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Baum des Lebens

Baum des Lebens – Text und Bilder von Colin Behrens, 2020

Motivation

Für mein Projekt im Fach 3D-Werkzeuge habe ich mich für eine Szene in der Natur entschieden. Mein Ziel dieses Semester ist es neue Möglichkeiten der 3D Modellierung kennenzulernen. Dafür habe ich in diesem Projekt unterschiedliche Techniken getestet. Doch zuerst einmal, worum geht es in meinem Projekt.

Der ursprüngliche Plan war es, eine Art eigenes Asset Pack mit Objekten aus der Natur zu erstellen und diese nett anzuordnen, so dass man darstellen kann, was mit diesen Objekten möglich ist. Auch zum Schluss bin ich bei diesem Plan geblieben, musste aber auch auf einige Inhalte zurückgreifen, die ich schon hatte, oder die mit Hilfe von Addons erstellt werden konnten.

Meine Szene ist lose inspiriert von dem Film Avatar Aufbruch nach Pandora (2009). Kameratechnisch habe ich mich für eine andere Einstellung als in dem Film entschieden, aber mir gefällt das Layout der Welt mit einem Wald, aus dem vereinzelt größere Bäume herausschauen. In meinem Fall habe ich mich für einen einzelnen Baum entschieden, welcher aus dem Wald herausragt, und auf dem der Fokus der Kamera liegt. Denn in dem Film Avatar Aufbruch nach Pandora gibt es ebenfalls einen Baum des Lebens, der für den gesamten Wald sehr wichtig ist.

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Rotkanal eines Wolkenfotos

Atmosphäre und Wolken

Auch der Nebel, welcher zwischen den Bäumen umherzieht, hat mich inspiriert, jedoch habe ich diesen in weitaus kleinerem Maß umgesetzt, da die Lichtstimmung in meinem Bild hell und positiv erscheinen soll und der Nebel eher einige umherziehende Schönwetterwolken darstellt. Dafür habe ich diesen Sommer in meinem Urlaub mit einer Kamera (Nikon D5600 und Nikkor 70-300mm) Fotos der Wolken aufgenommen. Diese habe ich anschließend in Photoshop isoliert in dem ich mir nur den Rotkanal angeschaut habe, dieser weist die stärksten Unterschiede zwischen Himmel und Wolke auf, so konnte ich die Wolke präzise ausschneiden. Daraus habe ich mir mehrere eigene Photoshop Pinsel erstellt und auf transparente Hintergründe einige Wolken gemalt, so dass ich am Ende 3 individuelle Texturen mit Alpha Kanal hatte, die ich animieren konnte. Im Gegensatz zu echten Volumetrischen Wolken, spart diese Technik viele Stunden Renderzeit und Speicher.

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Pinsel in Adobe Photoshop

Die Wolken bewegen sich mit konstanter Geschwindigkeit, deswegen habe ich den Interpolationsmodus auf linear gesetzt.

Denselben Interpolationsmodus habe ich auch für das Schiff genutzt, welches am Anfang unten links zu sehen ist. Die Wellen, die das Schiff hinter sich herzieht, sind per Hand gemalt. Über die Manipulation der Textur-Koordinaten (U,V) konnte ich diese sich hinter dem Schiff herbewegen lassen.

Kamerabewegung

Anders bei der Kamera, wenn ich dort einen linearen Interpolationsmodus verwendet hätte, würde die Bewegung zu abrupt anfangen, deswegen nutzte ich für den Start eine Bezier Curve. Animiert wurde die Bewegung mit wenigen Keyframes, die Details wurden über die „Curve Handles“ im Graph Editor animiert. Ich hatte auch den Plan ein Empty zu erstellen und den Blick der Kamera darauf zu fixieren, so dass ich steuern könnte, wo die Kamera hinschaut, das funktioniert über Object Constraints. Mir erschien aber das Fixieren eines Objekts zu starr und unnatürlich, deswegen habe ich mich für eine abgerundete Kamerafahrt entschieden, die von Hand animiert ist. Ziel der Kamerafahrt ist der große Baum in der Mitte.

Baum des Lebens

Dieser wurde von Hand modelliert, dafür benutzte ich zuerst die Software Tree It um einen knorrigen alten Stamm zu entwerfen, diesen texturierte ich ebenfalls von Hand in Substance Painter und importierte ihn anschließend als Obj-File in Blender. Dort modellierte ich einige Arten von Ästen mit Blättern und erstellte ein Partikel-System mit welchem ich diese an den Baum anfügte.

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Platzierung des Windes in der Szene

Um etwas mehr Dynamik in das Bild zu bringen und damit Betrachter etwas in das Bild interpretieren können (Schönheit des Vergänglichen etc.) erstellte ich noch ein Partikel-System, welches Blätter regnen ließ. Damit diese nicht starr zu Boden fallen habe ich ein Windkraftfeld eingefügt, welches die Partikel nach rechts pustet. Außerdem habe ich die Partikelsimulation schon bei -100 Frames beginnen lassen und zu Beginn die Gravitation erhöht, damit die Partikel schon lange am Fallen sind, wenn die Animation beginnt. Damit diese nicht einfach durch den Boden verschwinden habe ich einige hunderttausend Partikel auf das Wasser gezeichnet, dafür verwendete ich das Scatter Tool. Diese sollen aussehen wie schwimmende Blüten und Blätter.

