НОУ ІНТУІТ, Лекція, Освітлення сцени та ефекти

Що потрібно знати про освітлення у тривимірній графіці

Створення реалістичного освітлення в сцені - одна з найбільших проблем розробки тривимірної графіки. Насправді падаючий промінь світла зазнає безліч відбитків і заломлень, тому дуже рідко можна зустріти різкі, нерозмиті тіні. Інша справа - комп'ютерна графіка. Тут кількість падінь і відбитків променя визначається лише апаратними можливостями комп'ютера. До певного моменту у тривимірній графіці переважали різкі тіні. Сцена, з якою працює дизайнер, є лише спрощеною фізичною моделлю, тому візуалізоване зображення далеко не завжди схоже на сьогодення. Але незважаючи на це, освітлення в тривимірній сцені все ж таки можна наблизити до реального. Для цього потрібно дотриматися двох правил:

встановити джерела світла і підібрати їхню яскравість (параметри) таким чином, щоб сцена була рівномірно освітлена;
встановити параметри візуалізації освітлення.

Проблема висвітлення зображення виникла задовго до появи тривимірної графіки. Першими завдання правильного висвітлення вирішували художники та фотографи, пізніше – кінооператори, тепер воно стало нагальним і для розробників тривимірної графіки.

Найпоширенішим способом є освітлення із трьох точок (триточкова система). Такий підхід вдалий при освітленні одного об'єкта (наприклад, портрети у фотостудії), для складних тривимірних сцен може не підійти. Вибір освітлення залежить кількості об'єктів, відбивних властивостей їх матеріалів, і навіть від геометрії сцени.

Для освітлення також важливо, який тип джерела світла використовується. Наприклад, спрямоване джерело світла дозволяє сконцентрувати увагу на якомусь певномуоб'єкті, а всеспрямоване точкове джерело - висвітлити сцену цілком.

Знайомимося з джерелами світла

Отже, щоб тривимірні моделі виглядали природно візуалізованому зображенні, їх необхідно правильно висвітлити. За промовчанням 3ds Max використовує свою систему, яка рівномірно висвітлює об'єкти тривимірної сцени. За такої системи освітлення на фінальному зображенні відсутні тіні, що виглядає неприродно. Щоб об'єкти відкидали тіні, до сцени необхідно додати джерела світла. Відразу після того, як у сцені з'являються джерела світла, система освітлення, що використовується 3ds Max, автоматично вимикається.

У 3ds Max є кілька типів джерел світла, які можна умовно поділити на три типи: стандартні, фотометричні та системи денного освітлення (рис. 13.1).

Стандартні джерела світла можна розділити на кілька груп: спрямовані, спрямовані на мішень і всеспрямовані.

Спрямовані джерела використовуються переважно для того, щоб висвітлити конкретний об'єкт або ділянку сцени. За допомогою спрямованих джерел світла можна імітувати, наприклад, світло автомобільних фар, промінь прожектора або кишенькового ліхтарика і т. д. Всеспрямовані джерела світла рівномірно випромінюють світло у всіх напрямках. Використовуючи їх, можна імітувати, наприклад, освітлення від електричних ламп, ліхтарів, світло полум'я та ін.

Більшість джерел світла характеризуються такими параметрами, як Multiplier (Яскравість), Decay (Згасання) та Shadow Map (Тип тіні, що відкидається). За замовчуванням Multiplier (Яскравість) будь-якого джерела світла дорівнює одиниці, а параметр Decay (Згасання) вимкнений.

Оскільки в реальному житті світло від джерел підпорядковується законам фізики, то інтенсивність поширення світла залежить відвідстань до джерела світла. Якщо потрібно змоделювати реалістичне джерело світла, у налаштуваннях джерела світла необхідно встановити функцію Decay (Згасання), яка визначається зворотною залежністю світла від відстані чи квадрата відстані. Другий варіант найбільш точно визначає поширення світла.

Як правильно розставити джерела світла у сцені

Існує безліч прийомів, за допомогою яких можна висвітлити сцену таким чином, щоб приховати дрібні недоліки та наголосити на важливих деталях. Наприклад, щоб надати обсяг тривимірної моделі, її достатньо висвітлити ззаду. При цьому з'явиться чітка межа, яка візуально відокремлює об'єкт від фону. Інший приклад: якщо потрібно висвітлити половину об'єкта, то друга половина повинна бути також підсвічена джерелом світла з малою інтенсивністю. Інакше затінена ділянка тривимірної моделі буде неприродно прихована в абсолютній темряві. Особливо це буде помітно, якщо об'єкт розташований темною стороною стіни. У цьому випадку світло повинне відбитися від стіни і слабо підкреслити контур затіненої сторони об'єкта (так відбувається в реальності).

Поряд із такими прийомами існують і загальні рекомендації, як не потрібно висвітлювати сцену. Наприклад, джерело світла не повинно розташовуватися набагато нижче об'єкта, що освітлюється, оскільки це надасть моделі неприродного вигляду. Насправді найчастіше бачимо об'єкти, освітлені люстрою чи сонцем, тому й у тривимірних сценах джерело світла має розташовуватися зверху. Це надає сценам реалістичності.

Слід обережно використовувати джерела світла з великою інтенсивністю. Висвітлення, створене з допомогою, може викликати сильні засвіти і спотворити текстуру об'єкта. За замовчуванням параметр Multiplier (Яскравість) всіх джерел світла в 3ds Maxмає значення 1. Намагайтеся уникати значень, що перевищують це число, і використовувати параметр Decay (Згасання).

Реалістичні джерела світла, штучні та природні, випромінюють світло, інтенсивність якого в міру віддалення цих джерел, зменшується. Всі стандартні джерела світла в 3ds Max можуть використовувати різний ступінь згасання - Inverse (Зворотна залежність) або Inverse Square (Зворотно-квадратична залежність). Її можна вибрати зі списку Type (Тип) зсуву налаштувань Intensity /Color/ Attenuation (Інтенсивність/Колір/Згасання) джерела світла. Найбільше відповідає реальності ступінь згасання Inverse Square (Зворотно-квадратична залежність), проте її не завжди зручно використовувати через те, що біля джерела можуть виникати надто сильно освітлені ділянки, а на відстані від нього зовсім темні. Вирішенням цієї проблеми може бути підвищення значення параметра Multiplier (Яскравість) при одночасному збільшенні відстані між джерелом світла та об'єктом.

Для освітлення сцени зручно використовувати одне головне джерело світла та кілька допоміжних. Як основне джерело можна застосувати, наприклад, одне з наявних в арсеналі 3ds Max спрямованих джерел світла. Інтенсивність допоміжних джерел світла має бути значно меншою, ніж основного. Крім цього, допоміжні джерела не повинні створювати тіні від об'єктів у сцені. Велика кількість тіней може внести безлад у сцену.

Таким чином, вибір положення джерел світла у сцені – досить складне завдання. Невдале розташування джерел світла може створити занадто темні ділянки в сцені, а самі об'єкти можуть бути погано видно через недостатнє освітлення або, навпаки, занадто яскраве світло.Оскільки кожна тривимірна сцена має свої унікальні геометричні характеристики, розташування джерел буде різним для різних сцен. З цієї причини важко розробити певні правила, дотримуючись яких можна було б оптимально висвітлити сцену. Незважаючи на це, є кілька загальних порад, які необхідно слідувати для того, щоб не зіпсувати тривимірну композицію невміло встановленим освітленням.