Дисциплина «Трехмерное моделирование» (стр. 1 )

Дисциплина «Трехмерное моделирование»

Лекция 12. Основы освещения сцены

Вопросы лекции:

Теоретические аспекты

Источник света Omni Источник света Free Directional Источник света Target Spot Источник света Free Spot

Как известно, свет является одним из главных методов получения реалистичного 3d изображения, так как играет неотъемлемую роль в формировании свойств материалов, теней, а так же при правильном подходе может скрыть недостатки и подчеркнуть важные детали в сцене. Например, чтобы придать объем трехмерной модели, ее достаточно осветить сзади. При этом появится отчетливая граница, визуально отделяющая объект от фона.

В 3ds max есть несколько типов источников света, которые можно условно разделить на три типа:

стандартные; фотометрические; системы дневного освещения.

Большинство источников света характеризуются такими параметрами, как Multiplier (Яркость), Decay (Затухание) и Shadow Map (Тип отбрасываемой тени). По умолчанию, Multiplier (Яркость) любого источника света равна единице, а параметр Decay (Затухание) выключен. Наряду с такими приемами существуют и общие рекомендации, как не нужно освещать сцену. Например, источник света не должен располагаться намного ниже освещаемого объекта, поскольку это придаст модели неестественный вид. В действительности чаще всего мы видим объекты, освещенные люстрой или солнцем, поэтому и в трехмерных сценах источник света должен располагаться сверху. Это придает сценам реалистичность.

Следует очень осторожно использовать источники света с большой интенсивностью. Освещение, созданное с их помощью, может вызвать сильные засветы и исказить текстуру объекта. По умолчанию параметр Multiplier (Яркость) всех источников света в 3ds max имеет значение 1. Старайтесь по возможности избегать значений, превышающих это число, и использовать параметр Decay (Затухание).

Свет имеет три главные характеристики: яркость (Multiplier), цвет (Color) и отбрасываемые от освещенных им объектов тени (Shadows).

При расстановке источников света в сцене, обязательно обратите внимание на их цвет. Источники дневного света имеют голубой оттенок, для создания же источника искусственного света нужно придать ему желтоватый цвет. Также следует принимать во внимание, что цвет источника, имитирующего уличный свет, зависит от времени суток. Поэтому если сюжет сцены подразумевает вечернее время, освещение может быть в красноватых оттенках летнего заката.

Различные визуализаторы предлагают свои алгоритмы формирования теней. Отбрасываемая от объекта тень может сказать о многом - как высоко он находится над землей, какова структура поверхности, на которую падает тень, каким источником освещен объект и т. д. Кроме этого тень может подчеркнуть контраст между передним и задним планом, а также "выдать" объект, который не попал в поле зрения объектива виртуальной камеры.

По умолчанию, в 3d studio max используется Default Standart Renderer для визуализации сцены.

Освещение сцены требует не меньших усилий, чем ее моделирование, ведь в большинстве случаев необходимо обеспечить реалистичный эффект. Это совсем не простая задача, ведь в реальном мире источники света работают совсем не так, как в виртуальном. Например, свет не отражается от поверхностей объектов — в итоге если в действительности единственная лампочка может осветить целую комнату, включая ее скрытые от прямых лучей света области (диффузное рассеивание), то в 3D Studio MAX такие области останутся абсолютно темными. А это значит, что диффузное рассеивание света придется имитировать за счет дополнительного освещения. И наоборот, виртуальные источники света можно настроить так, что они будут не увеличивать, а уменьшать освещенность сцены, что в реальности в принципе невозможно и т. п.

Правильно подобранное освещение является одним из наиболее существенных факторов обеспечения реализма сцены при ее визуализации. Оно создает контрасты между объектами, делает использованные материалы более яркими и выразительными и позволяет настраивать тени объектов. Кроме того, освещение определяет общее настроение сцены — например рассеянный свет создает эффект умиротворенности, тусклое освещение может вызвать страх, мерцающий свет — ощущение тревоги и т. п.

Теоретические аспекты

Настройка освещения сцены предполагает создание в ней источников света и определение их положения и параметров. Источники света (как и любые другие объекты сцены) различаются по типам — каждый из них имеет собственные свойства и сферу применения. Работа с источниками ведется параллельно с созданием объектов геометрии, однако окончательная настройка их параметров осуществляется в процессе создания и назначения материалов, поскольку освещение тесно связано с текстурированием и может влиять на особенности отображения материалов, а также приводить к появлению теней. При создании сцены ее объекты освещаются автоматически, однако с добавлением первого источника света, установленное по умолчанию освещение отменяется. При удалении всех созданных источников сцена вновь освещается источниками света, используемыми по умолчанию.

