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Cel Shading oder Cel shaded Animation gelegentlich Toon Shading ist eine Technik zum nicht fotorealistischen Rendern von

Cel Shading

Cel Shading oder Cel-shaded Animation (gelegentlich Toon-Shading) ist eine Technik zum nicht-fotorealistischen Rendern von 3D-Computergrafiken. Dabei erhalten Bilder oder Animationen, die auf einem digitalen 3D-Modell basieren, ein Aussehen, als wären sie von Hand im Stil eines Comics oder Zeichentrickfilms erstellt. Die Technik wird seit etwa 1997 bei der Produktion von Zeichentrickfilmen und seit etwa 2000 in Computerspielen angewendet. Der englische Begriff cel (von celluloid (deutsch: Zelluloid)) bezieht sich auf das Aussehen der sogenannten Cels im Produktionsprozesses von Trickfilmen, während toon vom englischsprachigen Cartoon abgeleitet ist.

Obwohl das Resultat von Cel Shading recht einfach wirkt, ist der Prozess der Entwicklung komplex.

Prozess Bearbeiten

Eine Computergrafik, links mit konventionellem Shading, rechts mit Cel Shading

Der Prozess des Cel Shading beginnt mit einem typischen 3D-Modell. Der Unterschied zu traditionellen Render-Methoden besteht in der Art, wie diese Modelle auf dem Bildschirm dargestellt werden. Statt die Schattierungen auf dem Objekt weich verlaufen zu lassen, werden nur drei oder vier Helligkeitsstufen verwendet (in der Regel weiß, hellgrau und dunkelgrau, aber kein schwarz) und bei Oberflächen wird fast immer auf Texturen verzichtet und es werden stattdessen nur einzelne Farbtöne verwendet. Zur effizienten Implementierung werden die Graustufen in einer 1D-Textur gespeichert und dann wird der benötigte Grauwert über den Winkel zwischen dem Normalenvektor des Polygons und dem Vektor vom Polygon zur Lichtquelle berechnet. Der Kosinus dieses Winkels ist dann der gewünschte Punkt auf der Textur (1=Hell, 0=dunkel, bei Werten <0 wird die Textur von hinten beleuchtet und der Wert wird auf 0 gesetzt). Der Kosinus des Winkels lässt sich direkt über das Skalarprodukt der beiden Vektoren berechnen. Bei moderneren Grafikkarten können diese Berechnungen auch direkt in den Shadern durchgeführt werden.

Um schwarze Linien darzustellen, die Konturen eines Objekts zu zeichnen, invertiert man Backface Culling, um Dreiecke, die eigentlich perspektivisch nach hinten sichtbar sind, schwarz darzustellen. Diese Linien müssen mehrmals mit leichten Variationen in der Invertierung gezeichnet werden, um dicke Striche zu erzeugen. Das Back Face Culling wird dann in den Normalzustand versetzt, um die Farbtöne und zusätzliche Texturen für das Objekt darzustellen. Abschließend wird das Gesamtbild über einen Z-Buffer zusammengesetzt. Das Resultat ist ein Objekt, das mit einer schwarzen Umrandung und sogar Konturen innerhalb der Objektoberfläche dargestellt wird.

Verwendung in Filmen Bearbeiten

Filme und Animationen mit Cel Shading ermöglichen im Vergleich zu handgezeichneten Cartoons wesentlich aufwändigere Effekte wie Kameraschwenks oder eine Vielzahl bewegter Objekte, da diese (relativ günstig) gestaltet und berechnet und nicht (aufwändig) per Hand gezeichnet werden müssen. Auffällig ist dies etwa bei bewegten Hintergründen, wie z. B. beim Start des Raumschiffs in Futurama. Hier wirkt die Bewegung des Hintergrunds deutlich realistischer als beispielsweise bei den Simpsons, wo die Kamerafahrten in der Regel nur aus einem von rechts nach links bewegten Hintergrund bestehen und ein Objekt auf dem Vordergrund an der mehr oder minder gleichen Stelle bleibt. Dennoch wirkt Cel Shading oft etwas steril, weswegen Serien wie die Simpsons immer noch per Hand gezeichnet werden.

