Arnold Startbild

Viele unserer Messebaukunden haben sich in letzter Zeit bei uns gemeldet, da sie durch die Umstellung auf die neuen 3ds Max Versionen mit dem Umstand konfrontiert wurden nun einen ganz neuen Renderer einzusetzen.

Bei der Umstellung traten verschiedene Probleme wie beispielsweise starkes Flackern während des Rendervorgangs oder viel zu lange Renderzeiten auf.

Die meisten von Ihnen nutzten bis dato zur Visualisierung von Messeständen Mental Ray, welcher bis zur Version 2017 standardmäßig eingebettet war. In 3ds Max 2018 war Mental Ray schon raus und konnte nur noch über die Nvidia-Webseite bezogen und nachinstalliert werden. Diese Version lief dann auch nur in der englischen Version. Mit einem Kniff konnte man dann auch die deutsche 3ds Max 2018 Version mit Mental Ray benutzen. Aber mit Version 2019 war damit endgültig Schluß und die User mussten umsteigen.

Die alternativen Renderer, die in 3ds Max implementiert sind heißen ART und Arnold. Diese beiden Renderer sind was das Renderesultat angeht deutlich besser als Mental Ray, da hier im Vergleich die physikalische Korrektheit deutlich hervor tritt. Hierzu möchte ich nochmal die Beschreibung der Digital Production 04/14 zitieren:

"Grund dafür ist eine "highly optimized, unbiased, physically-based, Monte Carlo` ray/path tracing engine. Das heißt Arnold nutzt keine Caching-Systeme wie Final Gathering oder Photon Mapping und erzeugt daher auch keine visuellen Artefakte. Er nutzt einen physikalisch basierten Ansatz mit entsprechend vorhersagbaren Ergebnissen, ohne Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Prozessen. Für den Artist stellen sich Parameter als einfach, konsequent und vergleichbar mit der Realität, zum Beispiel der Fotografie, dar." (Quelle: Digital Production 04/14).

Grosser Nachteil dieser akuraten Render-Engines (damit sind Art und Arnold gemeint) ist der große Hunger nach Hardware. Konnte ich mit meiner i7 4-Kerner CPU inklusive Hyperthreading noch einige Renderings am Tag für meinen Kunden berechnen, war der Umstieg ersteinmal gar nicht möglich, da diese CPU mit den neuen Renderern gerade mal die nötigen Bilder in kleiner Auflösung und dem voreingestellten Preview-Modus berechnen konnte. Eine höhere Qualität war mit den neuen Renderern nicht möglich.

Gut, der eingesetzte Prozessor war noch aus der vierten Generation und vielleicht schon ein bisschen in die Jahre gekommen. Ausserdem war die neunte Generation schon seit einiger Zeit erhältlich. Aber warum Hardware aktualisieren wenn alles läuft und alles funktioniert. Die Renderzeiten lagen im Rahmen und das finale Rendern konnte durch weitere vernetzte Rechner im Büro bequem ausgelagert und via verteiltes Bucketrendering sogar beschleunigt werden.

Viele Kunden und Anwender haben die Möglichkeit des Auslagerns erst gar nicht und sind auf ihren Arbeitsrechner angewiesen. Beim Rendern "eines" finalen Bildes heisst es dann "Grosse Pause. Kaffe holen."

Die einfachste Lösung scheint also schnellere Hardware zu sein ...aber dazu später mehr.

VOM STANDARD VERABSCHIEDEN / PHSYIKALISCHES MATERIAL / LEGACY MODUS

Der Einsatz eines neuen Renderers heisst auch immer Einsatz von neuen Lichtquellen, Materialien und Arbeitsschritten. Fangen wir mit dem Material an:

Das physikalische Material soll das Standardmaterial ablösen. Das ist auch gut so, denn dieser Materialtyp lässt in den Einstellungsmöglichkeiten keine Wünsche offen. Zudem erinnert der Aufbau an das gute alte Arch & Design Material und verfügt ebenfalls über eine große Palette an Materialvorgaben die man über eine Dropdownliste auswählt.

physical preset

Einer der wichtigsten Neuerungen ist die Möglichkeit die Eintrittstiefe der Lichtstrahlen in die Oberfläche zu bestimmen.

physmat tiefe

Weiche Reflektionen und Refraktionen werden nun durch den Wert Rauheit / Roughness erzielt.

physmat roughness

Für die Simulation von realistischer Haut oder beispielsweise Kerzenwachs muss das Licht ebenfalls in die Oberfläche eindringen. Bei der Teiloberflächen-Streung (SSS) wird die eindringende Lichtenergie mit der gestreuten Schattierung geteilt und sorgt so für ein realistisches Ergebnis.

