WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
-- [ Страница 1 ] --

Денис Шершунов Разбор и анализ освещения в сцене.

Теоретическое приложение к описанию известного вам плагина.

Сыктывкар, 2003 г.

Параграф 1, вводный, Или, для кого эта книга.

Все книги находят своих читателей, и большинство из них уже при написании рассчитываются на определённую аудиторию, с тем чтобы вести повествование с максимальной пользой. Даже если автор не задумывается о пользе или вреде своего повествования (что, увы, не редкость), а просто изливает накопившееся, то и в этом случае, находятся читатели, коим созвучны его мысли или чувства.

Данная книга имеет совершенно чёткую ориентацию на тех людей, для которых увлечение 3-хмерной графикой и моделированием стало затягивающим хобби, а возможно, волею судьбы переросло в ежедневную работу.

Этот труд проделан мной по просьбам людей, с которыми мне выпало общаться после написания руководства к одной из самых мощных систем визуализации в 3D, final Render. В настоящей работе я постарался подытожить различные аспекты современной графики, в первую очередь это конечно касается освещения, и того, что с ним связано в 3д пакетах. Это составило первую, теоретическую часть книги. Вторая часть – расширенное и дополненное описание final Render stage 1, второй версии известного плагина к 3DS MAX 5.

Стоит отметить, что компания Cebas не только разработала самую передовую в мире систему рендера для MAX. В отличии от Mental Images, эта компания лучше понимает свою роль в развитии качества компьютерной графики, и усердно работает, чтобы всегда обеспечивать художников и ремесленников отличным инструментом.

Уже в версии final Render stage 0 был сделан продукт, оснащённый без преувеличения сотней настроек, позволяющей тонко регулировать практически всё, что нужно современному пользователю прогрессивной системы. Не собираясь почивать на лаврах, компания продолжает быстро развивать свой продукт, подавая надежду и обещание обеспечивать нас самым лучшим качеством и самой высокой скоростью.

final Render – прекрасный образец, на котором можно наилучшим образом научиться такому аспекту современной компьютерной графики, как визуализация (рендер).

Даже если Вы не работаете с fR, то и первая часть, теоретическая, без сомнения обогатит ваши познания в рассматриваемой сфере.

2. Освещение в природе.

Общие сведения.

Cложная природа света заставляет всякого человека, желающего покорить свет и научиться управлять им, обратиться к самым основам. Обращение к основам оказывается правильным подходом, позволяющим гораздо быстрее достичь конечного результата. Зная природу света, познавать собственно материал гораздо проще и надёжнее. Знание и понимание основ является ключом к очень многим моментам в этой книге, поэтому читать следует внимательно и с запоминанием. Без глубокого понимания природы света и освещения достичь профессионального мастерства в создании реалистичных образов будет ощутимо труднее. Если вы сейчас думаете, что это не так, то я вас уверяю, ближе к концу книги вы начнёте соглашаться с этим утверждением всё больше и больше.

СПЕКТРАЛЬНЫЙ СОСТАВ СВЕТА.

Начать нам нужно будет с освежения в нашей памяти некоторых аспектов оптической физики, касающихся света. Эти вещи рассказываются на школьных уроках физики, но вероятно все уже позабыли эти уроки, поэтому напомнить будет совсем не лишним.

Тот физический свет, который нам виден, состоит из электромагнитных излучений, распространяющихся в виде коротких волн. Волны эти неоднородны в своей массе, и имеют разные длины. В зависимости от того, какие длины волн преобладают в излучении, мы описываем видимое излучение тем или иным цветом. Цветность, таким образом, есть характеристика видимого нами света.

Приведённые ниже диапазоны длин (волн) принято называть следующими цветами:

740 нм - 2 мм инфракрасный (невидимая часть) 630-770 нмКрасный 585-620 нмОранжевый 575-585 нмЖёлтый 550-575 нмжёлто-зеленый 510-550 нмЗелёный 480-510 нмГолубой 440-480 нмСиний 390-440 нмФиолетовый 10 - 400 нмультрафиолетовый (невидимая часть) Мы видим волны не всех длин, а лишь некоторый их диапазон. И не ко всем волнам у нас одинаковая чувствительность: красный цвет, например, воспринимается не очень легко, его способны улавливать всего несколько процентов глазных рецепторов от их общего числа. Наши глаза наиболее чувствительны к волнам с длиной около 555 нм.

Отсюда есть некоторые интересные следствия, например по мере возрастания расстояния красный цвет объекта становится всё менее различим порог его восприятия гораздо меньше, чем у зелёного. Аналогично, при снижении освещённости красный цвет исчезает первым, а наиболее заметными становятся волны с длиной 510 нм.

Известно, что волны разных длин по-разному преломляются при прохождении через разные материалы. В качестве примера все знают призму, на которую с одного бока направляется пучок белого света, и с другой стороны мы видим радугу цветов. Спектральный состав белого света - это смесь всех видимых волн, от красного до фиолетового, но призма очень ровно раскладывает эту смесь по порядку, давая возможность увидеть спектральный состав белого. В быту таких призм мало, но от некоторых стеклянных предметах подобное явление вполне можно наблюдать. Понятно, что небелый свет разложится в другой спектр, также как и цветная (а не прозрачная) призма разложит белый свет в собственную гамму.

ОТРАЖЕНИЕ и ПРОПУСКАНИЕ Избирательное спектральное отражение выражается в различной способности разных материалов отражать волны различные длины. Абсолютно белая поверхность одинаково отражает волны всех длин, и поэтому выглядит белой. Красящие вещества потому и называются красящими, что они по-разному окрашивают отражающийся от них свет. Если же поверхность отражает свет слабо, или вовсе не отражает (выглядит чёрной), то говорят о способности поверхности поглощать свет. Если же поверхность и не отражает свет, и не поглощает, то такую способность называют пропусканием. Спектральное пропускание тоже может быть избирательным, поверхность может пропускать волны одной длины, и поглощать или отражать остальные волны.

Внимательный читатель заметит, что на примерах изображены лучи, хотя мы упоминали о волновой природе излучений. Действительно, в компьютерной графике мы имеем дело исключительно с лучами, пренебрегая некоторыми возникающими вследствие этого нюансами. Но не будем сейчас заострять на этом внимания.

Кроме спектрального отражения, существует феномен переотражения энергии луча. При падении на поверхность часть света отражается от неё обратно в мир, волшебным образом превращая эту поверхность в источник вторичного освещения. А она, в свою очередь, порождает источники третичного ;

) освещения и т.д., и т.д., пока не рассеется вся энергия лучей. Традиционные художники (если кто не знает, это такие люди которые рендерят картинки при помощи кисти с красками или вообще карандашом) на практике обычно имеют дело только с первыми отражениями, поскольку вторые и последующие редко бывают заметны.

Для первично отражённого света есть специальный термин, рефлекс (от лат.

reflexus, отражённый).

Основное, что нужно запомнить об отражении - это то, что у того или иного предмета нет какого-то "собственного" цвета. Есть только способность поверхности отражать падающий на неё свет. Художник, понимая это, помещает в сцену предметы с нужной ему отражательной способностью, и подаёт на них нужный ему свет. Так же должны действовать и вы.

Есть ли собственный цвет у зеркала ?

Приведу пару экстремальных примеров для иллюстрации влияния отражения на наше восприятие, и первый пример будет касаться медведей. Все в курсе существования белого медведя, и обычно, глядя на фотографии с этими животными, люди думают что собственный цвет шкуры медведя - белый. Однако, дело обстоит несколько иначе. Дело обстоит так, что мех означенного зверя состоит из особых, полых внутри волосков, внутри которых находится воздух.

Ввиду своего строения, эти волоски очень хорошо отражают падающий на них свет. Так что медведь на самом деле имеет цвет окружающего его снега, что позволяет ему ловко подкрадываться к своей добыче.

Большинство поверхностей - это в некотором смысле зеркала, cпектральные зеркала, все они так или иначе отражают свет. Что мы видим зачастую ? Мы видим лишь форму, отражающую свет.

Второй пример переносит наше внимание на дымовой шлейф от самолёта (инверсионный след). Мы видим его тоже как белый, хотя если бы он каким нибудь чудом лёг на землю, мы увидели бы его как серый, сизый, или вовсе чёрный - там полно гари и сажи. А ведь высоко в небе он кажется белым … РАССЕИВАНИЕ Рассеяние света, или дисперсия, связано с тем, что мельчайшие частицы, из которых и состоят поверхности, могут располагаться довольно-таки беспорядочно, и беспорядочно отражать лучи света во всех направлениях. Многое здесь зависит от размеров этих частиц. Так, если размер частицы превышает длины волн, то излучение отражается от частицы. Если эти мельчайшие частицы размером меньше 700 нм, то рассеяние становится избирательным - длинноволновые излучения рассеиваются, а коротковолновые отражаются. То есть, красно-оранжевые излучения будут проходить, а синие и фиолетовые рассеиваться.

В атмосфере рассеяние возникает из-за того, что взвешенные в воздухе частицы отражают или рассеивают определённые световые волны. Из-за избирательного рассеяния небо на равнине имеет не сине-фиолетовый оттенок, как в горах, а голубой (в силу более высокой влажности). Воздух и атмосфера в вопросах рассеивания нам будут важны более всего. Как станет ясно чуть позже, выражение "сцена имеет такую-то атмосферу" может иметь вполне физический смысл.

Приведённые три свойства характеризуют и в конечном счёте определяют цвет предмета, точнее, цвет несамосветящегося предмета. Выражаясь научно, окраска несамосветящихся предметов определяется следующими их оптическими свойствами: спектральным отражением, спектральным пропусканием и рассеянием света. Яркость отражающей поверхности зависит от её освещения и от её отражательной способности.

NB: это соображение часто упускается из виду начинающими 3Дшниками при создании текстур. Ведь совершенно очевидно, что яркость текстур желательно калибровать так, чтобы они выглядели как освещённые в одинаковых условиях.

Свет при этом не должен быть цветным (!). Ведь когда эти текстуры попадают в одинаковые условия (в одну сцену), эта неестественность мгновенно вылезает и сильно портит впечатление. Конечно, современные пакеты позволяют настраивать текстуры прямо в процессе работы, но всё-таки при создании текстур этот момент не следует забывать.