Prinzipiell kommt bei allen Zeichentrick-Produktionen, die 3D-Modelle verwenden und die Ästhetik eines klassischen Zeichentrickfilms haben, Cel Shading zum Einsatz. Eine Auswahl:

Die Filme Waking Life und A Scanner Darkly – Der dunkle Schirm wurden zunächst auf Film gedreht und anschließend mit dem Programm Rotoshop von Bob Sabiston digitalisiert und durch Rotoskopie verfremdet. Dadurch wirken diese Filme, als ob sie mit Cel Shading generiert worden wären.

Verwendung in Computerspielen Bearbeiten

Bei Computerspielen ist es eine künstlerische Frage, ob Cel Shading in der Grafik-Engine eingesetzt wird. Als die Technik neu war, gab es eine ganze Welle von Spielen (Modeerscheinung). Inzwischen findet Cel-Shading nur gezielt Verwendung. Für Ōkami von Clover Studios gibt es frühe Demo-Videos, die Spielszenen in der Ästhetik japanischer Malerei zeigen. Dies war für die PS2 zu rechenaufwändig. Im schließlich veröffentlichten Spiel ist die Cel-Shading-Grafik wesentlich konventioneller.

Einige bekannte Computerspiele, die Cel Shading einsetzen:

Weblinks Bearbeiten

Commons: Cel shading – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. Vgl. (Memento des Originals vom 23. Februar 2022 im Internet Archive)  Info: Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht geprüft. Bitte prüfe Original- und Archivlink gemäß Anleitung und entferne dann diesen Hinweis.@1@2Vorlage:Webachiv/IABot/www.celshader.com, Jennifer Hachigian 2005.
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Veröffentlichungsdatum:
Cel Shading oder Cel shaded Animation gelegentlich Toon Shading ist eine Technik zum nicht fotorealistischen Rendern von 3D Computergrafiken Dabei erhalten Bilder oder Animationen die auf einem digitalen 3D Modell basieren ein Aussehen als waren sie von Hand im Stil eines Comics oder Zeichentrickfilms erstellt Die Technik wird seit etwa 1997 bei der Produktion von Zeichentrickfilmen und seit etwa 2000 in Computerspielen angewendet Der englische Begriff cel von celluloid deutsch Zelluloid 1 bezieht sich auf das Aussehen der sogenannten Cels im Produktionsprozesses von Trickfilmen wahrend toon vom englischsprachigen Cartoon abgeleitet ist Obwohl das Resultat von Cel Shading recht einfach wirkt ist der Prozess der Entwicklung komplex Inhaltsverzeichnis 1 Prozess 2 Verwendung in Filmen 3 Verwendung in Computerspielen 4 Weblinks 5 EinzelnachweiseProzess Bearbeiten nbsp Eine Computergrafik links mit konventionellem Shading rechts mit Cel ShadingDer Prozess des Cel Shading beginnt mit einem typischen 3D Modell Der Unterschied zu traditionellen Render Methoden besteht in der Art wie diese Modelle auf dem Bildschirm dargestellt werden Statt die Schattierungen auf dem Objekt weich verlaufen zu lassen werden nur drei oder vier Helligkeitsstufen verwendet in der Regel weiss hellgrau und dunkelgrau aber kein schwarz und bei Oberflachen wird fast immer auf Texturen verzichtet und es werden stattdessen nur einzelne Farbtone verwendet Zur effizienten Implementierung werden die Graustufen in einer 1D Textur gespeichert und dann wird der benotigte Grauwert uber den Winkel zwischen dem Normalenvektor des Polygons und dem Vektor vom Polygon zur Lichtquelle berechnet Der Kosinus dieses Winkels ist dann der gewunschte Punkt auf der Textur 1 Hell 0 dunkel bei Werten lt 0 wird die Textur von hinten beleuchtet und der Wert wird auf 0 gesetzt Der Kosinus des Winkels lasst sich direkt uber das Skalarprodukt der beiden Vektoren berechnen Bei moderneren Grafikkarten konnen diese Berechnungen auch direkt in den Shadern durchgefuhrt werden Um schwarze Linien darzustellen die Konturen eines Objekts zu zeichnen invertiert man Backface Culling um Dreiecke die eigentlich