physmat sss

Durch die Funktion Metallartigkeit ist die Basisschicht nicht sichtbar, nur die farbige Reflexion. Im unteren Beispiel sieht man den Wert konstanten Metallartigekeitswert 1,0 mit unterschiedlichen Rauheitswerten (0,0 / 0,3 und 0,6).

physmat metalness

Weiterhin ist das Physikalische Material mit dem Modus "Erweitert" versehen. Dieser Modus dient nur dazu, alte Standardmaterialien die physikalisch nicht korrekt sind dennoch über den Szenenkonverter so verlustfrei wie möglich zu übersetzen. Für physikalische korrekte Materialien sollte also die Standardansicht gewählt werden.

physical advanced

Wer Arnold einsetzt, sollte sich angewöhnen nach Auswahl des Renderers einen Blick in das Rendersetup Rollout "System" zu werfen. Hier kann der "Legacy 3ds Max support" aktiviert werden. Erst durch dieses Häkchen wird das Rendern von alten Standardmaterialien unterstützt und eine nachträgliche Konvertierung dieses Materials wird durch den Szene-Konverter ermöglicht.

legacy support

Vom Standard verabschieden sollte man sich auch beim Einsatz von Lichtquellen. Anwender, die schon von Anfang an physikalische Lichtquellen eingesetzt haben, brauchen sich dazu keine Gedanken zu machen. Der Art Renderer kennt zum Beispiel gar keinen anderen Lichttyp ausser photomerische Lichtquellen mehr - hier müssen alte Szenen konvertiert und die Beleuchtung angepasst werden. Das gute alte Himmelslicht bzw. das Tageslichtsystem müssen gegen neue Methoden ausgetauscht werden.

Arnold unterstützt ebenfalls photometrischen Lichtquellen, wartet aber mit eigenen Lichtquellen und auch mit eigenen Materialtypen auf.

SCANLINE / MENTAL RAY / ART / ARNOLD - EINE GROBE ÜBERSICHT

Ein Blick auf die erstellte Übersichtsliste schafft da ein wenig Klarheit.

Renderer Uebersicht

NETZWERKRENDERN / VERTEILTES BUCKET RENDERING / BACKBURNER


Anwender, die zuvor mit Mental Ray arbeiteten und jetzt zu Art oder Arnold wechseln, werden noch mit einer weiteren Änderung konfrontiert.

Das Rendern im Netzwerk, sprich das sogenannte "Verteilte Bucket Rendering" ist nur noch durch Zusatzkosten möglich. Davor konnte man in Mental Ray bis zu vier CPU`s bzw. 80 Buckets zusammen an einem Bild rechnen lassen. Ausserdem konnte man bequem einen anderen Netzwerkrechner mit dem Renderjob beauftragen und hatte so die Möglichkeit normal weiter zu arbeiten.

Bis 3ds Max 2017 konnte man mit Mental Ray so verfahren. Mit Erscheinen von 3ds Max 2018 war schon der Kauf von zusätzlich Rendernodes für Mental Ray nötig. Arnold benötigt für das Netzwerkrendern ebenfalls zusätzliche Lizenzen. Diese werden als 5er, 25er und 100er Subscriptionpakete angeboten.
Ohne zusätzlichen Nodes erhält man beim Backburner Rendering ein Wasserzeichen im Bild. Somit wäre es von Vorteil einen Rechner mit möglichst vielen Prozessorkernen zu haben.

verteiltes bucket rendern

Der Autodesk Art-Renderer arbeitet ohne Einschränkung mit den guten alten Backburner zusammen. Hier kann man ohne Zusatzkosten mit beliebig vielen Maschinen rendern. Leider nur auf dem Papier. Lässt man zwei unterschiedliche Rechner ein einziges Bild berechnen, sieht man im fertigen Bild welches zum Schluss zusammengesetzt wird einen deutlichen Qualitätsunterschied ...und das, obwohl man statt einer fester Renderzeit das erreichen einer gewünschten Qualität festgelegt hat. Schade!

