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Let’s light this candle

Let’s light this candle – Video, Stills und Text von Robin Müller, 2020.

Motivation und Vorbilder

Für meine Recherche habe ich mir zahlreiche Modelle von Raketen, Plattformen und Raketenstarts angesehen. Dabei ist mir aufgefallen, dass das Unternehmen SpaceX sehr offen mit vielen Details umgeht. Auf der Website findet man, neben viele Informationen zu verschieden Raketen, einen „Falcon User Guide“. Eine 68-seitige Pdf-Datei mit Wissen über das Raketenmodell „Falcon“, die Performance, das Environment und vieles mehr. Daher entschied ich mich für die Falcon Rakete in meinem Projekt. Für den Startkomplex hab ich mich größtenteils am Kennedy Space Center orientiert. Die Startrampe besteht aus Beton. Als Material für den Boden habe ich mich für Sand entschieden. Viele Rohre, zum Beispiel für Gas und Wasser, führen zum Launch Pad. Für diese verwende ich ein Material, bei dem ich versuche, es als angemaltes Metall aussehen zu lassen, um beispielsweise trotz Farbe eine Spiegelung entstehen zu lassen. Dieses Material, mit etwas weniger metallischem Look, nutze ich auch für die Türme, sowie für die Haltevorrichtung. Mit dem Wissen, dass die Renderzeiten ohnehin hoch sein werden, bin ich bei der Gestaltung des Launchkomplexes minimalistisch vorgegangen. Das bedeutet, dass ich möglichst nur alles notwendige modelliert habe. Für ein paar kleine Details habe ich Geländer und Scheinwerfer hinzugefügt. Um das generelle Aussehen so eines Komplexes zu schaffen, habe ich mehrere Türme, einer davon ein großer Wasserturm, modelliert.

Rakete

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Rakete Falcon mit Liquid Oxygen-Simulation

Die Falcon 9 wird von SpaceX designt und hergestellt. Sie dient zur Beförderung von Personen und Payload. Das Besondere an ihr ist, dass sie die weltweit erste wieder nutzbare Rakete ist. Dafür gibt es ausfahrbare Standfüße. SpaceX hat es geschafft, dass die wertvollsten Teile der Rakete wieder auf die Erde zurückkommen, landen, aufbereitet werden und wieder genutzt werden können. So werden die immensen Kosten zum Teil gesenkt. Von aktuellen 92 Flügen sind 53 wieder gelandet und 38 nochmals genutzt worden. Die Falcon ist ca. 70 Meter hoch, hat einen Durchmesser von 3,7 Metern und eine Masse von ca. 550 kg. Für den Antrieb sorgen 9 Merlin-Triebwerke, welche ein Gemisch aus Kerosin und flüssigem Sauerstoff verarbeiten. Der Sauerstoff ist nötig, um das Feuer überhaupt am Leben zu erhalten. Dieser ist in der sogenannten „First Stage“, dem unterem Teil der Rakete, in einem Tank. Der weiße Nebel, welcher rundum die Rakete schwebt, ist das angesprochene „Liquid Oxygen“. Zum Simulieren nutze ich Phoenix FD. Dafür erstelle ich einen Zylinder mit dem Maßen der Rakete, welcher mit einer Noise Map als Textur ausgestattet wird und diese wiederum als Map für die Entstehung verwende. Diese Zylinder habe ich als nicht renderbar eingestellt. Die Noise Map soll als Zufallsgenerator dienen. Schwarze Stellen werden komplett ignoriert, bis hin zu den weißen Stellen in der Textur, an denen die Entstehung am Höchsten ist. Damit der Rauch möglichst gut zu sehen ist, ist die Lichtstimmung bzw. der Winkel des Lichteinfalls wichtig, denn mit dem passenden Lichteinfall kommt dieser Rauch möglichst gut zur Geltung, wie den hier gezeigten Bildern zu sehen.

Flamme

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Für die Flamme erstelle ich ein Partikelsystem in runder Form. Während der Zeit, in der die Flamme sichtbar ist, werden 15.000 Partikel pro Frame erzeugt und bewegen sich mit 500 Metern pro Sekunde und einer Variation von 200 Metern. Mithilfe einer PHXSource von Phoenix FD lässt sich eine Temperatur als Eigenschaft dieser Partikel einstellen. Um das ganze Anzeigen zu lassen, benötigt es nur noch ein FireSmokeSimulation Grid von Phoenix FD. In den Dynamics-Einstellung von diesem Grid lässt sich ein Wert für das Cooling, also wie lange dauert es, bis das Feuer erlischt, eintragen.

