Imposante 3D Höhlenwelten

Die Zeitschrift National Geographic steht für wissenschaftliche Fotoreportagen auf höchstem Niveau. Und wenn nicht fotografiert werden kann, dann hilft Cinema 4D bei der Visualisierung


Einst eine von 33 reichen Mäzenen gegründete Vereinigung mit dem erklärten Ziel der Erforschung der Welt, ist die National Geographic Society heutzutage hauptsächlich durch ihr Magazin bekannt, das seit 1888 ohne Unterbrechung erscheint. Das National Geographic Magazin gilt als der Inbegriff der Bildberichterstattung zu allen „geographischen“ Themen im weitesten Sinne. Oft lassen sich komplexe Sachverhalte nicht mehr einfach nur mit Fotos ausreichend erklären und so bedient sich auch das National Geographic der Infografik, deren Qualität sich wie die der Fotos auf höchstem Niveau bewegt. Ein ganz besonderer Fall ist da die Reportage über das Gebihe-Höhlensystem in China. Ein Teil der Höhle, die Miao-Kammer, wurde mit einem Laserscanner vermessen und aus den Daten mit Hilfe von Cinema 4D spektakuläre Infografiken für das Magazin und die National Geographic Webseite erstellt.

Die Miao-Kammer ist ca. 852 Meter lang und erreicht an einigen Stellen eine Höhe von 190 Metern, womit sie die zweitgrößte bekannte Höhlenkammer der Welt ist. Dieses gewaltige Naturgebilde wurde nun mittels Laser vermessen. Von 16 verschiedenen Messpunkten aus wurden ca. 15 Millionen Messpunkte generiert, aus denen eine virtuelle Punktewolke erzeugt wurde, die die Miao-Kammer im Wesentlichen wiedergibt. Auf Basis dieser Messungen und der Fotos, die von National Geographic Fotograf Carsten Peter geschossen wurden, sollte die Berliner Agentur für professionelle Visualisierung und Infografik ixtract die Kammer zunächst für das Magazin visualisieren.

Die erste Herausforderung, mit der das ixtract-Team im Rahmen des Projektes fertig werden musste, war, aus den Messdaten ein Modell zu erstellen, das die tatsächliche räumliche Beschaffenheit der Kammer wiedergibt. Darauf angesprochen erinnert sich Geschäftsführer und Creative Director von ixtraxt Stefan Fichtel: „Zuallererst hatten wir da mit sogenannten Messschatten zu kämpfen, da an vielen Stellen Überhänge, Felsvorsprünge, Geröll und andere Hindernisse das vollständige Vermessen der Höhle verhinderte. Wir haben dann mit XPresso ein flexibles Displacement-Objekt erzeugt, das wie eine flexible, lichtundurchlässige Außenhaut um das Objekt gelegt wurde. Dieses Objekt ließ sich an die Geometrie anpassen und hat so dabei geholfen, eine Vielzahl von späteren Problemen mit der Beleuchtung zu lösen.

Darüber hinaus musste das Team auch die Höhlenwände einfärben. Die Verwendung von Texturen kam nicht in Frage, da diese für die benötigte Auflösung des Renderings riesig geworden wären. „Deshalb haben wir alle benötigten Texturen mit den integrierten Shadern Cinema 4Ds nachgestellt. Die Shader so zu gestalten, dass sie wie die realen Höhlenwände aussahen, forderte schon einiges an Texturierkunst! Insgesamt wurden über 100 Layer in unterschiedlichen Kanälen zusammengemixt. Für diese Layer dann auch noch das Antialiasing frei von Unruhemustern hinzubekommen, das war dann schon eine ganz besondere Herausforderung“, erinnert sich Stefan Fichtel.

Das Projekt sah eigentlich nur eine Print-Infografik vor, aber schließlich wurde daraus auch noch eine aufwändige Animation für die National Geographic Website. Diese Animation sah vor, eine Art virtuellen Rundgang durch die Miao-Kammer zu gestalten. Stationen im Verlauf der Animation sollten Fotos sein, die Carsten Peters aufgenommen hatte. „Bei dieser Animation stellten sich zwei Punkte als problematisch heraus“, erklärt Fichtel. „Zum einen mussten die Positionen verortet werden, von denen aus die Fotos aufgenommen worden waren. Allerdings konnten uns das die Expeditionsteilnehmer nicht genau sagen, da es in der Höhle einfach zu dunkel war um zu wissen, wo man gerade steht. Zum anderen hatten wir es mit einer ziemlich engen Deadline zu tun und es galt, für die 90 Sekunden ca. 2400 Bilder in zwei Wochen final zu rendern!

Das Animieren der Kamera gelang mittels der Motion Camera recht problemlos, so dass sich die verschiedenen Positionen der Fotos zu einer schlüssige Bewegung verbinden ließen. Beim Rendern jedoch wurde es interessant: Quasi während des laufenden Projektes wurde bekannt, das die interaktive Version statt in der gängigen iPad-Auflösung dann doch in Full HD generiert  werden sollte, und das Team hatte keine Ahnung, ob das Rendering rechtzeitig fertig werden würde.
Stefan Fichtel stellt dazu fest: „Wir haben auf Finessen wie Global Illumination und derlei Dinge leider komplett verzichten müssen und auch ansonsten versucht, die Renderzeiten so niedrig wie möglich zu halten. Die Renderzeit für eine Version des 90-sekündigen Flugs (2400 Bilder) betrug allein 4,5 Tage (60 GHz, 50 i7 Cores mit 140 GB Ram). Um den Termin zu halten, musste die Renderzeit auf 12-15 Minuten pro Bild reduziert werden ohne den Realismus zu verlieren, was uns letztendlich auch gelungen ist.

Das Resultat der Arbeit kann sich sehen lassen und nicht ohne Stolz stellt Stefan Fichtel fest: „Weltweit arbeitet National Geographic nur mit zwei externen Agenturen zusammen. Eine davon sind wir!

Von den Profis lernen:
Über die Zeit haben sich ixtract als Agentur und Stefan Fichtel als Fachmann einen Ruf als Cinema 4D Spezialisten erworben, der sich in der Qualität der realisierten Projekte spiegelt. Aber man versteht sich nicht als Insel, sondern Stefan Fichtel arbeitet auch als Berater und Dozent, z.B. für Firmen, die Cinema 4D in ihren bestehenden Arbeitsablauf einbinden wollen. Dabei können die Kursinhalte auch individuell auf die jeweilige Kunden zugeschnitten werden. Die regulären Kursinhalte bedienen Anfänger ebenso wie Fortgeschrittene, und auch speziellere Themen wie XPresso werden behandelt.

Die National Geographic Dokumentation über Chinas Riesenhöhle:
www.nationalgeographic.com/china-caves/supercaves/

ixtrax Webseite
www.ixtract.de

Weitere Infos zu dem Thema:
www.behance.net/gallery/17171609/ixtract-Miao-Cave-Animation

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