Blender und Cycles: Der ultimative 3D Animation Kurs

Die Benutzeroberfläche von Blender unterscheidet sich in einigen Punkten von anderen Programmen. In dieser Lektion zeige ich Dir, worauf Du achten musst, wie Du Layouts und Panels effizient benutzt und wie Du die Programmoberfläche anpassen kannst.

Blender verfügt über viele Konfigurationsmöglichkeiten. Die Einstellungen, die ich vornehme, weil sie sich für mich in der Praxis bewährt haben, zeige ich Dir in dieser Lektion. Zudem erfährst Du die Grundlagen der Navigation in der 3D-Szene.

In dieser Lektion lernst Du nicht nur, wie Du Objekte mittels Gizmos im Raum anordnest, sondern zudem, wie Du diese Vorgänge mit Tastenkürzeln erheblich effizienter gestaltest. 

Wir befassen uns hier mit dem Anlegen und löschen neuer Objekte, dem 3D-Cursor sowie der Organisation von Objekten auf Ebenen. 

Zum besseren Grundverständnis besprechen wir hier Master-Instanz-Prinzipien, die die Grundlage der Objektverwaltung in Blender  und Unity darstellen. Du lernst wie Du in Blender mit Kopien und Klonen arbeitest, sie unterscheidest und gezielt einsetzt.

Der Vorgang bei dem ein konkretes Bild aus einer mehr oder weniger abstrakten Szenenbeschreibung synthetisiert wird, nennt sich Rendern. Dieses Video erklärt das Verfahren anhand eines Beispiels und grenzt Echtzeit- und Pre-Rendering voneinander ab.

Unter MacOS werden einige Funktionstasten vom Betriebssystem blockiert. Da sie jedoch sehr nützliche Tastenkürzel in Blender realisieren, müssen sie in den MacOS-Einstellungen deaktiviert werden, damit Blender die F-Tasten empfangen kann.

In diesem Video sehen wir uns den grundsätzlichen Arbeitsablauf beim Erstellen von Renderings an.

Die Szenen-Kamera zum Rendern wird grundsätzlich wie ein Objekt behandelt und unterscheidet sich von der Bearbeitungsansicht. Einige Tastenkürzel und Kniffe sind für das Verschieben, Rotieren und Ausrichten der Kamera besonders relevant.

Die Unterscheidung von perspektivischem und orthografischem Typ gehört ebenso wie Shift- und Clippingeinstellungen zu den Kamera-spezifischen Eigenschaften.

Dieses Video erklärt den Begriff der Brennweite und welche Bedeutung sie in der 3D-Gestaltung hat. Wir sehen uns außerdem an, wie sich die Veränderung des Zooms und das Bewegen der Kamera im Raum voneinander unterscheiden, obwohl beide zunächst scheinbar gleiche Ergebnisse produzieren.

Das Errechnen des fertigen Bildes aus der Szenenbeschreibung geschieht über einen Renderer. Blender verfügt über die Renderer OpenGL, Internal, Eevee und Cycles, deren jeweilige Eigenschaften wir in diesem Video besprechen.

Wir beginnen mit einer einfachen Szene, in der wir einen Kugel als Planet hinzufügen.

Nun schalten wir auf das Cycles-Rendering um und konfigurieren den Arbeitsbereich so, dass wir die Szene anhand einer Echtzeitvorschau bequem anpassen können.

Durch Einstellen der Abtastrate können wir festlegen, wie präzise das Bild gerendert wird. Dies hat Einfluss auf die Genauigkeit, aber auch die Render-Geschwindigkeit. In diesem Zusammenhang sehen wir uns außerdem an, wie unterschiedliche Abtastraten für die Vorschau und das finale Rendering zum Einsatz kommen.

Wir ergänzen unsere Szene um eine Sonne, die den Planet beleuchtet und sehen uns dabei an, wie sowohl Emissionsmaterialien als auch Lichtquellen innerhalb einer Szene zum Einsatz kommen können.

Neben der grundsätzlichen Unterscheidung, ob indirekte Lichteffekte berechnet werden oder nicht, bietet Blender eine Auswahl an Lichttypen. In diesem Video besprechen wir die Unterschiede zwischen den Leuchtmittelarten Point, Sun, Spot, Heli und Area.

Um dem Planeten eine attraktive Oberfläche zu verleihen, stellen wir den Objekt-Shader auf Smooth, erzeugen ein Material und laden ein Satelliten-Bild in die Szene, das wir durch erzeugen von UV-Koordinaten auf dem Planetenobjekt abbilden.