Для особой группы самосветящихся предметов, а именно для тепловых (раскалённых) источников света в качестве описания цветности используют понятие цветовой температуры. Температурная шкала будет подробнее рассмотрена в главе о фотометрии, в целом же эта шкала выглядит так же, как и у уже рассмотренных диапазонов длин волн, происходит градация от красного к фиолетовому. Красному цвету соответствует низкая температура, а фиолетовому высокая. Цветовая температура также очень хорошо описывает светимость неба, хотя небо и не является самосветящимся объектом.

ОСВЕЩЕНИЕ В ПРИРОДЕ Но хватит пока теории, с этими минимальными теоретическими познаниями мы уже можем приступить к описанию природного освещения, к его формализации. Это будет первое приближение к профессиональному подходу.

Научиться «читать» освещение, то есть с первого взгляда схватывать как качество освещения в целом, так и нюансы касающиеся теней, контрастов, цветности, светосилы, и других - это и будет вашей первой задачей в борьбе за качественно сделанную картинку.

Сейчас мы по порядку сделаем беглый обзор освещения в природе средней полосы России, начиная с рассветных сумерек, и заканчивая ночью. К жителям других регионов просьба проявлять терпение и сохранять спокойствие ;

) Рассвет.

На рассвете воздух наиболее чист, поскольку за ночь вся пыль оседает, в городах исчезает смог, и влага обычно конденсируется в виде росы (в холодную погоду - появляется иней). При определённых условиях, однако, влага не полностью конденсируется, и на рассветах наблюдается или довольно сильная дымка, или вовсе густой туман. Наличие влаги в воздухе зависит от многих факторов, но как бы то ни было, воздух на рассвете - самый чистый, что вкупе со спящей природой и тишиной создаёт атмосферу чистоты и спокойствия. К тому же по утрам обычно не бывает ветра, и поверхности водоёмов в это время тихие и зеркально ровные.

Свет на рассвете имеет голубой оттенок, при чистом небе возможен эффект красного зарева. Это время очень благоприятно для создания образов с блестящими или глянцевитыми поверхностями предметов, свет от неба очень красиво и своеобразно выявляет отражения и блестящие поверхности. Красивые виды открываются с небольшого возвышения на низину, в которую лёг стелющийся туман, особенно если смотреть в восточном (и северо-, юго-восточном) направлении.

Чистота утреннего воздуха – главный фактор, в силу которого утренние сцены имеют особую чистоту и выразительность. Особенностью предрассветного освещения является также мягкий ровный свет и отсутствие выраженных теней.

Утро.

При появлении солнца свет начинает быстро изменяться с ненасыщенного голубого на тёпло-жёлтый. Начинают появляться тени. Если воздушная дымка ещё не успела рассеяться, а в холодные месяцы она наоборот, могла появиться из-за испарения инея, то тени будут довольно размытые. Во время восхода хорошо делать изображения зданий и объектов, обращённых на восток. Многие храмы, например, ориентированы именно на восток.

Наличие воздушной дымки или тумана очень характерно для подобных ситуаций, и часто используется для создания иллюзии глубины конечной 2-мерной картинки. Данный приём называется построением воздушной перспективы (смотрите прилагаемые цветные иллюстрации).

День.

По мере восхождения солнца цвет теряет в насыщенности, становясь при условии отсутствия облачности сильнее, или как иногда говорят, «жёстче».

Ситуацию с облачностью мы будем подразделять на три категории, поскольку поступающий сверху свет принципиально в этих трёх случаях различается.

Свет от неба.

Свет от неба в чистом виде можно наблюдать, когда при практически ясном небе солнце перекрывается плотным одиноким облаком. Как можно в этот момент видеть, подобное освещение характеризуется преобладающим голубым цветом и потерей форм и пластики линий, потому что это полностью рассеяный свет.

Сплошная облачность.

Сплошной облачностью будем называть такое освещение, при котором небо полностью закрыто облаками, и невозможно указать, где находится солнце.

При таком освещении свет тоже очень рассеяный, а общая освещённость ощутимо ниже, чем в первом случае. Голубого оттенка здесь не имеется, имеем «стальной».

Рассеяный солнечный свет.

При таком освещении небо облачное, но на небе есть яркое пятно, и положение солнца ясно видно. Сюда же относится и плотная воздушная дымка, возникающая при определённых условиях по утрам (рассеивается только часам к 11) и в вечерних сумеркам. Это освещение характеризуется довольно тёплыми тонами и гораздо большей яркостью. Такое освещение идеально при, скажем, портретных изображениях на природе, поскольку формы воспроизводятся (прорисовываются) значительно лучше.

Смешиваясь самыми разными способами с прямым солнечным светом, эти три категории воспроизводят весь диапазон естественного освещения. Можете себе представить лучи света, пробившиеся сквозь маленький просвет в стальном небе, или при беспорядочной облачности, панорама ландшафта может иметь тёмный передний план, и хорошо освещённый дальний (или наоборот). Большое влияние на формирование облаков оказывает географическое положение. Морское побережье, леса в глубине материка, горные местности – каждые из них имеют свойственные только им особенности и капризы.

Вечер.

К вечеру в городах в воздухе находится много пыли и смога, к тому же в тёплый период днём в воздухе собирается влага, которую остывающий вечерний воздух уже не в состоянии удерживать, что проявляется в особенной голубоватой дымке. В силу этого вечернее и утреннее освещение различаются, что заметно даже нетренированному глазу. Вечерний свет кажется в целом более приглушённым, но с более высокой температурой цветности. Есть и другие, более тонкие вещи, но их много и они разнятся от сцены к сцене, и потому не будут здесь рассмотрены.

Закат.

Закат следует выделить в отдельное время суток, поскольку в нём сочетаются два типа освещения – прямой солнечный свет и свет от неба. Ввиду низкого положения солнца над горизонтом, его лучам нужно проходить гораздо большее расстояние в атмосфере земли, и висящие в воздухе частицы рассеивают полностью волны коротких длин, оставляя только красно-жёлтые цвета. А поскольку верхняя часть небосвода в эти моменты освещена по-другому, она остаётся синей. В результате мы имеем ещё довольно сильный солнечный свет, который падает под небольшим углом, и довольно заметный свет от неба, падающий под остальными углами. Возникает специфическая ситуация в плане цвета, предметы с одной стороны освещаются заметно красным/жёлтым, а с других сторон заметно синеватым светом. Это очень эффектное освещение, позволяющее подчеркивать формы предметов и их объёмы. Тени обычно довольно чёткие, средней глубины.

Наверно каждый видел рекламные фотографии автомобилей, снятых на закате на западном побережье. Тонкие переходы цветов очень выигрышно подают товар в приятном свете ;

).

Когда солнце в самом закате, и даёт уже только красный цвет, то хорошо освещённый небосвод может задавить этот красный своим синим, и получатся розоватые оттенки. Хорошо для романтических сцен.

Ночные сумерки.

После заката небо ещё может оставаться освещённым, поддерживая небольшую общую освещённость. Это время на самом деле очень хорошо для создания сцены в ночном стиле, в которой, однако, при этом не будет потонувших во мраке частей. Хорошо в эти моменты смотрится свет от искуственных светильников, даже лучше, чем ночью. Постановка света, правда, требует повышенного внимания, тут очень желательно использовать художественные фотографии в качестве отправного материала, чтобы сделать всё как надо. Эти фотографии, кстати, обычно выглядят довольно насыщенными по цвету. Это оттого, что человеческие глаза при снижении освещённости довольно сильно теряют в цветоощущении, а фотоплёнка передаёт картину более точно. При настройке света можно делать свет похожим на фотографии, можно синий немного выцветить, это уже дело вкуса.

Ночь (лунный свет).

Естественный свет ночью представлен только отражённым от луны солнечным светом. Хотя это всего лишь рефлекс, его масштабы поражают ;

). Хотя свет этот в принципе желтоватый, общее ночное освещение принято изображать синеватым или даже зеленоватым, такова психология восприятия.

В городах искуственное ночное освещение обычно столь сильно, что если смотреть на город издалека, то над городом будет ясно видно зарево. До XIX века такое зарево можно было наблюдать, только если полностью поджечь город. Сила света такова, что освещает некоторое пространство над городом, создавая таким образом для всего города небольшое рассеяное освещение, цвет которого можно описать как желтовато-белый.

Этим заканчивается краткий экскурс на природу, который лишь обозначает области, на которые надо начать обращать внимание. Вкупе с доминирующим освещением, надо уметь обращать внимание и на общее окружение сцены. Скажем, в индустриальных городах всю неделю на малой высоте постоянно держится смог, который рассеивается, может быть, только в воскресенье утром. Обычно же он висит и мешает прохождению света, нарушая тем самым чёткость и красочность городских пейзажей.

Также следует принимать во внимание влияние на конечный результат например такой фактор, как давность прошедшего дождя. Может быть, свет падает на объекты хороший и насыщенный, атмосфера более-менее прозрачна, но дождя не было несколько недель, и за это время повсюду осел добротный слой пыли, делая получающееся изображение однотонным. После дождя, наоборот, вся пыль смывается, в воздухе её тоже нет, и ничто не мешает предметам отражать свет в полную силу. Цвета получаются более насыщенными, а предметы начинают вовсю блестеть и отражать.

Фактором, влияющим на освещение, является также наличие светлых естественных отражателей света, как-то вода, песок, светлые стены или пол. Такие поверхности уменьшают общие контрасты и ослабляют глубину теней. Например, вода:

Вода в виде снега является очень эффективным отражателем, создавая сильные рефлексы, причем одинаково отражается весь спектр падающего света, как красный, так и голубой.

Вода в жидком состоянии становится отражателем, если свет сначала падает на неё под углом в 42 градуса (или менее), и потом попадает на объект. Величина эффекта зависит от угла и гладкости воды.

Вода в виде облаков является одновременно и отражателем, и рассеивателем, если свет солнца падает на их боковые части. Когда облака имеют значительную высоту, этот эффект довольно заметен. В этом смысле облака похожи на летящие айсберги.

Именно в силу этих свойств закаты смотрятся особенно эффектно над снежными долинами и водными просторами. Любим мы смотреть на отражения, что тут поделать ;

].

Другие отражатели - песок и подобные светлые камни конечно менее эффективно отражают свет, чем снег, но человек, стоящий на светлом песке, и человек, стоящий на асфальте, будут иметь заметную разницу в контрастах.

Как есть отражатели, т.е. материалы, чья отражательная способность выше средней, так есть и поглотители, материалы, которые поглощают свет лучше других. Их можно использовать для усиления контрастов в сцене. Хитро-мудрые фотографы, например, порой специально ставят чёрные экраны в нужных им местах, и мы тоже можем использовать этот опыт.