ART RENDERER und ARCH & DESIGN MATERIAL

Dabei ist der Art Renderer ein Traum für viele Anwender die keine Zeit haben sich mit den vielen unterschiedlichen Optionen und möglichen Beschränkungen auseinander zu setzen. Im Grunde genommen besteht dieser Renderer aus einem einzigen Schieberegler, der die Qualität des Renderings bestimmt. Einstiegshürden? Lernkurve? So etwas ist beim Art Renderer so gut wie nicht vorhanden. Das muss man ersteinmal Nachmachen! ;)

ART Renderer Setup


Dazu kommt, dass gerade Anwender mit unzähligen alten Mental Ray Szenen hier sehr gut aufgehoben sind, da die liebgewonnenen Arch&Design Materialien auch im 3ds Max 2020 erkannt und ohne Murren gerendert werden. Der Materialtyp kann zwar nicht mehr als neues Material generiert werden, da in der Auswahlliste dieser Materialtyp fehlt. Holt man aber mit der Pipette das Material in den Editor oder läd eine alte Arch & Design Materialbibliothek ein, wird alles wie gewohnt im Materialeditor angezeigt.

Wie schon erwähnt, lediglich die eingesetzten Standard Lichtquellen dürfen im Art Renderer nicht mehr scheinen. Hier muss dann der in Max eingebaute "Szene Konverter" einmal gestartet werden. Dieser kann auf Wunsch die alten Lichtquellen in Photometrische Lichtquellen umwandeln. Natürlich wird sich dadurch die Beleuchtung der Szene ändern, da die meisten Lichtquellen nicht hundertporzentig umgewandelt werden können, aber ich kann so einen großen Teil rüber retten und muss nicht mit einer kompletten Neuausleuchtung beginnen.

Szene Konverter


Die Nutzung des Szene-Konverters ist übersichtlich und gibt einem die Möglichkeit die Konvertierung an seine Wünsche schnell und einfach anzupassen.
Entweder wählt man einfach den gewünschten Ziel-Renderer aus und startet die Konvertierung direkt ...

scene converter 01


oder man legt die Regeln für die gewünschten Konvertierungen über die Auswahllisten "Quelle" und "Ziel" selber fest. Diese Regeln kann man dann natürlich für spätere Konvertierungen speichern. Aufgepasst: "Arch & Design" wurde hier in "Bogen und Design" übersetzt! Macht ja auch Sinn. Vielleicht heisst ja auch Design in der deutschen  Übersetzung Pfeil? Das müsste man mal Nachschauen.

scene converter 02


ART RENDERER - KOMPATIBEL & EINSTEIGERFREUNDLICH

Wer also den Sprung vom alten System noch vor sich hat oder noch eine Vielzahl an alten Mental Ray Szenen hat, die er ohne größeren Aufwand in den neuen 3ds Max Versionen rendern möchte, sollte vielleicht zuerst dem Art Renderer eine Chance geben.

Dringend empfohlen sei hier das Autodesk University Video zum Thema Visualization in the Raytracer Renderer (ART) von Georgh Maestri. Guter Mann.

ARNOLD RENDERER & ARNOLD LICHT & ARNOLD MATERIAL

Arnold hat vermutlich bei vielen Anwendern die versucht haben in diesen Renderer einzusteigen zu Frust und unschönen Gedanken geführt. Starkes Bildflackern beim Rendern, schwarzes Bildergebnis oder endloses lautes Lüftergeräusch ohne eine Spur von Vorankommen.

Dabei ist der Aufbau der möglichen Rendereinstellungen sehr übersichtlich angeordnet und ermöglicht so die Anapssung der unterschiedlichen Szenenanforderungen.
Es ist alles da, aber alles ist anders als man vom Vorherigen kannte. Hier hätte ich mir von Autodesk eine agressiveres unter die Arme greifen bei der Einführung des neuen Standardrenderers gewünscht.

ARNOLD HAUPTSCHALTZENTRALE


rendersetup


Je nach Aufbau der Szene stellen wir die Samplingwerte für Streufarbenoberfläche, Reflektion (Specular), Transparenz, Teiloberflächen-Streuung (Sub Surface Scattering) und Volumeneffekte ein. Wird das Rauschen im Bild nicht mehr durch Erhöhen der gewünschten Werte reduziert kommt das Camera Anti Aliasing zum Einsatz.
Dabei steht der Wert 5 für ein Raster von 5 mal 5 Felder, für jeden einzelnen Pixel. Je größer das Raster pro Pixel, desto akurater ist das Ergebnis.

Im schnell einschaltbaren "Preview-Modus" wird nicht das einzelne Pixel unterteilt sondern durch den Minusbetrag mehrere Pixel zur Berechnung zusammengefasst.

Über die Werte "Ray Depth" wird die Anzahl der reflektierenden Strahlen (Diffuse) festgelegt und im Bereich "Transmission" die Anzahl der Strahlenschritte, die ein transparentes Objekt durchdringen, weiter reflktieren oder dann letztendlich absorbiert werden.

Das kommt einem doch bekannt vor, oder?