Aus gestalterischen Gründen möchte man sichtbare Lichtquellen gerne mit einer Aura versehen. Während dies in vielen anderen Tools über eine eigene Funktion möglich ist, müssen wir in Blender eine nachträgliche Bildbearbeitung auf das gerenderte Bild anwenden. Dieses Video zeigt den Aufbau einer Postprocessing-Pipeline mit dem Node-System und die Verwendung von Weichzeichnern, Bildverrechnungen, Einfärben per Gradientenabbildung sowie den Einsatz des Viewer-Knotens und der Hintergrundoption zur Erleichterung des Entwicklungsvorgangs.

Da wir den Emissionswert für das Postprocessing herabsetzen mussten, kommt jetzt eine Sonnenlichtquelle zum Einsatz, um die Ausleuchtung per Sonnenlicht zu verstärken.

Volumetrische Materialien rendern den Inhalt eines Objektkörpers und werden in unserem Beispiel eingesetzt, um eine Atmosphärenschicht um den Planeten zu legen.

Die Denoise-Option von Blender 2.79b ist ein bequemer Weg, um das typische Cycles-Rauschen zu korrigieren.

Um externe Abhängigkeiten zu verringen, lässt sich die Bildtextur auch direkt in die Blender-Datei importieren.

Zunächst betrachten wir die üblichen Projektionsprobleme und bereiten das Kugel-Mesh für die hemisphärische UV-Abbildung vor.

In Gimp konvertieren wir das heruntergeladene Satellitenbild in eine nahtlose Texturfläche und leiten dann zwei Bildfragemente daraus ab. Mit Verzerrungsfiltern bereiten wir die Bilder auf die kugelförmige Projektion vor und korrigieren die Polverzerrungen.

Für den Einsatz in Blender kombinieren wir die Einzelbilder nun wieder zu einem Gesamtbild.

Wir importieren die bearbeitete Textur in Blender und passen die Ausrichtung der Halbkugelprojektionen durch Rotation und proportionales Verschieben aneinander an. Dabei ist das UV-Hilfsraster nützlich, das wir zum Schluß einfach durch die fertige Textur austauschen können.

Um die Form eines Objekts zu beeinflussen, muss in Blenders Edit-Modus gewechselt werden. Dort stehen verschiedene Auswahlwerkzeuge zur Verfügung, um Vertices, Edges und Faces zu markieren und anschließend über die bekannten Tools zu verschieben, rotieren und skalieren. Zudem sehen wir uns das Löschen und Wiederherstellen von Elementen an.

Anhand einer Bildvorlage identifizieren wir zunächst die charakteristischen geometrischen Grundformen, die die Erscheinung eines Space Shuttles prägen. Anschließend bilden wir die Form durch Box-Modelling-Verfahren unter Anwendung von Extrusion, Verschmelzung und ringförmigem Schnitt nach.

Dieses Video erklärt kurz das Grundprinzip von Modifikatoren, wie wir sie in den folgenden Videos anwenden werden.

Zur Vermeidung von Wiederholungen wird die Hälfte des Modells gelöscht und mit dem Spiegelmodifikator versehen.

Am Beispiel des Orbital Maneuvering Systems des Space Shuttles sehen wir uns an, wie ein Antriebsbauteil als separate Meshgruppe innerhalb des selben Objekts hinzugefügt wird.

Das auf dem Rücken des Shuttles befindliche Seitenruder wird zunächst als Querschnittkontur aus einem zweidimensionalen Rechteck abgeleitet. Nach der Extrusion in die Tiefe schneiden wir die Kante auf Gehrung, um eine weiche Rundung im Endergebnis zu erhalten.

Anhand der Modellierung der Tragflächen sehen wir uns die Extrusion einer frei gestalteten Kontur an, sowie Tipps zum Ausrichten von Vertices und dem Steuern der Subsurface-Glättung an einzelnen Punkten.

Im schattierten Modus zeigt sich, dass die Flügeloberflächen in die falsche Richtung zeigen, weshalb wir diese Ausrichtung der "Normalen" korrigieren müssen.

Der SubSurf-Modifikator erzeugt an einigen Stellen sichtbare Lücken in der Flügeloberfläche. Wir korrigieren diese durch kleine Anpassungen des Meshs.

Neben dem Meshmodelling gibt es noch andere Verfahren, die je nach Form schneller zum gewünschten Ergebnis führen können. Die in diesem Video besprochene Spline-basierte Extrusion dient nun zur Erstellung der Antriebstrichter. Zudem sehen wir uns das Parenting an, mit dessen Hilfe mehrere Objekte hierarchisch in der Szene organisiert und verbunden werden können.

Als Beispiel für das NURBS-Modellierungsverfahren erweitern wir nun das Shuttle um ein Cockpitfenster.

