Arnold Renderer / Software

Arnold ist ein professioneller, physikalisch basierter 3D-Renderer, der für die Erstellung besonders realistischer Bilder und Animationen eingesetzt wird. Er wurde ursprünglich von Solid Angle entwickelt und gehört heute zu Autodesk. Arnold wird unter anderem in Film, Fernsehen, Werbung, VFX, Architekturvisualisierung und Produktvisualisierung eingesetzt.

Was macht ein Renderer?

Ein Renderer berechnet aus einer 3D-Szene ein fertiges zweidimensionales Bild. Dafür berücksichtigt er unter anderem:

Geometrie und 3D-Modelle
Kameraposition
Lichtquellen
Materialien
Texturen
Schatten
Reflexionen
Brechungen
indirekte Beleuchtung
Umgebung und Atmosphäre

Arnold berechnet daraus Pixel für Pixel, wie die Szene aus Sicht der Kamera aussehen soll.

Physikalisch basiertes Rendering

Eine der wichtigsten Eigenschaften von Arnold ist sein physikalisch basierter Ansatz. Licht wird möglichst realistisch simuliert, wodurch natürliche Beleuchtung, Schatten, Reflexionen und Materialeigenschaften entstehen können. Dabei können beispielsweise direkte und indirekte Lichtwege berücksichtigt werden. Licht kann von einer Lichtquelle auf eine Oberfläche treffen, reflektiert werden und anschließend andere Bereiche der Szene beeinflussen.

Das ermöglicht sehr realistische Ergebnisse, benötigt allerdings entsprechend Rechenleistung und Renderzeit.

Raytracing

Arnold basiert wesentlich auf Raytracing. Dabei werden Lichtstrahlen beziehungsweise Strahlenpfade mathematisch verfolgt, um zu bestimmen, wie Licht mit Objekten und Materialien interagiert.

Dadurch lassen sich beispielsweise realistische:

Spiegelungen
Schatten
Lichtreflexionen
Brechungen
transparente Materialien
indirekte Beleuchtung

berechnen. Ein Glasobjekt kann beispielsweise Licht brechen, während eine Metalloberfläche ihre Umgebung reflektiert. Arnold kann diese Vorgänge innerhalb des Renderprozesses berücksichtigen.

Arnold und Materialien

Arnold verwendet ein umfangreiches Shading- und Materialsystem. Ein häufig verwendeter Shader ist Standard Surface.

Damit lassen sich verschiedene Materialeigenschaften definieren, beispielsweise:

Base Color
Roughness
Metalness
Specular
Transmission
Subsurface Scattering
Emission
Coat

Dadurch können Materialien wie Kunststoff, Metall, Glas, Haut, Holz oder Keramik realistisch dargestellt werden.

Arnold in Maya

Arnold ist besonders eng mit Autodesk Maya verbunden. In Maya ist Arnold als integrierter Renderer verfügbar und wird häufig für professionelle 3D-Produktionen verwendet.

Die Kombination aus Maya und Arnold eignet sich beispielsweise für:

Modelling → Shading → Lighting → Animation → Rendering

Dabei kann eine komplette 3D-Szene innerhalb von Maya erstellt und anschließend mit Arnold gerendert werden.

Arnold und VFX

Im Bereich Visual Effects (VFX) wird Arnold für die Erstellung realistischer digitaler Bilder eingesetzt. Besonders bei komplexen Szenen mit realistischen Materialien, Licht und Umgebungen spielt der Renderer seine Stärken aus.

Er kann beispielsweise für:

digitale Umgebungen
Fahrzeuge
Kreaturen
Gebäude
Partikel
Flüssigkeiten
Zerstörungseffekte
digitale Doppelgänger
Produktaufnahmen

verwendet werden.

CPU und GPU Rendering

Arnold unterstützt sowohl CPU- als auch GPU-Rendering. Das ermöglicht es, je nach Szene und Hardware unterschiedliche Renderverfahren einzusetzen. CPU-Rendering kann bei bestimmten komplexen Szenen Vorteile bieten, während GPU-Rendering auf geeigneter Hardware deutlich schneller sein kann.

Arnold und Noise

Wie viele physikalisch basierte Raytracing-Renderer kann Arnold bei niedrigen Render-Einstellungen ein Rauschen (Noise) im Bild erzeugen.

Dieses Noise entsteht unter anderem dadurch, dass nur eine begrenzte Anzahl von Strahlen beziehungsweise Samples berechnet wird. Mehr Samples führen normalerweise zu einem saubereren Bild, erhöhen aber gleichzeitig die Renderzeit. Deshalb muss beim Rendering ein sinnvoller Kompromiss zwischen Bildqualität und Rendergeschwindigkeit gefunden werden.

Denoising

Um Renderzeiten zu reduzieren, kann Arnold Denoising verwenden. Dabei wird vorhandenes Bildrauschen nach oder während des Renderprozesses reduziert.

So kann unter Umständen ein vergleichbar sauberes Ergebnis mit weniger Samples und damit kürzerer Renderzeit erreicht werden.

Arnold für Animationen

Arnold eignet sich nicht nur für einzelne Standbilder, sondern auch für 3D-Animationen.

Bei einer Animation wird jedes einzelne Bild beziehungsweise jeder Frame separat berechnet. Bei einer Sequenz mit beispielsweise 25 Bildern pro Sekunde müssen für zehn Sekunden bereits 250 Frames gerendert werden.

Deshalb sind Renderzeit, Optimierung und die Verwendung einer Renderfarm bei größeren Produktionen besonders wichtig.

Arnold in der Architekturvisualisierung

Auch für Architekturvisualisierungen eignet sich Arnold sehr gut. Gebäude, Innenräume und Produkte können mit realistischen Materialien und Beleuchtung dargestellt werden.

Besonders wichtig sind dabei:

realistische Tageslichtsimulation
indirekte Beleuchtung
Glas und transparente Materialien
Metall und reflektierende Oberflächen
realistische Schatten
Innenraumbeleuchtung
physikalisch plausible Materialien

Dadurch können beispielsweise hochwertige Innenraum- und Außenvisualisierungen erstellt werden.

Arnold im Vergleich zu anderen Renderern

Arnold gehört zur Gruppe der professionellen Path-Tracing- und Raytracing-Renderer. Je nach Anwendung wird er beispielsweise mit Renderern wie V-Ray, Corona, Redshift oder RenderMan verglichen.

Die Wahl des Renderers hängt stark vom jeweiligen Projekt, der verwendeten 3D-Software, der Hardware, den gewünschten Ergebnissen und den Anforderungen an Geschwindigkeit und Realismus ab.

Kurz zusammengefasst

Arnold Renderer ist ein professioneller, physikalisch basierter Renderer von Autodesk, der 3D-Szenen mithilfe von Raytracing und komplexen Lichtberechnungen in realistische Bilder und Animationen umwandelt. Er wird besonders für Film, VFX, Animation, Werbung, Produktvisualisierung und Architekturvisualisierung eingesetzt und ist vor allem für seine hochwertige Licht- und Materialdarstellung bekannt.