Blender Dokumentation: Ambient Occlusion

Diese Seite bezieht sich auf Blender v2.37a

Was ist Ambient Occlusion? (AO)

Abbildung 1: Robot aus den Testdateien von Blender, gerendert mit Ambient Occlusion. Die Lampen selbst werfen keine Schatten.

Ambient Occlusion (Aufhellung durch Umgebungslicht mit Verdunklung durch in der Nähe befindliche Objekte) ist eine ausgefeilte Methode, "Global Illumination (GI)" zu simulieren. Es wird dabei davon ausgegangen, dass der "Himmel" (eine Halbkugel über dem jeweiligen Pixel) als Lichtquelle dient. Für jedes Pixel wird dann berechnet, wieviel von diesem "Himmel" zu sehen ist - also wieviel Licht empfangen wird.

Abbildung 2: Ambient Occlusion: Freie und occludierte Lichtstrahlen.

Von jedem sichtbaren Bildpunkt aus werden Lichtstrahlen in einen halbkugelförmigen Bereich ausgesandt. Dann wird gezählt, wieviele von ihnen frei bleiben, also nicht mit einem anderen Objekt kollidieren, und wievielen der Weg von einem anderen Objekt versperrt wird. Die Lichtmenge an einem Bildpunkt ist dann proportional zur Anzahl der freien Lichtstrahlen.

Wenn ein Lichtstrahl eine andere Oberfläche trifft (Occlusion), erzeugt dieser Strahl Schatten. Bleibt der Lichtstrahl frei, erzeugt er Licht. Das Verhältnis von Schatten- und Lichtstrahlen bestimmt, wie hell ein Bildpunkt wird.

Raytracing

Ambient Occlusion erfordert das Einschalten des Raytracing in den Render-Buttons!

Der Effekt von AO ist schwer zu beschreiben, man erkennt ihn aber eigentlich sofort auf den entsprechenden Bildern. Sehr differenzierte Schatten und ein leichtes Rauschen sind typisch. Ein wunderbares Beispiel für den Einsatz von AO findet man unter dem Link "The Sears-Roebuck Barn".

Ambient Occlusion Einstellungen

Die Ambient Occlusion (AO) Einstellungen befinden sich im World Buttons Subkontext des Shading Kontextes (F5), und dort im Amb Occ Panel. AO ist in der Voreinstellung ausgeschaltet, wenn es angeschaltet wird werden eine Reihe neuer Buttons angezeigt (Abbildung 11).

Abbildung 3: Amb Occ Buttons.

Allgemeine Parameter (Qualitätseinstellungen)

• Samples: Die Wurzel aus der Anzahl der verschossenen Lichtstrahlen. Eine Einstellung von 5 bedeutet also 25 Lichtstrahlen. Die Lichtstrahlen werden zufällig verschossen, bei nur 25 Strahlen sieht man ein deutliches Rauschen, welches wie Dreck aussieht (Dirt-Shader). Mit zunehmender Sample-Anzahl steigt die Glattheit des Ergebnisses, aber natürlich auch die Renderzeit. In Abbildung 4 ist das für eine einfache Szene einmal durchgespielt.
• Random Sampling: Erhöht den Dirt-Faktor.
• Dist: In welchem Abstand Oberflächen für AO noch berücksichtigt werden.
• Use Distances: Es erscheint ein DistF (Distance Faktor) Regler. Größere Werte als Null senken die Occlusion. Flächen müssen näher zusammen sein um sich zu beeinflussen, außerdem wird der Schatten akzentuiert. Das senkt den Dirt-Faktor deutlich (also sind kleinere Samples-Werte und damit kürzere Renderzeiten möglich).
• Energy: Die Menge an Ambient Light, also die Aufhellung.
• Bias: Der Bias-Wert bestimmt die Größe der Halbkugel, in der die Strahlen verschossen werden. Tatsächlich ist es nur bei einem Bias-Wert von Null tatsächlich eine Halbkugel mit einem Öffnungswinkel von 180 Grad, bei einem Bias-Wert von 0.5 handelt es sich um einen Kegel mit einem Öffnungswinkel von 90 Grad. Der Bias-Wert hat drei Auswirkungen:
  • Ein Wert von Null führt leicht zur Selbstabschattung des Objektes, wenn die Oberfläche nicht vollkommen glatt ist. Von Null verschiedene Bias-Werte verhindern dies.
  • Damit erscheinen auch gröber unterteilte Meshes glatt. Eine per Set Smooth geglättete Kugel bspw. zeigt bei zu kleinen Bias-Werten Artefakte an den Kanten des Meshes. Werte von 0.05 bis 0.1 werden empfohlen.
  • Ein kleinerer Öffnungswinkel verbessert die Qualität der AO Lösung (allerdings nur geringfügig), da die gleiche Anzahl an Lichtstrahlen über eine kleinere Fläche verschossen werden.

Abbildung 4: Samples Werte und die Beeinflussung der Qualität.

Wirkungen auf Helligkeit und Farbe

• Add: Das Pixel erhält Licht in Abhängigkeit von der Anzahl nicht blockierter Strahlen. Die Szene wird heller.
• Sub: Das Pixel erhält Schatten (negatives Licht) in Abhängigkeit von der Anzahl blockierter Strahlen. Die Szene wird dunkler.
• Both: Beide Effekte kombiniert. Die Szene behält in etwa ihre Helligkeit.

Ist Sub eingestellt, muss es noch eine weitere Lichtquelle geben, ansonsten ist es pechschwarz in der Szene. Wenn die beiden anderen Einstellungen ausgewählt sind, ist es auch ohne eine weitere Lichtquelle hell.

Die Reihe mit den Buttons Plain, Sky Color und Sky Texture bestimmt die Lichtfarbe:

• Plain: Die Lichtfarbe ist weiß.
• Sky Color: Die Pixel erhalten farbiges Licht, die Farbe wird aus der Himmelsfarbe berechnet (Abbildung 5).
• Sky Texture: Hierzu muss eine Image-Textur für die Welt geladen sein, z.B. eine AngMap oder SphereMap. Die Farbe des Himmels wird durch die jeweilige Pixelfarbe der Textur bestimmt (sehr rechenintensiv).

Abbildung 5: AO mit SkyColour. Der Zenit ist blau, der Horizont orange. Der Hintergrundeinstellung ist vom Typ Blend, so dass der Himmel am Tiefstpunkt (Nadir) vollständig orange wird.

-1: Richtung Zenit fast vollständig blau.
-2: Horizontal, 50% blau und 50% orange.
-3: Richtung Nadir fast vollstdändig orange.

Materialeinstellungen

Folgende weitere Einstellungen sind für den Effekt von Bedeutung.

• Traceable: Das Material occludiert. Ist Traceable ausgeschaltet occludiert das Material nicht mehr, wird aber occludiert.
• Amb: Die Menge an empfangenem Ambient Licht. Je größer der Amb Wert, desto heller das Material.
• Translucency: Das Himmelslicht scheint durch.
• Only Shadow: Das Material occludiert, wird aber nicht occludiert.
• Alpha: Weder Ray- noch Z-Transparenz haben eine Auswirkung auf die Occlusionsfähigkeit des Materials.

Links

Die englischsprachige Vorlage für diese Übersetzung
Die englischsprachigen Release-Notes für Blender Version 2.33
Die Gallery zu Version 2.33
Englischsprachiges Kurztutorial
"The Sears-Roebuck Barn", Beleuchtung mit AO und einer Sun-Lamp.