В завершение главы мне хотелось бы высказать своё видение становления 3Д как искусства. Я предлагаю рассматривать живопись, фотографию, и кино/видео индустрию как предтеч этого вида искусства. Я уверен, что на заре нового тысячелетия 3Д находится в той же ситуации, в которой находилась всего 90 лет назад фотография, и 65 лет назад – кино. Как наверное тогда начинали раздаваться первые разговоры о том, что фотография может быть художественной, так и сегодня, с появлением простых и интуитивных программ типа Zbrush, Deep Paint и final Render рутинная часть создания изображения перестала заслонять взор трёх мерщиков, и теперь он может обратиться к более важным вещам – Идее, Совершенству, Грации, и пр. Если в 1995 году на обучение человека свободному владению изобразительными средствами в 3д уходило 4-5 лет, то сейчас в 2002 это время составляет 1.5-2 года, и в следующие пять лет можно ожидать сокращения периода обучения до 1 года. Это является следствием таких вот факторов:

прогресса в компостроении, эволюции программных средств и экспансии накопленного художниками и фотографами знания в 3д.

Начинающим этапом в творчестве художника, фотографа, человека в 3д было и остаётся копирование натуры. Так начиналась живопись, так же начиналась и фотография – с протокольной фиксации происходящего, без попыток со стороны автора увидеть душу ситуации и выразить её каким-либо образом. Конечно, это является необходимым этапом в становлении, позволяющим научиться технике и приёмам. Талант без техники, как известно, вещь совершенно никчёмная. Если мы ставим своей целью качественную картинку, или более того, художественное произведение, то отбрасывать имеющиеся в распоряжении традиционных художников знания и средства будет довольно неразумно.

Компьютер позволяет осуществлять синтез, самый прекрасный и технически совершенный синтез. Можно заставить созданное художником изображение ожить, и начать двигаться под оцифрованную музыку с необычными, непривычными эффектами. “Всё что можно придумать - реально“, - говорил П.

Пикассо. Поскольку эта книга посвящена свету, я бы хотел, чтобы вы потихоньку начинали знакомиться не только с творениями собратьев по ремеслу, но и с наследием художников по холсту и (фото)бумаге, ведь как вы знаете, фотографию поначалу пытались называть по-русски, “светопись” (фото- свет, графия – письмо).

Светописи же, но светописи в 3Д посвящён и этот скромный труд.

«Скелет с папиросой» работы г-на Ван Гога Ссылки в интернете, где вы можете начать знакомиться с художественной фотографией и живописными произведениями прошлого:

• http://www.artrenewal.org • Упражнения по усвоению материала этой главы:

1) Оказавшись на открытом воздухе, попробуйте ответить на следующие вопросы, касающиеся освещения:

Какое ощущение создаётся этим освещением ?

Какой это тип освещения ? Это может быть прямой солнечный свет, свет от неба, сплошная облачность, рассеяный солнечный свет, или какой-то смешанный вариант.

Насколько глубоки имеющиеся тени ? Резко ли очерчены их края ?

Опишите преобладающий цвет в источниках освещения.

Внимательно посмотрите, каково влияние рефлексов на освещённость конкретных объектов и на их окраску.

Если вы профессионально занимаетесь постановкой света в 3Д, то эти вопросов должны быть доведены до автоматизма, и отвечать на них нужно примерно за 10 секунд. Если вы просто интересуетесь, то проделайте это упражнение 5-6 раз.

2) Посетите сайт художественной фотографии, «Клуб Foto.Ru»:

http://club.foto.ru/gallery – очень душевный сайт, много действительно классных работ.

http://www.topphoto.ru – если первого ресурса вам покажется мало, то вот вам дополнительный, здесь приведены очень многие русские странички, и хотя рейтинг не блещет объективностью, по крайней мере есть разбивка по разделам...

Смысл посещения не должен сводится вами к накоплению визуальной информации, обращайте внимание на то, что и как снимают люди, которые не озабочены проблемой рендера. На сайте “Клуб Foto.Ru” есть высказывание* (* автор - Дмитрий Катков), что фотография – это не протокольное отображение происходящего, это отображение фотографа, его внутреннего мира. Внутренняя культура вИдения мира – это очень интересная тема, я бы много хотел сказать в этом ключе, но увы, здесь я лишь могу посоветовать вам смотреть отличные фотографии и учиться.

«Скоро рассвет», фото Виталия Ярулина 3. Теория построения цвета.

В предыдущей главе, служащей для погружения в тему, мы ввели в оборот некоторые термины и начали обращать внимание на окружающий нас свет, - «о, как он разнообразен». Что же, двинемся дальше и впитаем ещё немного той теории, без которой нельзя быть хорошим практиком.

Вспомним о цвете. Видимый нами свет является одновременно и цветом.

Вы можете думать о свете как об излучении, состоящем из смеси волн определённых длин (цветности). А можно и наоборот, думать о цвете как об (отражённом) световом потоке, в котором преобладают лишь определённые длины волн. Если говорить в таком ключе, то становится понятно, что свет и цвет понятия довольно близкие.

Одним из самых простых и интуитивных способов описания цвета является способ по тону (H), его насыщенности (S), и лёгкости, или светлоте (L). Наверняка вы уже включали самостоятельно компьютер, запускали какую нибудь графическую программу, и знаете, о чём идёт речь. При помощи значения Н указывается та часть видимого спектра, с которой будем работать, а компонентами S и L мы уточняем желаемые качества цвета. Но некоторые моменты всё же здесь нужно сделать максимально ясными, как того требует ситуация.

Hue Возьмём первую компоненту, цветовой тон. О чём мы должны думать при анализе либо постановке освещения, завидя букву Н ? Сначала наша мысль должна пойти двумя путями. Если мы анализируем либо определяем цвет источника света, то тон или оттенок немедленно должен быть увязан с его цветовой температурой. Если же мы имеем дело с уже отражённым светом, то нас в первую очередь интересует конечно же достоверность.

Определение: цветовой температурой источника света называется та температура (в градусах Кельвина), до которой надо раскалить абсолютно чёрное тело, чтобы оно приняло цвет, идентичный источнику.

краткая справка Чему соответствуетТемператураН 1750 ° 2000 °, 25 W 2500 °, 100 200 W 2900 ° 3300 °, 4000 ° 4125 ° 5000 ° 6500 ° 6.7 – 15 – Как уже упоминалось ранее, понятие цветовой температуры относится к раскалённым источникам света, и кроме них, к свету неба.

Итак, что мы имеем вначале. В начале мы исходим из температуры источника света, что в известной мере определяет, как будут выглядеть вещи, их окраску, и общее настроение сцены. Это тонкий момент для нетренированного наблюдателя, который неосознанно старается весь видимый свет воспринимать как белый, за исключением ярко выраженных случаев цветного света. На самом деле свет очень редко бывает белым, почти всегда в нём содержится какой-нибудь лёгкий оттенок, характеризуя окружающую атмосферу или замкнутое пространство. Человек неосознанно старается избавиться от восприятия примеси «постороннего» цвета, и такое свойство восприятия имеет название постоянства цвета. Рассмотрение этого и других особенностей восприятия мы пока отложим, просто приняв эффект постоянства цвета к сведению.

Присутствие какого-то тона в падающем свете это факт, факт известный и постоянно случающийся. Чисто белого цвета в мире очень мало, просто некоторые вещи выглядят белее других. Определив тон, или цветовую температуру какого-нибудь светильника, вы делаете две вещи.

Первое, вы ориентируете зрителя на общий тип освещения, на его происхождение. Конечно, если оттенок выбран неверно, то вместо этого вы дезориентируете потенциального зрителя, и ему будет тяжелее отождествить себя с картиной. А ведь заставить зрителя проникнуть в мир картины, или, если угодно, погрузить в неё, и есть ведь наша задача.

Второе, вы слегка влияете на восприятие цветов всей остальной сцены.

Скажем, если вы выбрали высокую температуру ясного голубого неба, то незначительно голубая поверхность в сцене приобретёт чуть больше цвета, а, скажем, жёлтые цвета наоборот, станут более блёклыми. Отчего так ?

Цвет формируется за счёт спектральной отражательной способности объекта. Если в относительно белом свете какой-либо объект выглядит относительно красным, то это оттого, что его покрытие отражает в основном красную часть спектра света, поглощая в себя все остальные. Легко представить себе, что произойдёт, если мы уменьшим красную составляющую спектра.

Естественно, если мы дадим на объект меньше красного, то и отразится его тоже меньше. А поскольку все остальные цвета поглощаются, то объект станет не просто менее красным, а будет воспринят как менее освещённый. Зрительно этот объект будет казаться темнее.

На этих иллюстрациях вы видите подтверждение сказанному. Справа можно видеть модельку машины, чей кузов окрашен в 100% синюю краску (в терминах RGB). Справа – та же машина, под практически тем же светом, только теперь вместо 100% белого оттенка освещения используется 100% жёлтый свет.

Как можно видеть, кузов стал абсолютно чёрным. Пример, конечно, экстремальный, но и в реальной жизни такие вещи случаются постоянно, просто в большей или меньшей мере.

Эти иллюстрации могут напомнить вам о красном свете в фотолабораториях прошлого века, в коих и мне доводилось постигать азы фотографии. В красном свете фотобумага лежит в распечатанном виде совершенно не засвечиваясь, то есть с точки зрения светочувствительных элементов фотобумаги в лаборатории стоит полная темнота.

Настал черёд вспомнить об отражённом свете.

Про источники света мы кое-что уяснили, теперь взглянем что происходит с достоверностью цветовых тонов отражённого цвета.

Сначала о невежестве. Не секрет, что далеко не всякий оператор в 3D – художник. Более того, мало кто при выборе цветов сцены задумывается о том, что он профан к этом деле. Я видел без преувеличения пару тысяч работ в 3Д пакетах, авторы которых наивно полагали, что любой подходящий цветовой тон из RGB спектра можно с успехом использовать для присвоения объекту (для его текстуры). Это, товарищи, называется профанацией. Не все тона из RGB являются естественными и встречающимися в природе. Если вы не умеете на глаз определять тот (единственный) верный тон, который присущ моделируемому объекту, то возьмите несколько фотографий и проанализируйте их. Сделайте это раз 10, это не займёт так много времени, зато на 11-ый раз вы сможете самостоятельно выбрать те тона, которые действительно присущи вашим объектам. В действительности они лежат в довольно узких рамках, которые не так уж трудно найти. Но зато за них очень легко выйти, и мгновенно вызвать чувство неестественности изображённого объекта.

