch durch allerlei Details aufweist. So hat er zum Beispiel deutlich hervorstehende Knöchel (die in diesem Artikel komplett ausgespart wurden) sowie Zehennägel. Beides können Sie mit dem bisher gesammelten Wissen leicht hinzufügen, um Ihre 3D-Kreation dem Original ähnlicher zu machen. Sehen Sie diesen Artikel also als Sprungbrett um selbstständig weiterzuarbeiten. 

Infos

[1] Elephants Dream: http://www.elephantsdream.org/

[2] Big Buck Bunny: http://www.bigbuckbunny.org

[3] Sintel: http://www.sintel.org

[4] Deutsches Blender-Forum: http://www.blendpolis.de

[5] Blender-Seite des Autors: http://www.blenderdiplom.com

Der Autor

Gottfried Hofmann studiert derzeit Informatik an der FAU Erlangen-Nürnberg. In seiner Freizeit erstellt er digitale Spezialeffekte für Kurzfilme sowie diverse Trainingsmaterialien für die von ihm meistgenutzte Software, Blender. Außerdem ist er Mitglied im aufstrebenden Filmteam Raubkopictures.

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