Um Bildtexturen auf das Space Shuttle auftragen zu können, sind UV-Koordinaten erforderlich, die wir nun durch ein Unwrapping erzeugen. Dabei sehen wir uns für den Rumpf, die Flügel und das Manöver-System an, wie wir mit Hilfe verschiedener Projektionstechniken eine verzerrungsarme Projektion auf ein Bild erreichen können. Das Video bespricht außerdem Blenders Strech-Visualisierung, das Erzeugen von Schnittkanten, zu beachtende Unterschiede zwischen den Renderern und die Auswirkung des Subdivision Modifikators.

Durch einige rudimentäre Bildbearbeitungsfunktionen lässt sich die Textur bereits in Blender direkt bearbeiten. In diesem Video sehen wir uns die grundsätzlichen Werkzeugbereiche, Einstellungen und Pinselspitzen für das Malen im UV-Editor an. Außerdem erfährst Du, worauf Du nach dem Zeichnen beim Speichern achten muss.

Da das Zeichnen auf der Textur relativ unintuitiv und mühsam sein kann, sehen wir uns Blenders 3D-Paint-Modus an, mit dem sich die Textur direkt auf der 3D-Oberfläche einzeichnen lässt. In diesem Zusammenhang besprechen wir auch die Optionen Occlude, Cull, Normal und Bleed sowie das Verformen der Pinselspitze im  Projektions-Zeichenmodus. Auch die Pipette und das Linienwerkzeug kommen beim Färben des Shuttles zum Einsatz.

Beim Bemalen von überlappenden 3D-Bereichen streift der Pinsel schnell auch benachbarte Flächen. Um diesen Fehler zu vermeiden erlaubt Blender das Schützen oder Ausblenden einzelner Meshbereiche im Texture Paint-Modus.

Damit das UV-Mapping auch für den Cycles-Renderer im Texture-Viewport-Shading und im Rendering sichtbar ist, müssen wir ein entsprechendes Cycles-Material anlegen.

Um den leeren Raum in der bestehenden Shuttle-Texturdatei für den Trichter nutzen zu können, texturieren wir das Objekt als Mesh.

Die Projektion der Textur per Materialknoten stellt einen alternativen Weg zur Texturierung parametrischer Modelle dar.

Die Color-Blocking-Textur ist zwar schon als externe Bilddatei für Gimp zugänglich, doch fehlen noch Hilfslinien in Form von UV-Projektionen.

Einführung zur Texturierung mit Fototexturen von textures.com.

Am Beispiel des Rumpfs sehen wir uns das grundsätzliche Vorgehen an, um die Fototextur in das UV-Mapping in Gimp einzubauen. Dabei arbeiten wir mit maskierten Ordnern um die UV-Inseln bequem voneinander zu trennen.

Nach dem bereits zuvor kennen gelernten Verfahren erhalten Flügel und Antriebsteile ebenfalls Texturen. Dort wo die Texturen nicht sofort passen, können Werkzeuge wie Duplizierung, Ebenenmasken und Käfig-Verformung weiterhelfen.

Da sich die Foto-Texturen grafisch teils sehr stark unterscheiden, passen wir Helligkeit, Kontraste und Farben an, um ein einheitliches Erscheinungsbild der Farbtextur zu erzielen.

Zur Verstärkung der visuellen Komplexität kommen nun die Glanzeigenschaften des Principled-Shaders sowie eine in Gimp generierte Relief-Textur zum Einsatz.

Da eine realistisch verspiegelte Oberfläche im Weltraum meistens nur eine unansehnliche schwarze Fläche generieren würde, verwenden wir eine Gradiententextur für das Cockpitglas. Die Bindung an den Kamerablickwinkel soll dabei die Abgrenzung vom Hintergrund bewirken.

Eine Graustufenmaske blendet zwei Materialien so ineinander über, dass Schmutzflecken auf der Shuttleoberfläche erscheinen.

Der Mirror-Modifikator spiegelt alle Texturbereiche symmetrisch auf beide Seiten des Shuttles. Um ein dekoratives Bildelement zu ergänzen kann entweder die Modifikatorkette aufgelöst werden oder eine separate Bilddatei über ein Projektionsobjekt mit Shrinkwrap-Modifikator zum Einsatz kommen. Zur Erstellung der Grafik sehen wir uns Gimps Pfadwerkzeuge an.

Da wir bereits einen Sternenhimmel-Hintergrund aufgebaut haben, importieren wir diesen nun in unsere neue Szene zur Umsetzung der Animation. Während das Hintergrundmaterial zur Bearbeitung kopiert wird, erstellen wir ein Darsteller-Setup für das Raumschiff, um dieses als verlinkte Gruppe direkt aus der externen Shuttle-Datei in die Szene zu importieren.

In dieser Folienpräsentation lernst Du was man unter Tween und Easing versteht, zwei essentiellen technischen Konzepten bei der Erstellung Animationen.

