Shader in DS

Moin,

hier mal ein paar Fragen und Antworten für diejenigen, die sich für Shading in DS interessieren - zumindest die Grundlagen.

Frage 1: WTF sind Shader* und wozu benutzt man sie?

Antwort: [Shader heißen in Poser (meines Wissens nach) Prozedurale Materialien]. Shader sind Voreinstellungen für die diversen Surface-Kanäle einer MaterialZone². Sie können sowohl aus einfachen Farb- und Werteinstellungen bestehen als auch Bilder (meistens kachelbar) mitbringen. Das heißt, sie werden auf die MatZone gelegt und sind daher von einer genauen Anpassung auf die UV-Map unabhängig. Deswegen können Shader auf jede beliebige MatZone aufgetragen werden. Besonders gut sind sie daher zu verwenden, wenn man eine MatZone mit einem einförmigen Muster versehen will. Shader überschreiben dabei normalerweise alle Einstellungen; man kann mit gedrückter STRG-Taste beim Laden jedoch auch die Option auswählen, dass Maps nicht überschrieben werden sollen.
Shader können jedoch noch mehr, als einem Kleid ein Blümchenmuster zu verpassen. Es gibt für DS Addons mit zusätzlichen Shading-Optionen, die teilweise sehr, sehr mächtig sind, UberSurface z.B. Dazu später mehr.

*Shader hier im Unterschied zu vorbereiteten, an eine UV-Map angepassten Texturen. Rein theoretisch sind das auch Shader, weil sie ebenfalls nur Voreinstellungen und Bilder transportieren, aber seien hier als Unterscheidungsmöglichkeit differenziert.
²Materialzonen oder auch Shading Domains genannt, sind Gruppen von Polygonen / Facets, denen sozusagen eine gemeinsame Shadinggrundlage (die ganzen Kanäle) zugewiesen wurde. Sie werden normalerweise bereits im Modelingprogramm eingestellt, können beim Content erstellen mit DS aber auch noch in DS bearbeitet / erstellt werden.

Frage 2: Ok, ich lass mich breitschlagen. Wie lade ich den Shader in DS?

Beim Laden eines Shaders ist es in DS wichtig, SOWOHL das Item in der Szene ALS AUCH die MatZone ausgewählt zu haben. Heißt: wenn ihr einen tollen bunte-mini-Punkte-Shader für ein Sommertop habt und den auf die Front des Tops auftragen wollt, müsst ihr im Scene-Tab das Top und im Surface-Tab die Front-MaterialZone auswählen und dann einfach per Doppelklick aus dem Content-Tab den Shader laden. Fertig.

Frage 3: Hm. Ok. Wo liegt der Haken? Was sind die Schwierigkeiten mit Shadern?

Shader haben das Problem, dass sie eben nicht genau angepasst sind. Das heißt, wenn man einem Kleid nicht nur die Mini-Punkte, sondern auch eine Ausschnitts-Bordüre verpassen will, und die MatZone ist dafür nicht eingerichtet, hat man Pech. Dann darf man das in der Texture-Map händisch alles miteinander verknüpfen. Adieu, Shader.
Dazu kommt, dass der Shader natürlich nicht guckt, ob er aneinander passt. Heißt, die schrägen Streifen, die ihr dem Kleid sowohl auf den Ärmeln als auch am Körper verpasst, stoßen ggf. an den Säumen sehr hart aneinander.
Ggf. gibts noch andere Probleme, je nachdem, was ihr gerade mit den Shadern anstellen wollt - bei Shadern mit Displacement muss man z.B. schon mal gucken, dass das Disp nirgends durchstößt etc.

Frage 4: Was ist denn dann besser, TextureMap oder Shader?

Beides hat seine Stärken und Schwächen. Bei Kleidung ist mir z.B. eine Texture Map immer wichtiger, denn ich finde Kleidung mit exakten Säumen, schönen Mustern etc. besser. Aber wenn man Vicky zu einer spiegelnden Flüssigmetall-Schönheit machen will, wozu dann pinseln, wenn das mit einem Metallshader viel schneller und schöner geht? Shader gehen schnell und haben dazu (gerade bei erweiterten Shader-Optionen) viel mehr Möglichkeiten als eine feste Textur.