Впрочем, продолжим. Если тона отражённого света (в наших терминах, тона текстур) в основном выбраны правильно, то у вас на самом – то деле остаётся всего одна маленькая проблема – проконтролировать влияние текстур на конечный результат. Как минимум, для этого можно так подвинуть тона текстур, чтобы нейтрализовать влияние цветного оттенка общего освещения, а можно наоборот, слегка усилить его влияние. Необходимость в подобных изменениях далеко не редкость, особенно при использовании случайных текстур.

Если поднять вопрос о создании «идеального» материала и идеальной текстуры, т.е. таких, которые можно использовать от сцены к сцене, от проекта к проекту, и везде они будут смотреться на ура, потому что содержат свойства реальных материалов, то нужно обязательно взглянуть на эту перспективную проблему с двух сторон.

С одной стороны да, эта проблема по большей части решаема при соблюдении естественных технических требований, в набор которых входят поддержка системой визуализации максимально полного перечня законов оптической физики и выдержанная система светильников, то есть если в одной сцене вы используете для 100-ваттной лампочки светильник с яркостью 1. (100%), то не вздумайте в следующей сцене использовать для той же лампочки 300%, в противном случае можно забыть о каком-то постоянстве.

Использование хотя бы этих двух условий позволит вам более плодотворно создавать материалы и использовать их повторно.

С другой стороны, в различных ситуациях приходится прибегать к разного рода искусственным приёмам, чтобы достичь того или иного эффекта, повысить скорость, и пр. Это зачастую ограничивает создание некоего единого стандартизованного рабочего пространства, в котором всё зафиксировано и подчинено какой-то общей схеме. Цветовые сдвиги тоже не очень-то этому способствуют. Так что при использовании стандартных средств проблема пока имеет место быть, поскольку периодически приходится идти на компромиссы с системой рендера.

Saturation Использование фотографий как исходного материала для покорения секретов фотореалистичной графики не всегда оценивается должным образом.

Если мы посмотрим на других людей искусства, то увидим, что все музыканты начинают свой рост с исполнения чужих песен или мелодий, а художники перерисовывают открытки или там работы уже состоявшихся художников. Нет ничего зазорного в изучении красок природы, их RGB или HSV значений.

Правда, при подобном изучении не следует забывать, что фотографы зачастую химичат со светом, используют фильтры, делают сильную пост-обработку, в общем пускаются во все тяжкие, чтобы получить хорошее фото. Но это не очень сильное ограничение, так что ничего особо страшного тут нет.

S, насыщенность, или как говорят традиционные художники, чистота цвета, тоже нередко оказывается вне поля зрения начинающих 3D художников.

Оказавшись вне игры, она, как правило, оказывается в синтезированной картинке завышенной. Подоплёка такой тенденции обычно кроется в том, что пользователь пакета бессознательно старается возместить недостаток контрастности освещения при помощи цвета. Есть два типа контраста – контраст по свету и контраст по цвету. Световой контраст гораздо более сложен в освоении, и редко присутствует в полной мере в работах новичков. Поэтому нет ничего удивительного, что человеку хочется превратить плохо читаемый набор неконтрастных пятен в более воспринимаемый образ. Конечно, технически грамотный цветовой контраст может вытянуть плохую картину, но более правильным подходом, как мне кажется, является начинание с нуля.

Примечание: здесь я пишу о цветовом и световом контрастах, поскольку именно они важны при постановке освещения, но вообще, в классической теории дизайна, говорят о трёх контрастах – по H, L, S. Обычно, чтобы дизайн получался гармоничным, создаётся только один из этих контрастов, маскимум два. Но это так, к слову.

Хорошим подходом для настройки насыщенности будет метод, похожий на правило установки освещения. Начните с нуля. Создайте максимально хороший световой контраст, практически не используя цвет, и только после этого начинайте вводить насыщенность цветов в изображении. Практическим плюсом данного подхода является то, что в природных цветах не так много насыщенности. Значения H и L могут меняться в широких пределах, тогда как значение S редко переваливает за 2/3 или даже за середину. В силу этого наблюдения вам будет легче создавать реалистичные текстуры. Настройте сначала H и L, и потом – S, поступайте так даже с поверхностями, которые исключительно хорошо отражают один цвет, и исключительно хорошо поглощают остальные цвета (читайте – имеющих высокую насыщенность).

На графиках изображены потери информации, возникающие вследствие неправильной передачи контраста. В данном случае не важно, световой это контраст или цветовой, происходит ли это из-за ненастроенного монитора, или неправильной пост-обработки. В любом случае, происходит потеря информации. Чтобы этого не происходило, нужно использовать весь доступный диапазон при создании изображения, а создав, периодически проводить контроль и не терять достигнутое на последующих этапах творческого процесса. Если говорить о потерях, то важнее достигнуть светового контраста изображения, нежели контраста по цветам, так как потеря глубины в тенях или светах обычно критичней усечения цветности. Цвета важны, безусловно, но процесс будет протекать гораздо плавнее, если первые вещи идут первыми.

Как очень интересное упражнение можно посоветовать создание сцен с включением очень насыщенного цветного освещения. Это очень популярный приём в современных 3Д играх на РС (Unreal, Q3, Neverwinter Nights, etc).

Проблема при создании таких сцен состоит в том, что все цвета практически исчезают, всё становится синим или красным (в зависимости от выбранного цвета). Если опять вспомнить чисто красный свет в фотолаборатории, то в нём ведь различимы лишь очень контрастные вещи, остальное же сливается в единую массу. С примерами реализации эффектных сцен такого типа можно ознакомиться на примерах скриншотов из игр (на соответствующих сайтах), или, например, на сайте Дмитрия Савинова (www.savinoff.com), которому это дело раньше очень нравилось.

Lightness Яркость, или как принято говорить, светлота, это собственно то, что определяет световой контраст внутри выбранного тона в частности и на картинке вообще. Написал я уже про неё немало, можно лишь суммировать сказанное.

Лёгкость тона или его тяжесть – это зачастую функция света и тени, она во многом определяет чувство освещённости предмета, и значит, восприятие его объёма. Вспомогательную роль в определении объёма играет кстати и насыщенность. Известно, что чем удалённее от нас объект, тем менее насыщенными кажутся нам его цвета. Если на картинке мы видим два почти одинаковых объекта, то бессознательно посчитаем более близким тот, чьи цвета более насыщенны.

На приведённой картинке (моей работы) можно наглядно убедиться в огромном вкладе светлоты в формировании чувства объёмности. Поскольку картинка в градациях серого, вы не воспринимаете здесь ни тонов, ни их насыщенности, но тем не менее не теряете ощущения объёма кухонного пространства. Здесь дело не столько в перспективе, сколько именно в яркостных контрастах и их бессознательной трактовке.

Лирическое ;

) отступление: смотрел я давеча художественный фильм «Цельнометаллическая оболочка» в переводе ‘Гоблина’ (www.megakino.ru), и среди прочих занятных вещей была там отличная молитва (называлась “Это моя винтовка..”), по мотивам которой я нацарапал следующее:

“Это моя текстура.

Таких текстур много, но эта текстура – моя.

Делая эту текстуру, я понимаю, что она бесполезна без соседних текстур и упавшего на них света, а без этих текстур бесполезен сам свет.

Я не должен сделать текстуру слишком контрастной, но и не должен упустить контраст.

Я не сделаю её в неверной гамме цветов, так как без гаммы всё напрасно.

И не забуду я про яркость моей текстуры, ибо нет предела совершенству… ” Повторять каждый раз при создании новой текстуры (с суровым выражением).

Аминь.

Часть вторая.

Воспроизведение и копирование цвета.

Большинство народу в 3Д работает всегда на последних версиях программ, и интересуются вопросами точного воспроизведения цвета на ультра современном оборудовании. К счастью, воспроизведение цветов является довольно древней задачей, её начинали решать ещё наши древние предки, которым надо было чем-то рисовать на стенах пещер. На стены современных пещер сейчас принято вешать прямоугольники мелованной бумаги. Когда бумажный документооборот и вовсе выйдет из употребления, в стены наверно будут просто вмонтированы электронные панели, но вопрос начинающего будет звучать всё так же: как мне сделать адекватно воспринимаемый цвет ?

К несчатью, вкратце ответ на этот вопрос таков: «При помощи отточенного чувства цвета, помноженного на профессиональный опыт». Эта задача не разрешена ещё в полной мере, таков ответ.

RYB Первой попыткой систематизировать изготовление цвета было создание системы цветности RYB (красный – жёлтый – синий). Система родилась из опыта художников того времени, которые использовали эти три цвета в качестве основных, получая остальные цвета смешиванием этих трёх.

Символом этой системы является круг, где на 12, 4, и 8 часах расположены основные цвета, а между ними плавные переходы цветности. Основная прелесть RYB-круга заключается как раз в его художественности. Расположив (основные) краски на палитре в соответствии с этим кругом, художник получает возможность смешивать краски, быстро получая предсказуемый результат. Как можно заметить, цвета радуги располагаются как раз по этому кругу. То есть цветовая характеристика волн по мере увеличения их длин замечательно описывается этой системой вращением по своему кругу.

Ещё одно притягательное свойство RYB-круга состоит в том, что в нём дополняющий цвет всегда находится на противоположной стороне по отношению к своей паре. Дополняющий цвет – это цвет, который наиболее контрастирует с «основным» и дополняет его. Например, для синего – жёлтый, ну и т.п. Чем-то похоже на компас ;

) Отсутствие RYB модели в художественном пакете следует считать упущением и по возможности исправлять его плагинами.

RGB Люди, которые иногда довольно далеки от художников (а именно, учёные) создали свою систему, в основу которой были положены цвета RGB (красный – зелёный – синий). Было выяснено, что в человеческом глазе есть три вида рецепторов – колбочек, которые чувствительны как раз к этим цветам и формируют изображение именно на основе этих данных.

Это система, разработанная для излучения цветного изображения. С монитора на вас смотрит система RGB. И с экрана TV – тоже. И хотя по сравнению с RYB поменялся всего один базовый цвет, сама система получения цвета стала противоположна по действию. В RYB на белый лист наносятся краски, и чем больше их наносится, тем темнее получается цвет. В RGB же, наоборот, цвет начинается с чисто чёрного, и по мере добавления красок цвета светлеют. В соответствии с этим принципом RGB называют аддитивной моделью, а RYB – субтрактивной (калька с английского, additive – добавляющая, и subtractive – вычитающая, т.к. для получения белого в ней надо вычитать цвета).