In dem wir die Position des Shuttles zu verschiedenen Zeitpunkten speichern und die Koordinaten im Zeitfenster dazwischen interpolieren lassen, können wir mit wenig Aufwand eine Keyframe-Animation herstellen. Dieses Video bespricht das grundsätzliche Vorgehen sowie Blenders Animationslayout, den Kurve-Editor, das Dopesheet und das Navigieren in der Zeit.

Standardmäßig berechnet Blender für die Animationsinterpolation Beziér-Kurven, die ein Abbremsen der Bewegung in Nähe der Keyframes bewirken. Während dieser Effekt oftmals erwünscht ist, um eine natürliche Bewegung nachzuahmen, schalten wir ihn für unser Shuttle ausdrücklich aus in dem wir den Interpolationstyp der Knoten ändern.

Die natürliche Lichtarmut im Weltraum macht unser Shuttle fast unsichtbar. In diesem Video sehen wir uns an, wie wir ein visuell ansprechendes Beleuchtungsmodell mit drei Lichtquellen erzeugen können.

Berechnen wir für jeden Zeitpunkt ein Einzelbild, so erhalten wir eine Animation. Da das Rendern vieler Bilder zeitaufwändig ist, sehen wir uns diesem Video nicht nur die grundlegenden Einstellung für das Rendern einer Animation an, sondern auch, wie sich die Dauer dieses Vorgangs mit wenigen Schritten durch Cachen des Hintergrunds halbieren lässt.

Wie zuvor gesehen können wir sowohl direkt in eine Filmdatei als auch Einzelbilder rendern. Dieses Video bespricht die Vor- und Nachteile beider Ansätze.

Das Rendern einer Filmsequenz als Einzelbildausgabe unterscheidet sich in einigen wenigen Punkten vom Rendern des Films. Zum Zusammenführen der Bilder in eine Filmdatei bietet Blender selbst einige Videoschnittfunktionen, deren Grundlagen wir uns in dieser Lektion ansehen.

Für den eigentlichen "Snap Zoom" (auch "Whip Zoom") setzen wir Keyframes für die Brennweite der Kamera.

Durch den Zoom liegt das Raumschiff im zweiten Teil der Animation außerhalb des Kamerabildes. Wir lösen dieses Problem durch das Synchronisieren der Positionen von Kamera und Raumschiff auf Basis eines animierten Constraints.

Da der Snapzoom einen unperfekten Schnappschuss simuliert, fügen wir eine leichtes Verwackeln hinzu, um an eine Handkamera zu erinnern. Dafür legen wir ein algorithmisches Rauschen mit einem Kurvenmodifikator auf den Bewegungspfad. Per Rauschentfernung eliminieren wir beim Rendern eventuell auftretende Lichtartefakte.

Zur Erhöhung des 3D-Effekts versehen wir das Shuttle per Modifikator mit einer Rollbewegung um die eigene Y-Achse.

Um zukünftige Renderprozesse zu beschleunigen und mehr Gestaltungsmöglichkeiten in der Nachbearbeitung zu ermöglichen, schneiden wir das Raumschiff mit einem Transparenzkanal aus. Außerdem können wir in diesem Fall die Auflösung herabsetzen, um Rechenzeit einzusparen.

Blender verfügt über die Fähigkeit Rauch realistisch zu simulieren. In diesem Video sehen wir uns die Grundschritte dazu an und besprechen aber auch, warum wir in den folgenden Lektionen ein eigenes Partikelsystem anstelle des Rauchs verwenden werden.

Mit wenigen Handgriffen lässt sich eine Rauchspur über Blenders Partikelsystem hinter dem Shuttle erzeugen.

Mit den Werkzeugen Farbverlauf, Wolkengenerator und Pinsel erzeugen wir eine Textur für eine Rauchwolke in Gimp.

Wir importieren die Textur in Blender und konfigurieren das Partikelsystem nun so, dass unsere Rauchgrafik eine Rauchspur erzeugt. Dabei kommen verschiedene Parameter wie Skalierung, Rotation und Zufallsparameter zum Einsatz.

Da wir das Raumschiff bereits fertig gerendert haben, können wir es vom Rendern der Rauchspur ausschließen. Zudem sehen wir uns an, wie die Partikel für das Rendern optimiert und Schattenartefakte vermieden werden.

In Blenders Video-Editor setzen wir nun die separaten Ebenen zu einer Gesamtkomposition zusammen. So lassen sich einzelne Komponenten wie die Rauchspur bequem separat bearbeiten und anpassen und das fertige Video sehr schnell exportieren.

Partikel werden bei Erreichen der maximalen Lebenszeit aus der Szene gelöscht. Für eine ansprechendere Visualisierung dieses Sterbens ist es möglich, durch Berücksichtigung der Lebenszeit im Cycles-Material ein weiches Ausblenden zu realisieren.