Frage 5: Welche Einstellungen gibt's denn, die ach so mächtig sind?

Ok, ihr habt es so gewollt. Einmal ein Schnelldurchmarsch durch das normale Surface-Tab, danach durch UberSurface.

Diffuse: Der Diffuse-Channel ist der wichtigste Channel direkt fürs Auge. Hier werden Muster und Grundfarbe festgelegt, wie sie "einfach draufgemalt" sind.
- Diffuse Color: Hier werden die Textur-Bilder eingebunden, die das Muster eures Gegenstandes bilden, und hier könnt ihr auch die Grundfarbe einstellen.
- Diffuse Strength: Die Stärke, mit der der Diffuse-Channel angezeigt wird. Auch hier könnt ihr ein Bild eingeben, das regeln soll, wie die Stärke angezeigt wird. Dabei ist weiß = voll, schwarz = gar nicht. Verwechselt das bitte nicht mit Durchsichtigkeit (Opacity, s.u.)! Der Teil der MatZone ist nicht durchsichtig, sondern es wirkt nur keine Farb- bzw. Mustereinstellung darauf. Alle anderen Einstellungen wirken jedoch (Displacement, Specular etc.)

Specularity: Die Specularity bestimmt den Glanz - nicht zu verwechseln mit Reflektion!
- Glossiness bestimmt die Größe des Glanzpunktes. Bitte nicht mit der Stärke des Glanzes verwechseln, auch wenn der zunächst zurück zu gehen scheint. Hiermit kann man sozusagen die "Weichheit" des Glanzes einstellen - Samt hat einen sehr weichen Glanz, dementsprechend eine niedrige Glossiness, Haare eine mittlere, Satin eine höhere und blankpolierte Metalle oder Plastik eine hohe.
- Specular Color: Die Farbe des Glanzes. Nur des Glanzes! Das heißt, wenn ihr bei eurem blauen Ball hier 255-0-0 als Farbe eingebt, habt ihr einen schönen roten Glanz darauf... Auch hier lässt sich ein Bild einstellen, dass dann mit der eingestellten Farbe multipliziert wird.
- Specular Strength: Erst die Specular Strength bestimmt, wie stark der Glanz auf einer Oberfläche ist. Holz (unpoliert) glänzt wenig, Glas viel. Dementsprechend müssen hier die Werte eingestellt werden. Auch hier kann man ein Bild einstellen. Ich persönlich hab noch nicht ganz raus, inwieweit es sich von der Einstellung eines Bildes bei Specular Color unterscheidet, aber von der Theorie her sollte das Bild hier eigentlich angeben, wo starker und wo schwacher Glanz vorherrscht. Bei mir sieht jedoch im Test alles gleich aus.

Ambient: Ambient gibt an, welche Farbe die Stellen haben sollen, die kein Licht trifft. Im Normalfall ist hier eine Farbe sehr nah an Schwarz eingestellt, aber man kann durch eine knallige Farbe einen gewissen "Glüh"-Effekt erzielen. Doch Vorsicht! Ambient auf 100% auf einem Gegenstand, der nicht oder kaum von Licht getroffen wird, kann zu knalligen Farbflächen führen, wenn man eine dementsprechende Farbe wählt. Außerdem werden Schatten natürlich nicht mehr auf Flächen geworfen, auf denen Schatten als knallgelb eingestellt werden... Wenn also etwas glüht, dann glüht's. Je heller dabei Diffuse, desto krasser der Effekt.

Opacity: Opacity ist die Durchsichtigkeit eines Objektes. Hiermit kann man einzelne MatZones völlig ausblenden, oder, wenn man ein Bild einstellt, auch einzelne Teile der MatZone unsichtbar machen. Dazu verwendet man allgemein ein Graustufen-Bild, wobei Schwarz ausgeblendet wird. Grautöne werden dementsprechend je dunkler, desto stärker ausgeblendet. Vorsciht mit farbigen Bildern; die "undurchsichtige" Farbe schlägt voll durch!