ARNOLD LICHTER

Es gibt nur ein einziges Arnold Licht - aber das hat es in sich und sollte auch bevorzugt im Arnold eingesetzt werden. Da es, wie sollte es auch anders sein, für Arnold optimiert ist und somit auch bessere und schnellere Ergebnisse berechnet werden können. Nachteil ist natürlich, dass man dann nicht mehr ohne Zusatzaufwand einen anderen Renderer verwenden kann.

Hat man einmal das Licht in der Szene platziert kann man zwischen neun verschiedenen Lichttypen wählen.

arnold lights


ARNOLD STANDARD SURFACE MATERIAL

Das Standardmaterial von Arnold heisst "Standard Surface" und ist vom Aufbau den Materialtypen "Standard" und "Physikalisches Material" sehr ähnlich - allerdings fehlen die so liebgewonnenen Voreinstellungen. Dafür bekommt man aber eine Materialbibliothek mit voreingestellten Materialeingeschaften, die eine grosse Bandbreite demonstrieren. Natürlich kann dieses Material auch nur von Arnold berechnet werden.

arnold mat standard surface

Die MAXtoA-standard_surface.mat können sie hier herunterladen.

arnold mat preset library

ARNOLD BENCHMARK SZENE - TESTEN SIE IHRE CPU POWER

Arnold und Art nutzen für das Berechnen der Bilder die CPU des Rechners. Zwar gibt es schon seit einiger Zeit die Möglichkeit Arnold über die GPU rendern zu lassen, jedoch ist diese Funktion immer noch mit dem Status "Beta" gekennzeichnet. Für das flüssige und schnelle Arbeiten mit 3ds Max ist schnelle Hardware von Nöten. Das betrifft CPU, Grafikkarte und natürlich den Arbeitsspeicher.

Wie anfangs erwähnt gab es einige Kunden, die sich beim Umstieg auf diese neuen Renderer mit langen Renderzeiten auseinander setzen mussten. Da ich selber von der alten i7-Prozessortechnik (4te Gen) Abschied genommen hatte und diese nun durch einen aktuellen AMD Ryzen Prozessor ersetzt war, hatte ich eine grobe Ahnung, wo beim Kunden der Schuh drückt.
Um heraus zu finden bzw. um ein Gefühl dafür zu bekommen, welche Hardware der Kunde einsetzt, habe ich einfach einen kleinen Messestand erstellt und diesen mit Arnold berechnet.


Benchmarkszene

Das erste Rendering mit dem AMD Ryzen Prozessor war sehr überzeugend. Das Messestandrendering in Full HD Auflösung in finaler Qualität, also nahezu rauschfrei wurde zuvor in knapp 21 Minuten berechnet. Der Ryzen schaffte die selbe Szene in 7 Minuten und 22 Sekunden.
Die meisten Kunden, die sich die 3ds Max Benchmarkszene heruntergeladen und gerendert haben, gaben mir dann auch fleissig Feedback. Viele hatten Renderzeiten von 45 Minuten und mehr.

Die AMD Ryzen Rendermaschine muss dann hier mal kurz vorgestellt werden:
AMD Ryzen Threadripper 2950X 16-Core Processor 3,50 GHz / 32 GB / Windows 10 / GeForce RTX2070 8GB GDDR6.
Durch das Hyperthreading berechnet der Ryzen das Rendering mit 32 Buckets ...eine Freude beim Zusehen.

Natürlich sind in der Zwischenzeit schon neue, schnellere AMD Ryzen CPU`s erschienen.

Testen Sie ihren Rechner mit der Benchmarkszene und vergleichen sie die Renderzeiten in der beigefügten Txt-Datei.

DAS WAR NOCH WAS - MICROSOFT SICHERHEITSUPDATES

Zirka zwei Wochen nach den ermittelten Renderzeiten habe ich die Benchmarkszene noch einmal gestartet und hatte plötzlich nicht 7:22 sondern ca. 11 Minuten Renderzeit.
Ich wiederholte den Benchmark auf anderen Rechnern von denen ich auch Zeiten erfasst hatte und bekam auch da ein plus von ca. 3 Minuten.

Schuld war ein frisch eingespielter Sicherheitspatch von Microsoft. Microsoft hat für Ende September einen weiteren Patch angekündigt, der die CPU-Auslastung wieder reduzieren will. Ich warte.

Für Anregungen, Kritik, Benchmarkzeiten, Angebotsanfragen bn ich sehr dankbar.
Bis dahin wünsche ich viel Spaß beim Modellieren, Texturieren, Beleuchten und Rendern!

Michael Geritz

 

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