CMYK Модель CMYK изначально разрабатывалась для печати на бумаге, и значит, является вычитающей моделью. Этим она противоположна RGB, но не только этим – три первые краски, CMY, являются дополнительными цветами к RGB: Cyan – Red, Magenta – Green, Yellow – Blue. Четвёртая краска, blacK, это чёрный цвет, и нужна потому, что чисто чёрный нельзя получить при помощи только CMY или только RYB.

Эта модель очерчивает взаимосвязь света и краски, излучения и отражения. RGB излучает цвета, а CMY отражает. Противоположны и чистые листы моделей - чёрный лист в RGB и белый в CMYK. Краски CMY не видны без RGB - излучения, как чёрный цвет не виден без белого.

Можно сказать, что CMYK – это отражённое для печати RGB.

Философия дихотомии света и краски нашла здесь своё практическое применение и выразилась в этой логически изящной цветовой модели.

LAB Модель L*a*b имеет самую бессмысленную аббревиатуру, за исключением того, что буквально читается как «лабораторная». Эта система основана на последних данных изучения формирования цветоощущения в мозге человека. Эта модель и не аддитивна, и не субтрактивна, - это психологическая модель, и оперирует она единицами воспринимаемой средним человеком цветности.

По последним данным учёных, мозг воспринимает раздельно освещённость воспринимаемого объекта и его цветовую характеристику.

Причём цветность воспринимается не на основе сигнала с RGB рецепторов, а по механизму оценки разности этих исходных сигналов. Согласно этой теории, картинка в мозге формируется данными из трёх каналов:

1) Канал освещённости. Базируется на данных от всех трёх рецепторов, но выдаёт канал серого. Отсюда мы получаем данные о расстоянии (в стерео), о форме (исходя из получаемого образа затенения), и о мелких деталях.

2) Канал красного/зелёного. В мозг даётся не само значение красного, а разница между красным и зелёным 3) Канал жёлтого/синего: о синей или жёлтой составляющей мы судим по разнице данных синего и данных канала 2 (разнице красного и зелёного).

Присвоив этим каналам буквы L, A, B, получим название самой современной цветовой модели. Для чего она нужна ? Нужна она прежде всего для стандартизации воспринимаемого цвета. Заметьте, если в RYB или RGB произошла стандартизация создания цвета, то в CIE LAB – стандартизация восприятия цвета. Специфика LAB в том, что она не привязана ни к кисточкам, ни к прессу, ни к электронно-лучевым трубкам. В силу этого возникает и специфика её применения. Модель LAB сейчас активно используется для максимально точного преобразования цветов из одного пространства в цвета других пространств.

Взглянем на эту диаграмму:

Система управления цветом (СMS, color management system) имеет не единственную реализацию, то там то здесь можно встретить различные системы управления цветом, но значительное большинство из них основаны на LAB.

Будучи аппаратно-независимым пространством, LAB ещё к тому же и максимально широкое из всех пространств. Это не только то, что можно вывести на монитор, или распечатать в типографии, это вообще всё что может быть воспроизведено и воспринято «средним» человеком. Посмотрите, как соотносятся наши главные три пространства:

Самое большое – это LAB, понятное дело. Треугольником изображена зона, которую воспроизводят мониторы, пользуясь RGB. А не очень ровное пятно – это возможности CMYK.

Края треугольника, не перекрывающиеся CMYK-зоной, и участки CMYK, не попадающие в треугольник, красноречиво указывают на то, что далеко не всякий цвет гарантированно дойдёт до конечного зрителя.

Для справки: если вам захочется узнать подробнее об этом, то можете искать в интернете по ключевым словам CIE, L*a*b, LAB, XYZ, L*u*v.

Если вы уже сталкивались с «некорректной» распечаткой RGB-файлов, то наверняка помните, что происходит эффект именно потери цвета. Если вы занимались выводом на телевизор тех изображений, что созданы от начала до конца на компьютере с хорошим монитором, то и потеря цветов на телевизоре вам знакома. Диаграмма цветовой способности TV-приёмников не была представлена выше, но это для того, чтобы не сгущать краски. Но тем не менее, в определённых областях цветового диапазона работать можно, и работать вполне успешно. Да и телевизоров сейчас уже довольно много, с различными диапазонами воспроизводимых цветов.

Для того, чтобы не потерять цвета на каком-нибудь этапе производственного цикла, или, другими словами, выдерживать постоянство цвета, нужно очевидно знать специфику создания, ввода, и вывода графической информации.

Скажем, если вы создаёте визуальное наполнение для сайта в сети, то за неимением опыта (а впрочем, и с ним), желательно в качестве конечного целевого цветового пространства выбрать палитру т.н. “safe web-colors”, цветов, корректно воспроизводимых большинством броузеров. Будет разумно выбрать из этой палитры хотя бы опорные цвета для вашей работы, иначе за конечный результат мало кто сможет поручиться.

При переводе изображения из мира RGB в мир отпечатанных красок, мы часто замечаем, что цвета поблекли. Это естественно, ведь на мониторе цвета светятся, а в отпечатанном изображении мы видим лишь отражённый свет, а не излучаемый. А если мы сравниваем свежераспечатанную картинку с тем что на мониторе, то разница ещё заметнее. Но тусклость красок не объясняется только этим. Надо вспомнить ещё такой термин, как динамический диапазон изображения, или разницу между самой яркой и самой тёмной его частью. В физике это называется интервалом оптической плотности, и измеряется в D.

Для печатного оттиска на хорошей бумаге мы имеем диапазон порядка 1.8D.

Для нормальных фотографий это значение составляет не менее 2.0D, а для просматриваемых диапозитивов – около 2.5D. Для монитора это значение ещё немного больше, а это составляет уже ощутимую разницу с 1.5 – 1.8 D. Так что теперь вы понимаете ещё одну причину более тусклых красок на бумаге по сравнению с оригиналом на мониторе.

Можно продолжить перечисление разных несовершенств как RGB, так и CMYK устройств. Скажем, каждый конкретный принтер не способен воспроизвести всё своё теоретическое цветовое пространство, и реально воспроизводимое им пространство содержит провалы по сравнению с теоретическим. Но на напечатанное изображение мы по крайней мере смотрим своими глазами, которые нам достались более-менее откалиброванными и в полном комплекте. Другое дело – мониторы..

Мониторы имеют схожие с принтерами проблемы, плюс их надо периодически проверять на счёт воспроизводимой яркости и контраста, цветности, и пр. Это редко кто делает, на самом-то деле. Фактически, людей не заботит калибровка тех глаз, которыми они смотрят в «виртуальный» мир (и это действительно так). Поэтому сделать картинку, хорошо смотрящуюся на широком спектре имеющихся в мире мониторов является не совсем уж тривиальной задачей.

Чтобы по возможности ликвидировать это безобразие, специалисты пользуются системами управления цвета (CMS). При помощи программных и аппаратных средств все стараются добиться унифицированной среды, позволяющей на совершенно различном оборудовании получать и выводить практически одинаковую картинку. По причинам, описанным выше, в полной мере это конечно пока не удаётся, но имеющимися наработками ни в коем случае не стоит пренебрегать. Обязательными являются установка цветовых профилей (профайлов) ко всему оборудованию, которое имеет дело с цветом.

Прежде всего это видеокарта, монитор, принтер, сканер, платы ввода-вывода видео. Со многими мониторами, сканерами, и принтерами идёт какая-нибудь программка и контрольный листок с образцами цветов. Это конечно не панацея, но по крайней мере это удержит начинающих от некоторых ошибок, которые вполне могут оказаться губительными для выводимого цвета. С опытом у профессионалов возможно появляются свои профили, которые работают лучше чем идущие в поставке. Правильные и неправильные цвета определяются рефлекторно на глаз, а любители большой точности обзаводятся колориметрическим оборудованием, и всё калибруют по спектральным данным, т.е. снимают спектральный состав излучения монитора, отпечатанной картинки, и так далее.

Я включил на компакт диск бесплатную программку Color Shop, в которой вы можете анализировать изображения на предмет спектрального состава.

Воспользуйтесь ею, чтобы закрепить материал закончившейся главы.

Упражнения для этой главы:

1) В первой части этой главы была краткая справка о цветовых температурах, в которой третья графа, Н, была не заполненной.

Попробуйте сами заполнить этот столбец.

2) Хотя бы раз в жизни загрузите какое-нибудь фото в свою программу обработки изображений, и замерьте величины светового и цветового контраста (для последнего нужно иметь под рукой RYB-круг).

3) Также, попробуйте составить таблицу соответствия основных светильников из реального мира и источников света в вашей 3Д программе (в предположении, что они находятся в одинаковых условиях, включённого GI и затухания, равного обратному квадрату).

Источник светаЯркость Обычная свеча Лампочка 75 W Лампочка 150 W Ясное солнце 4) Посетите сайт www.savinoff.com 5) Если ещё этого не делали, откалибруйте свой монитор ;

) 4. Постановка освещения.

Прежде чем начать рассматривать технические моменты постановки, взглянем на саму идею, на основу. Что такое, собственно, постановка света ?

Какое отношение к ней является правильным ? В этой главе будут даны основные классические понятия о постановке света, которые имеют место практически везде – в 3д, в театре, на телевидении, в кино. В любом случае осветитель имеет перед собой целью передачу той информации, которую излишне проговаривать.

Постановщик света работает в паре с главным постановщиком, он берёт на себя часть рассказывания истории. Рассказать историю при помощи света – первая задача осветителя. Рассказывать на этом языке не так уж трудно, нужно как обычно выучить А, Б, и вперёд. Говорить сильно и убедительно немного сложнее, но в прошлом веке сделано немало в этом направлении – надо лишь со всем этим ознакомиться.

«Также как и звук очень хорошо контролируется при создании аудио продукта, так и в телевидении нам нужно уметь мастерски контролировать свет.

Без света нет видео», так обычно говорят на уроках телемастерства. Да, без света картинки вообще нет как таковой ;

). Ситуаций, которые нужно освещать, на самом деле великое множество, и человеческие чувства, также, могут очень тонко варьироваться, смешиваясь и создавая самые разнообразные коктейли. И похоже, матушка Природа позаботилась о том, чтобы каждую ситуацию можно было подать в правильном свете.

Скрыть ли нам детали, сделать ли акцент только на одной из них… Оставить от объекта только контрастно очерченный контур, или практически смешать объект с тем фоном, что недавно его оттенял – таковы первые задачи, которые начинает решать новичок в постановке света.