Bump: Bumpmapping ist eine Möglichkeit, so zu tun, als hätte die MatZone eine Oberflächenstruktur. Dabei wird jedoch die tatsächliche Oberfläche nicht verändert.
- Bump Strength: Hier wird ein Bild, das auch aus Graustufen bestehen sollte, eingefügt. Die weißen Bereiche des Bildes gelten als Höhen (positive), die schwarzen als Tiefen (negative).
- negative Bump: Negative Bump sagt der Engine, als wie tief die dunkelsten Bereiche der Bumpmap gelten sollen. Was da eingestellt wird, sind in etwa cm. -0.1 ist also 1mm Tiefe für völlig schwarze Bereiche.
- positive Bump: wirkt genauso wie negative Bump, nur mit Höhen. Wenn man hier 0.1 einstellt und bei negative -0.1 hat man damit einen Höhenunterschied von 0.2cm.

Displacement: Displacement ist ähnlich wie Bumpmap, nur dass es anhand der eingestellten Map tatsächlich die Oberfläche der MatZone verändert. Das geht genauso vor sich wie beim Bump: Positive ist weiß und geht nach oben, Negative ist schwarz und geht nach unten. Das ist sehr mächtig, weil man damit aufgerauhte Oberflächen hinbekommt, die tatsächliche Schatten werfen, wo alle einzelnen Veränderungen glänzen, reflektieren oder das Licht brechen. Dementsprechend braucht es auch je nach weiteren Shadereinstellungen deutlich länger und viel mehr Ressourcen, wenn man Displacement einstellt. Aber dafür kann man der Katze auch einen Pelz verpassen, und sie sieht nicht mehr aus wie ein Plastikspielzeug. Aber Vorsicht bei zwei Dingen: 1. Pokethroughs: Die Geometrie wird tatsächlich verändert. Das heißt, wenn zwei Teile nah übereinander liegen, pieken die Spitzen des unteren schon einmal durch das obere, oder die Tiefen des Oberen verschwinden im Unteren. 2. Steckdosen-Feeling: Displacement wird IMMER lotrecht zur MatZone gesetzt. Das heißt: man kann das Fell der Katze nicht bürsten, und wenn man es zu lang macht, sieht Mieze aus, als hätte sie die Zunge in den Toaster gesteckt.

Normal Map: Normal Maps sind eine Möglichkeit, so zu tun, als hätte man mehr Geometrie. Ich hab leider noch nie damit gearbeitet, daher kann ich dazu nichts sagen.

Reflection: Reflektion. Grundsätzlich wird desto deutlicher reflektiert, je dunkler bzw. weniger stark der Diffuse-Channel ist, d.h. wenn ihr einen richtigen Spiegel haben wollt, setzt man am besten den Diffuse-Channel auf Schwarz.
- Reflection Color: Die Farbe, in der die Reflektion auftauchen soll. Das ist meistens eine hellere Version der Grundfarbe aus dem Diffuse-Channel. Wenn ihr hier allerdings ein Bild einstellt, wird dieses Bild als Reflektion genommen, sowohl in der Farbe, als auch vom Muster her. Das ist eine schnelle Art, so zu tun, als hätte man eine Umgebung und man nennt es Reflection Map. Viele der recht real aussehenden Metalle haben so etwas; Nachteil ist allerdings, dass sie auch "reflektieren", wenn gar kein Licht an die Stelle fällt - sieht meistens ziemlich affig aus. Wenn ihr hier kein Bild einstellt, wird einfach die Umgebung reflektiert. Bei nicht geschlossenen Umgebungen führt das meistens zu keiner Reflektion an der Stelle, bzw. dementsprechenden Schwarzstellen.
- Reflection Strength: hier wird die Stärke der Reflektion eingestellt. Ein Spiegel reflektiert zu 100%, eine Porzellanschüssel vermutlich nicht. Wenn ihr hier ein Bild einstellt, sagt die dunklere Farbe, dass dort nicht reflektiert werden soll, die reflektierende Farbe wird mit der Reflection Color gemischt. Wie meistens, wenn ihr einfach nur etwas ein- oder ausschalten wollt, sind dementsprechend schwarzweiße Bilder am besten geeignet.