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Szene in Blender

Wasser

Auch das Wasser hilft, um etwas mehr Dynamik in die Szene zu bringen, dafür habe ich einen Würfel genommen und ihm eine prozedurale Textur aus Noise und Wave-Texturen gegeben, diese dienen auch als Normal Map um die Reflektion zu beeinflussen. Und auch hier habe ich die Bewegung des Wassers über animierte Texturkoordinaten bewerkstelligt.

Die Reflektionen auf dem Wasser sind von einer selbst erstellten Wolken-Textur aus einzelnen generierten Noise Texturen, diese ist nur in Reflektionen sichtbar und für die Kamera ausgeblendet. Der gesamte Wald ist dafür statisch, da mein PC und auch die es in der Hochschule es nicht schaffen meine insgesamt 1,79 Millionen Bäume zu bewegen, aber das fällt auf Grund der kleinen Größe jedes individuellen Baums nicht auf.

Landschaft

Die Bäume des Partikelsystems sind, wie auch in meinen vorherigen Projekten mit Hilfe des Addon Botaniq entstanden. Der aufwendigste Teil daran war diese so anzuordnen, dass sie natürlich Ansammlungen bildeten und nicht Alles monoton eine Fläche bildet. So musste es einige höhere Bereiche geben, sowie unterschiedliche Grüntöne (an einigen Stellen fruchtbarerer Boden etc.). Auch einzelne Ansammlungen von derselben Baumart sind wichtig. Fast genauso schwer war es, die Farben der Bäume so aneinander anzupassen, dass sie miteinander harmonierten.

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Gittermodell eines Steins

Steine

Ebenso sind die Steine, welche so mystisch aus dem Wald emporragen, natürlich statisch und bewegen sich nicht. Diese habe ich durch eine sehr interessante Technik erstellt, welche vor einigen Jahren noch die Zukunft von 3D war, langsam aber immer mehr Alltag wird. Diese Technik nennt sich Photogrammetrie. Dafür werden viele Fotos aufgenommen, woraus der Computer dann ein 3D Modell generiert. Die Aufgabe eines 3D-Artists ist es, neben dem Ausführen des Scan-Prozesses, das fertige Modell so zu bearbeiten, dass es wenige Polygone hat. Das fehlende Detail wird mit einer Normal Map von dem Original Scan übertragen.

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Texturierter Stein

Für die Steine bin auf den Lippischen Velmerstot gewandert und habe sie dort gescannt. Daneben habe ich mich generell den ganzen Sommer mit der Photogrammetrie beschäftigt, so habe ich neben den Steinen aus dem Projekt ca. 20 weitere Steine gescannt, auch mit Drohnenaufnahmen, ein Haus und 60 verschiedene Lebensmittel. Zurück zu dieser Abgabe.

Kamera

Ebenfalls wichtig war es, ungefähr die Maße der echten Welt einzuhalten, damit die Tiefenunschärfe stimmig ist, jedoch war der Fokus Punkt weit entfernt, weswegen die Unschärfe im Hintergrund sowieso nur bei ganz genauer Betrachtung einzelner Frames auffällt. Damit der Fokus dynamisch auf einem Fleck bleibt habe ich einfach ein Objekt als Fokuspunkt gewählt, in diesem Fall den großen Baum.

Die Blende habe ich auf 2.8 gesetzt, damit in meiner Vorbildkamera viel Licht einfallen kann, sodass der ISO-Wert für wenig Rauschen recht niedrig gehalten werden kann. Natürlich gibt es in 3D keinen ISO-Wert, da das Rauschen von den Samples abhängig ist, aber so konnte ich den „Look“ der Kamera doch recht gut nachempfinden.

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Finales Rendering eines Stills

Titelbild

Neben der Animation habe ich auch einen Still Frame gerendert, in welchen ich noch etwas zusätzliche Arbeit gesteckt habe, so habe ich dort beispielsweise noch umherfliegende Vögel eingefügt. Diese sind auch eigene Texturen, welche in Photoshop freigestellt worden sind und als Plane mit Alpha-Kanal importiert wurden. Außerdem habe ich den Stillframe in erhöhter Auflösung und mit mehr Samples gerendert, praktisch gesehen könnte er für eine Art Cover oder Poster zu einem Film, bzw. dieser Arbeit dienen.

Technische Details

1.791.701 Bäume
Addierte Renderzeit: 16Tage 14 Stunden 37 Minuten
knapp 25 GB RAM Auslastung
Arbeitszeit: ca. 50h
312 Frames
256 AA Samples
80 Max Light Bounces

Daten der virtuellen Kamera

Vollformatkamera
f/2.8 Blende
ohne Bewegungsunschärfe (keine Shutterzeit) auf Grund zu langer Renderzeiten
Hochformat

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