Это может быть странно для нас, привыкших к сложным системам 3Дшников, но для достижения всего разнообразия световых ситуаций нужно варьировать всего три компоненты света: качество, температуру, и интенсивность. Что под этим подразумевается, мы сейчас и рассмотрим.

КАЧЕСТВО Качество обычно определяется довольно расплывчато, из-за этого многие его не очень хорошо понимают и пренебрегают им. Однако профессионалы, потрудившиеся над пониманием понятия качества света, хорошо им оперируют и достигают хороших результатов. Попробуем и мы приблизиться к пониманию этой компоненты.

В основном, качеством называют жёсткость или мягкость света. Взгляните на картинки выше.

Оба камня идентичны, оба просчитаны в одних условиях, при одинаковой интенсивности света и с одинаковой цветовой температурой освещения.

Изменилось лишь одно: качество. На картинке слева мы видим мягкий свет, а справа – сильный, или жёсткий (иногда вместо «жёсткий» я буду говорить «сильный»).

Этими же словами, сильный и мягкий, называют и соответсвующие источники света. Говорят: «источник жёсткого/сильного света» или «источник мягкого света».

Жёсткий свет.

Жёсткий свет возникает от источника света, чья мощность значительно превосходит мощность всех остальных источников света и чьи лучи падают на объект практически параллельно друг другу.

То обстоятельство, что мощность источника света является доминантой в освещении, обеспечивает нам контрастные, глубокие тени. Параллельность же лучей даёт нам чёткие, резкие, хорошо читаемые тени. Обратите внимание, параллельность лучей является важной составляющей понятия качества света.

Именно от параллельности зависят многие аспекты освещения.

Итак, жёсткий свет характеризуется силой, резкостью, и выявлением деталей. Примерами жёсткого света служат фокусируемые прожекторы в относительно затемнённых и больших помещениях, солнце в ясный полдень, и т.п.

Мягкий свет.

Мягкий (рассеянный) свет является противоположным по качеству, особенно если вы уделяете внимание тем углам, под которыми подаётся освещение (либо подсветка). В противоположность жёсткому, мягкий свет склонен скрывать детали или мелкие рельефности. Если с жёстким светом можно легко подать текстуру выделанной кожи, или выявить несовершенства на лице человека, сняв его к тому же крупным планом, то с мягким светом наоборот, будет очень трудно выявить текстуру кожи, а лицо человека приобретёт более мягкий и приятный вид.

Мягкий свет создаёт широкие зоны равномерной освещённости, и если постараться сделать свет в пределах сцены всенаправленным, то, естественно, тени будут очень мягкими, либо станут практически незаметны. Это приводит к известному исчезновению линий, сглаживанию рельефа и морщин. В этом случае предмет освещения теряет свою объёмность и начинает выглядеть плоской аппликацией – надо не допускать, чтобы это произвольно случалось с отдельными объектами в сцене.

Ассоциативно мягкий свет тоже в оппозиции к жёсткому. Если освещать им всю сцену целиком и полностью, то это создаёт впечатление идеальности или стерильности, здесь легко можно вспомнить несколько рекламных роликов, сделанных на белом фоне с исключительно мягким светом. Технически, рассеянный свет создаётся при помощи специальных рассеивателей – например, вместо фильтра в светильник вставляют матовое стекло. Для того чтобы залить мягким светом объёмы побольше, устанавливают различные рассеивающие экраны (белые или серебристые) – например, обматывают студию со всех сторон и сверху большими простынями ;

).

Некоторые ситуации требуют очень мягкого света – тогда, например, делают белый шар или палатку, оставляя в них дырочку для камеры, и освещают несколькими источниками рассеяного света с различных 3Д углов. Этим создаётся практически очень ровный мягкий свет. Или, как иногда пишут, ультра мягкий свет.

Чтобы закрепить понятие качества, мы сейчас отметим, что качество в основном формируется жёсткостью/мягкостью света, и однонаправленностью/ всенаправленностью получающихся световых потоков.

ЦВЕТОВАЯ ТЕМПЕРАТУРА.

Для создания качественной картинки всегда пользуются специально смоделированным освещением – при помощи ламп накаливания ли, или при помощи солнца, неважно;

поэтому понятие цветовой температуры неизбежно входит в круг наших интересов. Впервые мы осознаём необходимость в цветовой температуре, когда пытаемся найти белый свет в получившемся освещении.

Пример: сделаем снимок человека, стоящего днём у окна в помещении, причём в помещении включим эл.свет. Взглянув на снимок, мы увидим что, о боже, из окна на человека падает жёлтый свет с одной стороны, а с другой стороны от ламп в помещении какой-нибудь синий. Или наоборот ! Возможно и наоборот, из окна – синеватый, а от ламп идёт жёлтый. И вот они, вопросы: что же делать, и где же, собственно, белый свет ?

Цветовая температура помогает в ответе на эти вопросы, поскольку создана для описания раскалённых источников света. Она описывает цвет – тот цвет, до которого раскалится абстрактное абсолютно чёрное тело, если его нагреть до Х° К (до указанного градуса по Кельвину). Система создавалась поначалу для описания цвета звёзд в астрономии, но потом оказалось, что она подходит и для описания ламп накаливания и даже для описание цвета небесного свода (в силу однородности их спектрального состава). Для большинства газоразрядных ламп эта система неприменима – спектральный состав их света довольно разрознен и капризен в поведении, хотя есть пара фирм, выпускающих «хорошие» лампы.

Теперь что касается белого. Согласно международного соглашения в Европе, за эталон белого цвета принято тело с температурой 6500 °К, в Америке и Японии этот стандарт составил 7200 °К. В самом деле, какой цвет нам считать эталонно белым, если большинство источников света белыми ну никак не являются ? В видеокамерах, например, этот вопрос решается довольно просто:

направляют камеру на определённый свет, и нажимают кнопочку «считать это белым». В результате получаемые через объектив цвета заданным образом смещаются, преобразуются, и уже в таком виде заносятся на плёнку. Так что здесь у нас проблема ;

) Что нам делать – моделировать реальное освещение, и с уже отрендерённым материалом производить аналогичные шаманства – балансировку уровня белого, экспозицию, и прочее.. или ? Или заранее планировать свет в некотором смысле в ненатуральных масштабах яркости и цветности ? Для этого ведь надо абсолютно точно знать, чего ты хочешь, и скажем прямо – знать надо с фотографической точностью. Действительно, на выходе результат будет одинаков, но какой метод нам выбрать, или как скомбинировать эти два метода ?

Каждый пока решает этот вопрос для себя сам. С одной стороны – точная и простая пост-обработка, с другой – художественное видение… Диапазон яркостей.

Далее следует поднять ещё одну проблему.. диапазон яркости, или как выражаются наши западные коллеги, динамический диапазон сцены. Проблема имеет своими корнями наше относительное восприятие яркости освещения. Глаза наши легко адаптируются к имеющемуся уровню освещения, позволяя нам хорошо видеть как в полдень, так и в вечерних сумерках. Хотя если мы попытаемся работать в абсолютном пространстве яркостей, которым является виртуальная 3Д сцена, то мы быстро обнаружим, что вечерние сумерки являются очень узким участком в общем диапазоне. А как вы, вероятно, знаете, стандартные способы представления изображения (как внутренние, так и на мониторе) предусматривают обычно всего 256 уровней яркости. И из этих уровней на сумерки будет приходиться, может быть, 5 уровней яркости.

Проблема понятна – как же нам изобразить хорошую картину сумерек при помощи всего нескольких уровней яркости. Ясен пончик, что никак. И понятно, что нам не нужно изображать весь существующий диапазон яркостей. Каждую конкретную сцену нам нужно изображать в некотором определённом диапазоне.

Сумерки были лишь примером, в общем случае задача ставится так: нужно так изобразить некоторую сцену, чтобы её яркость могла быть наиболее качественно представлена на предполагаемом носителе (скажем, в 256 уровнях JPEG). Еще один пример – можно ли исхитриться сделать изображение тёмной комнаты с очень ярким окном. Поскольку соотношение яркостей между окном и неосвещёнными частями комнаты может достигать 1:500, то при попытке сделать изображение обычным способом вся комната сольётся в одно тёмное пятно, и детали комнаты будут утеряны.

Решение задачи довольно естественно: нужно отсечь некоторую часть от «абсолютного» диапазона сверху или снизу. Прямым следствием этого будет увеличение ступеней яркости для изображаемого диапазона. В фотографии это называется экспозицией, и установка экспозиции (выдержки) влияет как на сам диапазон, так и на его, так сказать, размер. Аналогичные средства есть и в современных системах рендера, например в MAXе это называется auto exposure control, и действительно, позволяет управлять «экспозицией» виртуальной камеры. Таким образом путешествие в диапазонах яркостей становится менее болезненным.

ИНТЕНСИВНОСТЬ.

Третья компонента освещения, интенсивность света. Эта величина, измеряющаяся в люксах (lux) или свечах на фут (fc). Есть два типа интенсивности света, о которых следует помнить при постановке света: интенсивность падающего света и интенсивность отражённого от поверхностей света (интенсивность рефлексов).

Интенсивность рефлексов также очень важна, поскольку во многом определяет соотношение контрастов сцены, и если пренебречь этим соотношением, то можно ожидать возникновение проблем типа того, что в одной части сцены хорошие контрасты, а в другой творится нечто неприемлемое.

Наблюдая за уровнями рефлексов можно делать хорошее освещение, просто варьируя интенсивность того или иного источника света;

это будет являться более грамотным подходом. Можно конечно принудительно контролировать уровень рефлекса для каждого материала каждой сцены, конечно можно. Но это нужно будет делать... аккуратно.

Интенсивность падающего света является объектом особого внимания при производстве драматических сцен, поскольку там нужно особенно тонко контролировать интенсивность основного света. В «драматичных» сценах практически отсутствует рассеяный свет и рефлексы (темно очень), всё делается прямым светом. Общая концепция этого я думаю вам будет вскоре интуитивно понятна, и на этом можно не заострять внимания.

В добавление к этому вопросу нужно также твёрдо знать, что на освещённость поверхности прямым светом влияют ещё два фактора: расстояние до источника света, и угол, под которым свет падает. Как известно, свет имеет своим свойством становиться слабее с расстоянием. Общим правилом для всех светильников считается затухание, обратно пропорциональное квадрату расстояния, хотя это и не совсем так. Это верно для обычных ламп, свет которых не фокусируется отражателями. Например, если в 1 метре от лампы её интенсивность даёт нам 1000 люкс, то в 2 метрах (расстояние удвоилось) освещённость составит 250 люкс ( * =0.25, т.е. четверть). У автомобильных фар и им подобных прожекторов с фокусировкой луча это правило затухания несколько иное, но тем не менее, интенсивность падает довольно быстро.