Refraction: Lichtbrechung. Refraction einzustellen lohnt sich nur, wenn auch Opacity eingstellt wurde (bzw. eben reduziert wurde) - es muss schon durchsichtig sein, damit Licht hindurch fallen kann. Der bekannte Fischkugel-Effekt. Achtung: Refraction treibt die Renderzeiten brutal nach oben!
- Refraction Color: In welcher Farbe eure Refraction angezeigt wird. Hier ein Bild einzugeben, bewirkt, dass das Bild auf die gesamte Oberfläche aufgetragen und dann im angegebenen Faktor verzerrt wird.
- Refraction Strength: Wie stark die Verzerrung sein soll. Hier ein Bild einzufügen führt leider nicht dazu, dass sich die Form der Verzerrung ändert, es belegt nur die ganze MatZone mit dem Bild.
- Refraction Index: Der Brechungsindex gibt an, wie die "Linse" sozusagen geformt sein soll (Brennweite). Ich war ne Niete in Optik, sorry, ich kanns nicht erklären.

Horizontal / Vertical Tiles: wie oft das Bild des Shaders (Diffuse) horizontal bzw. vertikal wiederholt werden soll. Beispiel: die Mini-Punkte von oben sind leider nur in einer Auflösung von 256x256px vorhanden. Leider hat die UV-Map des Tops eine Größe von 1024x1024px - die Punkte würden also viel zu groß vergrößert! Sowohl in horizontal und vertikal eine 4 einzustellen, sollte das Problem minimieren. Vorsicht, das kann schon einmal zu Verschiebungen führen!

Horizontal / Vertical Offset: Haben sich Verschiebungen gebildet, lassen die sich ggf. mit Offset wieder zurechtrücken. Offset rückt den Diffuse-Kanal sozusagen in die angegebene Richtung.

So, und jetzt ist es mir zu spät UberSurface wann anders. Da kommen dann aber die richtig lustigen Spielzeuge dran.

Edit: was rot markiert ist, ist bearbeitet.

UberSurface

Der UberSurface-Shader erweitert den Standardshader um einige wirklich tolle Funktionen.
Zuerst einmal: er ist etwas anders angeordnet. Im US ist Opacity gleich hinter dem Diffuse-Channel und Specular, Ambient und Reflection hinter Normal [lexicon]Mapping[/lexicon]. Dann folgen einige andere Channel, die ihr so vom Standard-Shader nicht kennt.

ACHTUNG, für die Leute mit Reality / Luxrender: es mag durchaus sein, dass UberSurface-Oberflächen nicht richtig gerendert werden, weil Reality und Luxus nur die Standard-Shader übersetzen.

Galoppieren wir also mal durch das Tab, besser gesagt durch das, was ihr noch nicht kennt.

1. Fast jeder Channel hat jetzt einen On-Off-Knopf. Das ist schön, um mal auszuprobieren, wie denn die Veränderung eines Channels aussieht, ohne andere Channels mitzurendern - und ohne alles ganz neu einstellen zu müssen.

2. Einzelne Channels:

Diffuse: Diffuse hat nun noch einen weiteren Regler: Diffuse Roughness. Das regelt im Endeffekt, wie viel Schatten die Oberfläche erhält. Beispiel: wenn von einer Seite ein Licht kommt, wird ein glatter Plastikball weiter zur Mitte hin beleuchtet als eine Kugel aus Samt. Dabei gilt: je größer die Roughness, desto mehr Schatten.

Opacity: Die Refraction ist jetzt auch gleich beim Opacity-Channel, wie es sich eigentlich gehört. Sonst keine Änderung.