perspektivisch nach hinten sichtbar sind schwarz darzustellen Diese Linien mussen mehrmals mit leichten Variationen in der Invertierung gezeichnet werden um dicke Striche zu erzeugen Das Back Face Culling wird dann in den Normalzustand versetzt um die Farbtone und zusatzliche Texturen fur das Objekt darzustellen Abschliessend wird das Gesamtbild uber einen Z Buffer zusammengesetzt Das Resultat ist ein Objekt das mit einer schwarzen Umrandung und sogar Konturen innerhalb der Objektoberflache dargestellt wird Verwendung in Filmen BearbeitenFilme und Animationen mit Cel Shading ermoglichen im Vergleich zu handgezeichneten Cartoons wesentlich aufwandigere Effekte wie Kameraschwenks oder eine Vielzahl bewegter Objekte da diese relativ gunstig gestaltet und berechnet und nicht aufwandig per Hand gezeichnet werden mussen Auffallig ist dies etwa bei bewegten Hintergrunden wie z B beim Start des Raumschiffs in Futurama Hier wirkt die Bewegung des Hintergrunds deutlich realistischer als beispielsweise bei den Simpsons wo die Kamerafahrten in der Regel nur aus einem von rechts nach links bewegten Hintergrund bestehen und ein Objekt auf dem Vordergrund an der mehr oder minder gleichen Stelle bleibt Dennoch wirkt Cel Shading oft etwas steril weswegen Serien wie die Simpsons immer noch per Hand gezeichnet werden Prinzipiell kommt bei allen Zeichentrick Produktionen die 3D Modelle verwenden und die Asthetik eines klassischen Zeichentrickfilms haben Cel Shading zum Einsatz Eine Auswahl Animatrix Kurzfilme 2003 Appleseed Anime 2004 BanG Dream Anime 2017 ab Staffel 2 D4DJ Anime 2020 Das Land der Juwelen Anime 2017 Futurama Serie 1999 2013 Der Gigant aus dem All Film 1999 Die Simpsons Der Film Film 2007 auch einige Episoden der Serie Spirit Der wilde Mustang Film 2002 handgezeichnete Charaktere Landschaften via Cel Shading Die Filme Waking Life und A Scanner Darkly Der dunkle Schirm wurden zunachst auf Film gedreht und anschliessend mit dem Programm Rotoshop von Bob Sabiston digitalisiert und durch Rotoskopie verfremdet Dadurch wirken diese Filme als ob sie mit Cel Shading generiert worden waren Verwendung in Computerspielen BearbeitenBei Computerspielen ist es eine kunstlerische Frage ob Cel Shading in der Grafik Engine eingesetzt wird Als die Technik neu war gab es eine ganze Welle von Spielen Modeerscheinung Inzwischen findet Cel Shading nur gezielt Verwendung Fur Ōkami von Clover Studios gibt es fruhe Demo Videos die Spielszenen in der Asthetik japanischer Malerei zeigen Dies war fur die PS2 zu rechenaufwandig Im schliesslich veroffentlichten Spiel ist die Cel Shading Grafik wesentlich konventioneller Einige bekannte Computerspiele die Cel Shading einsetzen Afro Samurai 2009 Breath of Fire Dragon Quarter 2002 Dark Chronicle 2002 Dragon Quest VIII Die Reise des verwunschenen Konigs 2004 Eternal Sonata 2007 Fear Effect 2000 Jet Set Radio Serie 2000 Killer Is Dead 2013 killer7 2005 League of Legends 2009 No More Heroes 2008 Ōkami 2006 Prince of Persia 2008 Sly Racoon Serie 2003 Sonic Shuffle 2000 Tales of Symphonia 2003 The Legend of Zelda Breath of the Wild 2017 The Legend of Zelda Tears of the Kingdom 2023 The Legend of Zelda The Wind Waker 2003 The Legend of Zelda The Wind Waker HD 2013 The Walking Dead 2012 Untitled Goose Game 2019 Valkyria Chronicles 2008 Valorant 2020 Viewtiful Joe Serie 2003 Warsow 2005 X Rebirth 2013 XIII 2003 Weblinks Bearbeiten nbsp Commons Cel shading Sammlung von Bildern Videos und AudiodateienEinzelnachweise Bearbeiten Vgl Cellshader com FAQ Memento des Originals vom 23 Februar 2022 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www celshader com Jennifer Hachigian 2005 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