NB: меня лично порой весьма огорчало отсутствие в 3Д пакетах кривых для настраивания затухания света по мере удаления от источника. Появление в пятом МАХе поддержки.ies файлов отчасти улучшило ситуацию, но по-прежнему, хочется нормальных кривых.

Закон Ламберта для освещённости.

Ещё немного школьной математики. Для зависимости освещённости от угла падения света математика весьма простая, достаточно вспомнить функцию синуса. Правило формулируется так: освещённость поверхности прямо пропорциональна синусу угла падения света.

На графике изображён один период функции синуса, которая, как известно, периодична на всей области определения (повторяется указанным образом для всех углов ). С практической точки зрения нас интересуют значения углов от -90° до +90°, где функция плавно изменяется от 0 до 1 и опять до 0, где единица – максимально возможная освещённость. Под углом следует понимать угол между центральной осью светильника и нормалью поверхности.

Правило это [иногда] называют законом Ламберта. Это важное правило, имеющее по крайней мере два примечательных следствия. Следствие первое – не используйте в 3d точечные светильники (типа omni) без сопутствующего применения GI, так как зона, на которую приходится максимальный световой поток, очень мала в сравнении с общей освещаемой площадью. И чем ближе omni к поверхности, тем она меньше. Посмотрите на неестественную освещённость этих ступеней – здесь как раз источник omni.

Следствие второе отчасти объясняет необходимость при построении геометрии в скашивании углов, снятии фасок, и т.п. Дело в том, что углы, собственно, редко будучи абсолютно прямыми, сами представляют из себя особый тип плоскостей, обращённых в среднем под 45° к основной плоскости. Как можно видеть на иллюстрации, из-за своей отличной от основной плоскости ориентации к источнику света, эти грани выглядят либо светлее, либо темнее “основных” плоскостей. Таким образом они “обрисовывают” предметы, помогая своими линиями в восприятии формы предметов. Отсутствие граней в геометрии приводит и к отсутствию видимых линий на конечном результате, снижая реализм и ухудшая восприятие геометрии.

Есть даже специальный тип источника света, чья основная функция – подсвечивать контурные грани предмета… впрочем, обо всём по порядку.

Стандартная схема освещения с 3-я источниками.

Существует много всяких разных способов поставить свет здесь и там, так и сяк, но вдоволь наупражнявшись с различными вариантами, перед осветителем начинают вырисовываться принципы постановки света, и самый известный принцип из существующих называется трёхточечной схемой освещения.

Этот принцип вобрал в себя самые эффективные приёмы освещения, и варьируя его три составляющие, можно получать широкий спектр возможных осветительных ситуаций. Составляющие таковы: основной свет, заполняющий, и контровой.

Основной свет.

Основной свет это то, что выставляют первым. То, что определяет характер освещения и его качество (будет он жёстким или мягким). То, о чём вы думаете, когда начинаете планировать освещение.

Основной свет также называют рисующим, потому что при его помощи рисуются тени от объекта, и именно при его помощи сам объект виден достаточно хорошо. Рисование теней и выявление фактур и объёмов – вот главные задачи основного света. Исходя из этих задач, формируется и положение источника света, и его свойства (качество, температура, интенсивность).

Горизонтальный угол основного света.

Сейчас мы будем говорить об угле камера-объект-источник света. Как нетрудно догадаться, в среднем наилучший угол для освещения объектов будет посередине между 0 и 90 градусами (закон Ламберта!), т.е. 45°. Это действительно так, для очень многих объектов свет под этим углом выявляет объёмность наиболее сильно. Тем не менее, при постановке света в конкретном случае для выбора угла падения основного света нужно просмотреть такие вот момента:

Какова наилучшая сторона объекта ? Объект будет смотреться более выигрышно, если свет подать именно на эту сторону. Опять же, ЧТО вы хотите осветить в этой сцене ? Ответьте на этот вопрос прежде других.

Мотивированность. Если в сцене есть видимый и предполагаемо неслабый источник света, как-то окно или настольная лампа, то основной свет надо выставлять в том же направлении. Мотивированность должна проявляться во всём, не должно быть ситуации когда часть предметов освещена справа, а парочка других без видимой причины слева. Основной свет по своей природе является направленным, и его направление должно хорошо просматриваться.

Например, если сценарий требует выставить несколько основных источников света для того чтобы выделить несколько персонажей или объектов, то не нужно стараться ставить светильники повсюду, здесь и там, поскольку это поставит перед вами довольно много проблем, упомянем лишь некоторые:

Поскольку свет направленный, это будет создавать вокруг каждого объекта «кашу» из теней, которые к тому же имеют заметные края. Это создаёт путаницу и требует гораздо большего времени на просчёт теней. Отключение части теней здесь тоже не очень-то поможет. Также не нужно пытаться ставить свет совершенно повсюду в неистовой попытке убить ненужные тени.

В сцене с живыми персонажами, основной свет к тому же создаёт отблеск в глазах героя, то спектральное отражение себя, что зовут «искоркой». Если этих отблесков будет много, это совершенно убьёт эффект и сделает его плоским и безжизненным. Созданное освещение становится всё менее и менее контролируемым, и нужно будет тратить много лишнего времени, в том числе и на рендер. К счастью, есть такое правило, запомните его:

Чем проще постановка [света], тем лучше эффект.

Вертикальный угол для основного света.

Вертикальный угол, сюрприза нет, тоже наиболее эффективен когда светит на объект сверху под углом в 45°. При выборе вертикального угла следует соблюдать те же условия, что и при выборе горизонтального. Упомянем ещё одну частую ошибку начинающих трёхмерщиков, которые ставят основной свет прямо на осевой линии камеры, как будто они снимают ручной видеокамерой с прожектором. Они делают так потому, что при такой постановке свет падает на объект под прямым углом, из-за чего тот освещён наиболее ярко ;

). Стремление хорошо осветить объект конечно похвально, но пожалуйста, не делайте так ;

).

Поставить основной свет слева или справа ? Вопрос интересный, но относится больше к области композиции (прихологии восприятия). Можно слева, можно справа, чуть выше или ниже, главное сначала представить то, чего вы хотите, и потом этого добиваться.

Использование Солнца в качестве основного света.

Принципиально дело обстоит так же, как и с искусственным основным светом, то есть освещаемый объект желательно ориентировать под 30..45° к солнцу, и само светило тоже по возможности должно висеть на такой высоте, чтобы светить под теми же 30..45°.

Если солнце будет висеть слишком высоко, то в ясный день оно будет давать довольно жёсткий свет с очень глубокими тенями. По этой причине, например, журналисты не берут интервью в полуденное время под открытым небом, так как у заснятых таким образом людей глаза попадают в очень глубокую тень, и их плохо видно. Если вы стремитесь к фотореализму, то эти реалии вам тоже нужно учитывать.

Заполняющий свет.

В отличие от основного света, заполняющий играет менее заметную роль в формировании образа, но тем не менее эта роль ничуть не в меньшей мере критична при получении качественного изображения. Назначение заполняющего света состоит в том, чтобы смягчать излишне резкие контрасты, чтобы плавнее прорисовывать объём, и чтобы заполнять своим светом тени от основного источника.

С технической точки зрения, заполняющий свет справляется со своей ролью наилучшим образом, если светит под 90° к основному свету. Скажем, если основной светит под 45° слева от камеры (или объекта), то заполняющий можно поставить под 45° справа от камеры (или объекта). При таком способе освещённая часть постепенно переходит в затенённую, создавая плавные градации перехода и тем самым создавая хорошее чувство объёмности освещаемого предмета.

Конечно, здесь нет жёсткого правила, всё определяется тем, как вы хотите подать мелкие детали зрителю, как быстро и с какого момента (с какого угла) должны появляться тени, и прочее.

В качестве правила можно лишь упомянуть то соображение, что заполняющий свет должен быть менее интенсивным, и гораздо менее жёстким, чтобы не создавать ненужных бликов (отключайте specular).

Вертикальный угол заполняющего света значит не так много, как горизонтальный, и подбирается довольно легко. Классический способ – вешать его немного ниже в сравнении с основным, тогда он довольно хорошо справляется со своими функциями.

Возможно, вы сейчас думаете о заполняющем свете только как об искусственном источнике, по аналогии с основным светом, но ведь есть ещё и естественный заполняющий свет, здесь имеются ввиду конечно же рефлексы. При планировании заполняющего света вы можете подумать и об этом варианте, например поставив персонажа или объект рядом с светлой стеной, драпировкой или ещё чем. Если вы используете освещение с GI, то вполне возможно что этих (настроенных ;

) рефлексов вам будет достаточно ;

).

Разделяющий свет.

Разделяющий свет, называемый в народе контровым (сокр. от контр освещение) отделяет объект или персонажа от остального фона, подсвечивая его сзади. Создаваемый им свет виден зрителю только на краях подсвечиваемого объекта, и таким образом происходит визуальное очерчивание контура предмета и отделение его от фона.

Наилучшее положение этого вида освещения – на линии, проходящей через камеру и освещаемый объект. Вертикальный угол (вы не поверите) – всё те же 45°, сверху. Но это с технической стороны, композиция же может требовать подсветки контура только с одного бока объекта, или например нужно выделить только голову (волосы) персонажа, ну вы понимаете..

Это в общем-то всё, что вкратце можно рассказать о трёх принципах освещения: основном, заполняющем, и контровом. Ключ к успеху лежит в простом и эффективном балансе качества, цветовой температуры и интенсивности между этими тремя типами освещения. Балансируя эти три компоненты для этих трёх принципиальных источников, можно научиться создавать широкий диапазон создаваемого вами освещения.

Например, если полностью убрать заполняющий и контровой свет, а оставить только основный с бледно-голубоватым оттенком и резкими тенями, то получится практически ночное освещение. Если поставить персонажа напротив заходящего или восходящего солнца, то получим только его контур, это будет сильное контровое освещение с очень слабым основным. Достаточно яркий мягкий и всенаправленный заполняющий свет сам по себе тоже может быть интресен в некоторых особых ситуациях, например, при макросъёмке (съёмке крупным планом) или в рекламе косметики (он сглаживает фактуры и делает незаметными изъяны, помните ? ). Ну а промежуточных вариантов – просто миллион.