Specular: Jetzt wird's lustig. Die ersten großen Änderungen kommen, denn es gibt jetzt nicht nur einen Specular Channel, sondern gleich zwei, und die haben jetzt auch noch eine Einstellung "Specular Sharpness" und "Anisotropic", dazu bei Specular 2 auch noch "Specular Roughness".
- Specular Sharpness regelt die Schärfe des Lichtpunktes. Während Glossiness die grundsätzliche Schärfe und Größe regelt, wirkt Specular Sharpness nur auf die Schärfe des Umrisses.
- Anisotropic: Ich habe noch nicht ganz verstanden, was genau Anisotropic macht, doch es verändert die FORM des Lichtpunktes. Ich persönlich setze sowas gern ein, um Haare zu simulieren, aber das ist noch immer Trial and Error für mich. Grundsätzlich ist Anisotropie eine Richtungsabhängigkeit; in der Optik auch Doppelbrechung genannt.
- Specular 2: Was macht das überhaupt? Es fügt dem Lichtpunkt einen zweiten Lichtpunkt hinzu, so als ob zwei Lagen schimmernder Materialien übereinander lägen. Ich habe Specular 2 in meinem Bildbeispiel mal rot eingefärbt, damit man es besser sieht. Wie ihr bemerkt, erzielt man damit die Wirkung, dass gleichzeitig Licht gebrochen und gebündelt wirkt. Dabei bewirkt die Sharpness genau das gleiche wie bei Specular 1.
- Specular 2 (Roughness): Die Roughness für Spec 2 ist, was Glossiness für Spec 1 ist: es regelt die Größe und generelle Schärfe des Lichtpunktes.

Edit 2: weiter geht's

Reflection: zu Reflection ist jetzt noch Reflection Blur und dessen Samples gekommen.
- Reflection Blur verwäscht die Reflektion ein bisschen, wie man es z.B. von gekörnten oder gebürsteten Metallen her kennt - in einem Aluminiumfensterrahmen gibt es noch immer sowas wie eine Spiegelung, aber die ist so sehr verwaschen, dass man kaum noch etwas erkennt.
- Reflection Blur Samples legt fest, wie viele Iterationen durchgerechnet werden sollen. Je höher, desto genauer, aber auch desto längere Renderzeit.

Fresnel: Fresnel ist auch eine Art Reflektion, die irgendwie blickwinkelabhängig ist - ich hab damit nicht viel Erfahrung. Es funktioniert jedenfalls nur, wenn auch Reflektion angeschaltet ist, und sorgt dafür, dass die Reflektion, auf die man genau draufguckt, etwas ausgeblendet wird.
- Fresnel Falloff: regelt die Größe des "Blinden Flecks"
- Fresnel Sharpness: regelt die Schärfe des "Blinden Flecks".

Velvet: gibt der Oberfläche einen samtigen Look, inklusive des helleren Rands.
- Color: die Farbe des "hellen Rands"
- Falloff: die Größe und Schärfe der Überblendung des "hellen Rands" - je kleiner der Wert, desto größer der Rand / weiter die Überblendung.

Edit 3: es geht weiter.

Subsurface Scattering (SSS): Manches Material ist leicht lichtdurchlässig, wie z.B. menschliche Haut, oder die Schale einer Tomate / eines Apfels. Subsurface Scattering emuliert das und tut so, als wäre unter der Textur eine zweite Ebene, auf der sich das Licht verteilt.
- SS Color: die Farbe des SSS, man kann auch hier eine Map einstellen. Tipp bei Haut: wenn der Charakter keine SSS-Maps mitbringt, nehmt einfach die normale Hauttextur mit einem ganz leichten Rosaton.
- SS Strength: die Stärke. Stellt man hier ein Graustufen-Bild ein, soll es die Stellen regeln, wo viel und wo wenig SSS ist.
- SS Refraction: die Lichtbrechung. Da ich so schon ein Problem mit Refraction habe, ist das für mich Trial & Error, daher hier keine weitergehenden Tipps.
- SS Scale: die "Größe" des Objekts. Je kleiner der Wert, desto weiter verteilt sich das Licht im Objekt, und desto größer ist die Fläche, die betroffen ist.
- SS Group: Ich hab null Plan. Ich glaube, das hat was damit zu tun, ob Objekte sich gegenseitig beeinflussen (die mit gleicher SS-Group), aber ich hab keine Ahnung.

