Phong

Phong

Phong ist eine in Cinema 4D eingebaute Funktion, mit der Sie erreichen können, dass ein aus Drei- und Vierecken aufgebautes Objekt bei der Bildberechnung eine runde, glatte Oberfläche (Phong-Shading) bekommt. Zum Beispiel lässt sich eine Kugel, die aus hundert Flächen aufgebaut ist und normalerweise facettiert erscheint, bei angeschaltetem Phong kaum von der perfekten Kugel unterscheiden.

Qualitätsunterschiede sieht man nur am Rand der Kugel, denn die Silhouette eines nicht mathematisch perfekten Objekts bleibt nach wie vor kantig.

Das Phong-Tag ist ein geeignetes Mittel, um viel Rechenzeit und Speicherplatz zu sparen. Denn nach herkömmlicher Art müsste man ein rundes Objekt in mehrere tausend Polygone unterteilen, bis es wirklich glatt aussieht. Bedingung für das Phong-Glätten ist, dass aneinanderstoßende Polygone gemeinsame Punkte besitzen.

Phong arbeitet nach folgendem Prinzip:

Bei der Bildberechnung wird für jede Fläche, die beleuchtet werden soll, ein Normalen-Vektor aus den Eckpunkten der Fläche erzeugt. Aus den Winkeln, die er mit den Strahlen der Kamera und den Lichtquellen bildet, wird die Helligkeit und Farbe eines Punktes ermittelt.

Normalerweise gibt es bei zwei aneinanderstoßenden Polygone einen harten Übergang, da jede Fläche einen eigenen Normalen-Vektor hat. An der Kante gibt es dann einen Helligkeitssprung.

Ist das Phong-Tag aktiviert, wird der Normalen-Vektor interpoliert. Er geht allmählich vom Normalen-Vektor der einen Fläche in den der anderen Fläche über. Es entsteht ein weicher Übergang.

Bei der Bildberechnung ohne Phong ist es unerheblich, ob der Normalen-Vektor auf der einen oder der anderen Seite einer Fläche ansetzt. Wird aber interpoliert, ist es unbedingt erforderlich, dass die Normalen-Vektoren korrekt ausgerichtet sind.

Links im Bild sehen Sie, wie jeweils zwei Polygone aneinanderstoßen, deren Normalen-Vektoren mal nach oben, mal nach unten orientiert sind (obwohl sie alle senkrecht auf den Polygone stehen). Das Ergebnis sehen Sie darunter abgebildet. Die interpolierten Vektoren klappen mal auf die eine, mal auf die andere Seite um. Als Folge davon entstehen unschöne dunkle Streifen und Flecken auf der beleuchteten Oberfläche. Das dreidimensionale Aussehen von Objekten wird dadurch zerstört.

In der rechten Bildhälfte können Sie sehen, wie es eigentlich sein sollte. Die Normalenvektoren der Polygone zeigen einheitlich auf eine Seite und neigen sich deshalb bei der Interpolation so, als ob die Oberfläche tatsächlich gekrümmt und nicht eckig wäre. Dadurch ergibt sich ein weicher Helligkeitsverlauf, der die Plastizität von Objekten erhöht.

Festzuhalten bleibt also, dass Sie beim Phong-Glätten darauf achten müssen, dass alle Normalen-Vektoren eines Objekts einheitlich nach außen bzw. auf eine Seite zeigen.

Neue Objekte werden prinzipiell mit richtig orientierten Normalen-Vektoren erzeugt und müssen deshalb nicht nachbearbeitet werden.

Mit der Funktion Mesh / Normalen / Normalen ausrichten können Sie die eben beschriebene Problematik beseitigen.