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Kaustik

Weingläser – Modeling, Texturing, Lighting & Renderings von Rica Burkhardt, 2021

Im Fach Computergrafik geht es nach dem Kennenlernen eines 3D-Programms in einem vorgelagerten Fach (Einführung 3D-Raum & Szene) um das Modeling einzelner Objekte, Texturieren und fotorealistisches Rendering. In jedem Computergrafik-Lehrbuch oder Kurs findet man das Weinglas-Beispiel für das (naheliegende) Drehverfahren. Hier war die Aufgabe anspruchsvoller: wir modellierten ein Weinglas nach fotografischem Vorbild, das war eines, das nicht vollständig rotationssymmetrisch war und ein altmodisches Dekor hatte, versuchten uns am farbigen Glas (das Original war aus Altglas hergestellt) sowie an Wasser und Rotwein. Last but not least simulierten wir die typischen Lichtreflexe dabei – Kaustiken.

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Foto vom originalen Weinglas mit Rotwein

Modeling

Rica Burkhard hat nach Fotovorlage je eine Linie für das Weinglas, Wein und Wasser erstellt, die sie um die z-Achse rotierte, sie verschweißte die Punkte auf der Achse und achtete auf korrekte Normalenrichtung. Dabei wurden recht viele Segmente bei der Rotation erstellt. Nach Fotovorlage erstellte Rica Burkhard ein geeignetes Bild für das Bump-Mapping – das dient zur Art Vortäuschung von Oberflächen-Unebenheiten.

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Bump-Textur

Mit derselben Textur konnte sie aber auch eine Oberflächenunebenheit geometrisch erzeugen: mit dem Displace-Modifier.

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Displace-Modifier unter Verwendung der Bump-Textur. Tatsächlich verwendet Rica Burkhard noch viel mehr Segmente, aber aus Gründen der Sichtbarkeit der Geometrie werden hier weniger benutzt.

Textur

Neben der Bump-Textur, die natürlich sorgfältig ausgerichtet werden sollte, ging es dann darum, die wichtigsten physikalischen Eigenschaften von Glas, Wasser und Wein im Materialeditor abzubilden.

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Anzeige und Ausrichtung der Textur am Weinglas
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Rendering ohne Kaustik

Kaustik

Für die Kaustik selbst, die durch Reflexion und Beugung an unebenen Oberflächen entsteht, muss man das Photonenmodell des Lichtes verwenden: Die Lichtquelle sollte Photonen emittieren, das Material sollte auf Photonen reagieren bzw. eingestellt werden. Für die Physik dazu siehe: https://en.wikipedia.org/wiki/Caustic_(optics), Aufruf am 13.12.2021.

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Lichtquelle mit Photonenmodell (V-Ray Sun)
Kaustik-Einstellungen, Multiplikator 15. Der Multiplikator 15 wurde von V-Ray empfohlen, siehe https://docs.chaosgroup.com/display/VMAX/Caustics, Aufruf am 13.12.2021
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Render Elements Dialog, auch hier wurde der Multiplikator 15 eingestellt.

Die Kaustik-Effekte können auch allein als einzelnes Bild gerendert werden. Vor allem, wo die Renderzeiten sehr lang werden, kann man auch mit einem nicht vollständigen Kaustik-Bild ein gutes Compositing erzeugen. Das Rendern einzelner physikalischer Effekte ist ein Standard-Verfahren und nennt sich Render Elements.

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V-Ray Caustic Render Elements

Hard- und Software

Rica Burkhard verwendete Autodesk 3ds Max mit V-Ray und dem Progressive Algorithmus. Schon nach 4 Durchgängen wurden Kaustiken berechnet, doch leider nach 100 000 Durchgängen war das finale Bild noch nicht fertig.

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„Final Rendering“ in einer Auflösung von 2560 x 1440 px. Das Rendering wurde nach 137 h, 45 min abgebrochen, einige Bokeh-Stellen rechts unten an den Gläsern, sind nicht fertig berechnet.
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Compositing der beiden Bilder nach Korrektur der nicht zu Ende berechneten Bokeh-Stellen

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