Translucency: wie durchscheinend eine Oberfläche ist. Wichtig ist, dass es ein Gegenlicht geben muss, sonst sieht man da nüs.

Fantom: Wenn dieses Kästchen angeschaltet ist, wird die Oberfläche zwar von allen Lichtern her betroffen, hält Schatten und ähnliches - aber sie wird im Render nicht gezeigt.

Übrigens: es gibt auch ein englischsprachiges Tutorial von jemandem, für den das offenbar nicht nur Trial & Error war...

Ehliasys konnte weiterhelfen:

Zitat von Ehliasys

zur Ergänzung:
Anisotropie:
die Brechung des Lichts auf einer Fläche mit gleichmäßig in einer Richtung verlaufenden Unebenheiten.
Beeinflusst die Darstellung der "glossyness" Lichtflächen. Tritt überall dort auf, wo Oberflächen parallele, konzentrische oder spiralförmige Rillen aufweisen.
Realweltbeispiele: das fächerförmige Auseinanderlaufen der Highlights z.B. auf alten Kochplatten, Pfannen- und Topfböden, und Schallplatten, aber auch die Highlights auf glatten Haaren.

Fresnel:
Im
Computergrafik Bereich üblicherweise der Effekt der Erhöhung der Reflektion mit zunehmendem Winkel zur Kamera, d.h Flächen, die frontal zur Kamera stehen weisen keine (oder geringe) Reflektionen auf, dreht man die Fläche um ihre Hochachse, nehmen die Reflektionen mehr und mehr zu. Der Effekt existiert im Prinzip auf allen realen Objekten, wie auffällig er ist, ist jedoch stark vom Material abhängig. Beeinflusst die Farbe und Durchsichtigkeit von Objekten.
Realweltbeispiele: im Prinzip jedes Objekt, am augenfälligsten bei gebogenen Glasscheiben: durchsichtig wenn man direkt draufschaut, mehr spiegelnd/undurchsichtig zu den Seiten, und Stoffen wie z.B. Samt oder Seide.

Alles anzeigen

Sodele, und für das Auge mal zwei, drei Bilder.

1+2: Was können Shader: eine normale Kiste untexturiert (1) und wild beshadert (2). Dabei auch gut sichtbar das angesprochene Problem mit durchpieksendem Displacement.

1: 2:

3: Eine normale Kugel, mit einem RealMetal-Shader (ReflectionMap - Bright Gold) und einer von mir gemalten Schuppen-DisplacementMap. Ich liebe Displacement.

4: Die gleiche Kugel, diesmal mit einem Ledershader.

vidi: Es gibt bei DS den sog. Shader Mixer. Dort kannst du dir aus verschiedenen Algorithmen deinen Shader zusammen basteln. Sind das keine prozeduralen Materialien? (Bitte informativ verstehen, es ist wirklich eine Verständnisfrage.)

@Space: diese Möglichkeit gibt es auf jeden Fall in DS.

Wenn du danach geguckt hast und es verstanden, wäre ich um eine genaue Einführung sehr, sehr dankbar. Ich hab zwar schon versucht, damit zumzubasteln, bin aber schon am Shadern in Terragen 2 gescheitert, und das hier sieht nach noch mehr Möglichkeiten aus. Ich hab einfach gar keinen Plan, wozu welcher Algorithmus da ist.

Danke, das hat schon mal sehr geholfen!

Ich check da jedenfalls gar nichts. Ich kann immer nur die Tutorials nachbasteln, weil ich nicht weiß, was die Voraussetzungen und Funktionsweisen von sowas sind (und erst recht keine Ahnung habe, was die einzelnen Blocks sind, wie man sie miteinander verbinden sollte, was man welchem Block vorschalten kann / sollte etc). Stehe ziemlich hilflos vor dem Ding.

Das Problem ist die typische tolle DAZ-Dokumentation...

Update in Post 2: Shader in DS, Post 2