К основным источникам света можно отнести следующие (рис. 1):

Omni (Всенаправленный) — отбрасывает лучи равномерно во всех направлениях от единственного точечного источника подобно лампочке без абажура; Target Spot (Нацеленный прожектор) и Free Spot (Свободный прожектор) — распространяют лучи из точки в определенном направлении коническим потоком и освещают область внутри конуса. Различие этих двух источников заключается в том, что направление световых лучей в первом из них строго определено точкой цели (Target), а второй источник такой точки цели не имеет и потому направление световых лучей в нем может меняться при вращении источника; Target Directional (Нацеленный Прямой) и Free Directional (Свободный Прямой) — распространяют лучи из плоскости параллельным потоком в определенном направлении и освещают область внутри прямого или наклонного цилиндров. Данные источники различаются между собой тем, что направление световых лучей в первом из них имеет привязку-цель, а второй направлен свободно (направление отбрасываемых им световых лучей изменяется при вращении источника).

Рисунок 1. Особенности отбрасывания лучей основными источниками света

За создание источников света отвечает категория Lights (Источники света) панели Create (Создать), при выборе которой становятся доступными все вышеописанные типы источников (рис. 2). Технология их создания напоминает создание объектов геометрии. Нужно выбрать тип источника и либо просто щелкнуть в точке его создания в одном из окон проекций (для всех источников, кроме типов Target), либо перетащить мышь при нажатой левой кнопке, указав таким образом не только местоположение источника, но и его Target-точку. Созданным источникам (так же как и объектам геометрии) присваиваются имена: Omni01, Spot01 и т. п., которые лучше сразу заменять на более информативные. Любой источник света можно перемещать, поворачивать и масштабировать на видовых экранах так же, как и все другие стандартные объекты.

Рисунок 2. Список доступных источников света

Параметры источников либо устанавливаются сразу при их создании на панели Create, либо изменяются позднее через панель Modify. Список параметров весьма внушителен, и на этом занятии мы ознакомимся лишь с некоторыми из них. Все параметры разбиты по свиткам, основными из которых являются следующие:

General Parameters (Общие параметры) — позволяет изменять тип источника, включать-отключать возможности генерирования падающих теней и исключать отдельные объекты из сферы влияния источника, что актуально при имитации особых световых эффектов (таких как вспышки) либо при выборочной засветке одного или группы объектов; Intensity/Color/Attenuation (Интенсивность/Цвет/Ослабление) — предназначен для контроля интенсивности, цвета и пространственного ослабления светового потока, позволяет обеспечить неоднородность освещения, характерную для объектов реального мира; Shadow Parameters (Параметры тени) и Shadow Map Parameters (Параметры карты тени) — отвечают за характер генерирования теней. Они позволяют регулировать четкость границы, изменять цвет тени, увеличивать/уменьшать расстояние от объекта до тени, добавлять к карте теней текстурную карту, настраивать тени при внедрении атмосферных эффектов, имитировать размытые тени в туманном освещении или четкие тени, создаваемые ярким полуденным солнцем и т. д.; Advanced Effects (Расширенные эффекты) — позволяют управлять четкостью перехода от освещенных источником участков объекта к неосвещенным, включать-отключать блики на объекте от источника света, назначать источнику текстурную карту и т. д.

Источник света Omni

Подготовьте простую сцену из двух объектов: плоскости и шара (рис. 3). Создайте источник света типа Omni, открыв категорию Lights панели Create, щелкните на кнопке с названием Omni, а затем укажите мышью в одном из окон проекций местоположение источника — появится объект, по виду напоминающий восьмигранник, который представляет собой созданный источник света. Инструментом Select and Move отрегулируйте положение источника так, чтобы в проекции Front он находился справа от шара и был расположен гораздо выше его, а затем (при выделенном источнике) в свитке General Parameters панели Modify включите флажок Shadows для генерации теней (рис. 4). Проведите рендеринг — шар окажется освещенным справа и будет отбрасывать тень (рис. 5). Попробуйте поперемещать источник света вокруг шара и увидите, что в зависимости от положения источника будет освещаться та или иная часть шара. По окончании эксперимента верните источник на исходную позицию справа от шара.

Рисунок 3. Исходная сцена

Рисунок 4. Первоначальная настройка источника света Omni