Wasserwerfer

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Wasserwerfer – Rendering, Renderzeit für das Still: ca. 2 h
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Wasserwerfer in der Entwicklungsumgebung, Detailaufnahme
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Wasserwerfer in der Entwicklungsumgebung

Für die Wasserwerfer habe ich ganz eine simple Form gewählt. Auf den Zylinder habe ich einen „Kopf“ modelliert, aus dem das Wasser schießt. Für das Simulieren nutze ich eine Liquid Source von Phoenix FD. Diese bietet den Vorteil, Polygone auswählen zu können, um das Wasser nur am Kopf erstellen zu lassen. Für weitere Einstellungen und zum Simulieren benutze ich ein Phoenix FD LiquidSimulation Grid. Die Möglichkeit Schaum zu imitieren habe ich ausgeschaltet und mich nur für Splashes und entschieden. Dabei bearbeite ich im Wesentlichen die Einstellungen so, dass das Wasser, welches im Endeffekt nur aus Splashes und Mist besteht, nicht direkt in der Höhe abfällt, sondern etwas weiter schwebt und so den Wasserdruck imitiert. Für das Shading nutze ich zwei Particle Shader, einen für die Splashes, einen für den Mist. Hier verändere ich nur die Farbwerte.

Rauch

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Statt einer riesigen Simulation besteht die gesamte Szene aus vier einzelne Rauchsimulationen, um mehrere Möglichkeiten für die Bearbeitung und Individualisierung zu haben. Der Workflow ist für die drei Simulationen in nördlicher, südlicher und östlicher Himmelsrichtung gleich. Zum Erstellen der Partikel verwende ich wieder eine PF Source bzw. drei für die Simulationen. Die Form ist viereckig und auf die Größe des Tunnels angepasst. Ca. 14.000 Partikel werden über die Dauer von 240 Frames pro Richtung erstellt. Sie bewegen sich mit 350-400 Metern pro Sekunde und haben eine Variation von 100-150 Metern. Als Richtung wird „Follow Icon Arrow“ genutzt. Die Partikel in östlicher Richtung sind etwas weniger. Die Lebenszeit der Partikel wähle ich so, dass sie lange erhalten bleiben. Basierend auf den Referenzen zeigt sich, dass der Rauch sehr lange bleibt und es so aussieht, als würde er nur in die Höhe steigen, aber sich nicht auflösen. Mit einer PHXSource von Phoenix FD wird festgelegt, dass es sich bei den Partikeln um Rauch hält. Nun braucht es wieder Phoenix FDs FireSmokeSimulation Grids. Zu erwähnende Werte sind Large Scale, welcher auf den maximalen Wert erhält und Steps per Frame auf den Wert 2. Dies hat zur Folge, dass PhoenixFD bei der Simulation zwei berechnet, wie sich der Rauch bewegt, was aufgrund der hohen Geschwindigkeit zu berücksichtigen ist. Die Cell Size, welche zum größten Teil Einfluss auf die Qualität der Erscheinung hat, steht auf 50 Zentimeter. Im letzten Frame befinden sich über 80 Millionen „Rauchzellen“ in einem Grid bzw. pro Rauchsimulation. Für das Shading nutze ich wieder die Volumetric Options. Die Farbe des Rauchs habe ich auf Weiß gestellt, die Opacity auf 0,3, sodass der Rauch möglichst voluminös und kräftig aussieht. Leider wirkt der Rauch im fertigen Rendering nicht weiß. Wie dies ohne Postproduktion zu beheben ist, ist mir unklar. Ich vermute, es liegt an der Beleuchtung der Szene. Dieser Workflow ist grundlegend für die Erstellung des Rauchs.

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Rauchsimulation in der Entwicklungsumgebung

Anders für die Rauchsimulation in der Mitte. In den Speed-Einstellungen der PF Source wird für die Richtung „Icon Center Out“ verwendet. Das hat zur Folge, dass die Partikel sich in alle Richtungen bewegen und nicht einer bestimmten Richtung folgen, wie es bei „Follow Icon Arrow“ der Fall ist. Dies mache ich mir zu Nutzen, um die Rauchsimulation zu erstellen, wenn die Rakete langsam abhebt und Rauch auf der Launchpad entsteht. Außerdem werden nur 7.000 Partikel über die Dauer von 66 Frames erstellt.

Rendern

Das Thema Rendern war im Nachhinein eine echte Herausforderung. Trotz meines PCs mit guter Hardware, hat sich der Prozess des Renderns sehr in die Länge gezogen: ca. 90 Stunden reine Renderzeit. Das die Qualität sich nicht auf ihrem Maximum befindet, lässt sich leider auch am Rauch sehen. Es wirkt wie ein Rauschen. Gerne hätte ich die Wasserwerfer-Szene länger dauern lassen, leider war dies aufgrund der hohen Renderzeiten nicht möglich.

Schnitt und Ton

Für den Schnitt benutze ich Final Cut Pro. Nach dem Zusammenstellen der Szenerie vertone ich das Projekt mit einer Spannung aufbauenden Musik und einem Countdown, da dieser fast schon ikonisch für einen Raketenstart ist. Die Musik ist Royalty free von Youtube (https://www.youtube.com/watch?v=-DZBOFehk3c aufgerufen am 02.09.2020 um 14:35 Uhr), der Countdown stammt von der Nasa Webpage(https://www.nasa.gov/connect/sounds/index.html aufgerufen am 02.09.2020 um 14:40 Uhr).

Die Arbeit enstand im 4. Semester des BA-Studienganges Medienproduktion im Sommer 2020.

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