Можно ещё добавить пару слов про четвертый тип светильников – светильники для заднего плана. Они не действуют непосредственно на предмет освещения, но нужны, например, аниматорам, работающим с задниками. В 3Д это не очень распространено, но для расширения кругозора знать нужно. Яркость заднего плана обычно ниже переднего плана где-то на 1/3.

Есть ещё такая известная вещь, как соотношение яркости основного цвета и заполняющего, скажем при студийном освещении в телестудии основной свет часто равен 2000 люксам, а заполняющий равен 1000 люкс, что даёт нам соотношение 2:1. Кратенькая справка:

1:1 – сглаживающее фактуры освещение без контрастов 2:1 – стандарт для фотографии и видеографии 3:1 – стандарт для ч/б фотографий и фильмов 4:1 – для драматических постановок 8:1 – предел для драматического света, если соотношение больше, то все тёмные области станут просто чёрными, и все детали в них будут потеряны.

Чёрно-белые варианты изображений, кстати, очень полезны для начинающих 3Дшников для количественной оценки получившихся контрастов. Пользователи МАХа, например, прямо в окошке рендера могут нажать кнопочку, где изображена градация серого, и сразу визуально оценить получающуюся картину, т.к. насыщенные цвета могут обмануть в этом вопросе неискушённый глаз. А по правой кнопке мыши можно посмотреть точные значения яркости освещённых частей и затенённых (канал Mono).

Как фото-, кино-, теле-, видео-, и театральные осветители используют всякие специальные приборы для точного замера освещённости, цветовой температуры, и пр., так и художники в цифровом мире должны уже уметь хотя бы в минимальном объёме производить всякие полезные замеры получающихся изображений. Ведь если вы можете померять чего-то, значит, у вас появляется возможность управлять этим.

Только научившись создавать изображения с соотношениями 3:1, можно позволить себе сознательно переместиться к созданию освещения с менее контрастным соотношением 2:1. Постоянно контролируйте себя, и спрашивайте, хороший ли здесь контраст, хороший ли там.. Я разместил на компакт диске с любезного разрешения автора короткий мультфильм “Der Seher”, где студентами аниматорами как раз используется ч/б жанр для повышения своего мастерства в освещении.

Конец главы.

Упражнения по освоению данного в этой главе материала:

1) Оказавшись в ситуации, где есть всего лишь один источник света (или несколько, но один из них бесспорно подавляет остальные), старайтесь прослеживать угол падения света на ту или эту поверхность в поле вашего зрения.

Целью является выявление зависимости освещённости поверхности от угла падения света, т.е. научиться видеть закон Ламберта в действии. Пример:

Предположим, вы оторвались от трудов праведных и присели в туалетной комнате типа «сортир». Не теряйте времени ! Если в комнате только одна лампочка, как показано на рисунке, то вы обнаружите, что левая и правая стена от вас имеют одинаковый уровень освещённости, тогда как стена с дверью перед вами освещена меньше всех, пол – ощутимо больше, и стена за вами – ещё больше.

Выполните примерно 10 подобных упражнений.

2) Второе упражнение состоит в том, чтобы всякий раз, когда вы видите картинку на экране, производить экспресс-анализ на предмет того, может ли эта сцена быть освещена с помощью трёхточечной схемы. Если не может, то выяснить для себя, почему именно не может (нельзя указать основной свет, и т.д.). также научиться подмечать мягкость/жёсткость света.

Рекомендуется периодически включать фильмы с возможностью делать паузу, и в течении 5 минут делать разбор 2-3 ситуаций. Это можно сделать просматривая видео, и в какой-то момент просто нажать паузу чтобы попить чаю или ответить на звонок, просто не спешите отжимать паузу – сделайте анализ.

3) Третье, самое большое упражнение, состоит в воображении себя за гигантским осветительским пультом, с которого у вас есть доступ ко всем источникам света в мире. Далее, спокойно где-нибудь встав, начните мысленно убавлять или прибавлять мощность имеющихся источников света, и представлять, что получится. Потом можно усложнить упражнение, и учиться добавлять/ убирать свои светильники.

Выполнять где-то в течении недели по разу в день (7 раз).

4) Если вы читаете книгу уже второй раз, то можете усложнить упражнение 3, начав играть с цветными источниками света. Научившись видеть освещение в терминах качества, углов, соотношения яркостей, научившись мыслить в терминах основного света, заполняющего, и контрового, и однажды осознав всё это дело, вы получите ключ к созданию всевозможных освещений.

Сколь часто, проходя мимо витрины, вы даже не смотрели на неё, потому что её свет бьёт по глазам и заставляет пройти мимо ? А даже если товар на витрине и интересен вам, то из-за сильного и неумело поставленного света вы не в состоянии понять, что же это – бриллиант или стекло, металл или пластик, кожа или кожезаменитель, и какого же оно, блин, цвета. Мы не должны уподобляться этим незадачливым постановщикам света, и в пику им должны уметь ставить свет так, чтобы зритель чувствовал себя комфортно, в знакомой ситуации, и т.д.

Под конец приведу замечательное высказывание современного дизайнера интерьеров Пола Дэлая (Paul Daly, London). Он использует свет в качестве формирующего принципа атмосферы интерьера, да и собственно самого интерьера:

“Прежде чем начать какой-либо проект, я вижу свет. Я понимаю, какой свет я могу сделать. Свет – это сильно, это то, через что можно полностью контролировать и менять пространство. Свет, пожалуй, важнее цвета. Да !

Прежде свет, потом цвет. Таким образом можно успокоить пространство, или наоборот, энергетически насытить его.

Например, если кухня соединена с гостиной, то можно сделать так, чтобы было легко исключать кухню из интерьера. Вы закончили готовить, выключили свет, и... её больше нет ! Я пожалуй, даже чаще чем светом, манипулирую темнотой. Она тоже очень важна в интерьере, но это мало кто замечает..” 5. Освещение в 3Д программах.

“Техники меняются, но искусство остаётся прежним.” Клод Моне Описание инструментария.

Ok, в предыдущих главах мы вписали возможные способы освещения сцены из реальной жизни в некоторые рамки, описали существующие источники света, и освежили в памяти некоторые знания из оптической физики. Теперь настаёт пора взглянуть непосредственно на свою рабочую лошадку (на свой пакет) в свете полученных знаний. Что мы можем ? Как далеко зашёл прогресс ?

Я буду обрисовывать, местами используя названия, специфичные для MAX r5, пользователи же других пакетов без труда смогут сориентироваться по прилагаемым картинкам. Впрочем, специфичных названий будет не так много..

СУЩЕСТВУЮЩИЕ ИСТОЧНИКИ СВЕТА в 3Д Omni – самый простой и наверное самый первый источник света в компьютерной графике.

Простой настолько, что уже давно используется в риалтаймовых 3Д играх. Представляет из себя математическую точку, из которой во все стороны испускаются совершенно одинаковые лучи. Очень нужная вещь при моделировании света от ламп накаливания.

Кроме лампочек, подходит для имитации света точечных вспышек (например, взрыв гранаты или выстрел из огнестрельного оружия).

Теоретически мог бы использоваться как источник солнечного света, но ввиду масштабов наземных сцен в таковом качестве не используется.

Spotlight – более востребованный источник света, так как разнообразных источников сфокусированного света на различных фабриках произведено довольно много.

Значительное преимущество по сравнению с omni ему также придаёт способность иметь карту испускания света.

Например, посмотрите как Нейл Блевинс мастерски использовал карту для имитации света от автомобильных фар.

Direct – почти то же самое, что и spotlight, но в качестве источника света выступает плоская поверхность, испускающая параллельные (перпендикулярные от себя) лучи. Возможность наложить карту также имеется, что, например, приятно при имитации скрытого света от овального двухуровнего потолка в интерьере. Можно мягкими кругами нарисовать карту расположения светильников по овалу, и положить её на direct, направленный в потолок. Это может быть лучше, чем 10-20 светильников. По крайней мере, проще ;

) Имитация прямого солнечного света direct’ами Object light – очень хорошая вещь, позволяет изображать светящиеся объекты произвольной формы (в качестве формы выступает реальная геометрия). Например, посмотрите, как можно при помощи света от объекта имитировать свет от настольной лампы.

Здесь для внутреннего света можно использовать отдельный источник света, а геометрию абажура использовать в качестве источника рассеянного света, исходящего от абажура.

Area light – давно ожидаемый, но сравнительно недавно появившийся для широких масс, этот источник света явился апологетом появления рассеянного освещения и размытых теней в 3Д. Представляет из себя просто прямоугольник с возможностью накладывания карты свечения (не везде) и испускающий направленный свет без specular составляющей (точнее, с ней, но она читается не всяким шейдером) и дающий размытые тени.

Пример Area light’s, моя работа в Brazil r/s beta.

Sky light (dome light) – позволяет имитировать свет от неба при просчёте открытых сцен с Global Illumination (GI). Как выяснилось, для этой цели можно использовать более быстрый алгоритм построения освещения, поэтому свет от небесного купола (dome – англ. купол) обычно выносят в отдельный источник света. Иногда реализуется даже не как источник GI, а просто как несколько простых источников света, в сумме дающих требуемый эффект.

Photometric lights – ранее доступные только для пользователей Lightscape, которые производили инженерное моделирование освещённости помещений, а чуть позже для пользователей МАХа, заимевших такой неплохой плагин как Insight, с появлением VIZ r4 и МАХ r5 основанные на фотометрических данных источники света стали достоянием теперь уже всех пользователей этой программы. Пользователи других художественных пакетов, похоже, пока будут обходиться без них.

Основным преимуществом этих светильников является наличие диаграммы, описывающей распространение света в пространстве. В диаграмму также включается цветовая температура источника света, поэтому строить достоверное освещение различных офисов стало относительно легко.

Неоспоримым преимуществом является также и то, что этих диаграмм уже накоплено несколько тысяч, каждый западный производитель приборов освещения или ламп освещения имеет такие диаграммы и не прочь ими поделиться через свой сайт, или через специализированные сайты. Есть соответствующие просмотрщики, позволяющие просматривать эти гониометрические диаграммы, одну такую программку я разместил на СД-РОМ (или можете скачать её по адресу www.integra.jp/insight/forum/iesviewer255.rar, следует сказать спасибо автору, Андрею Леготину).

Таковы типичные на сегодня источники света в компьютерном 3Д сообществе. Все из них в той или иной степени являются основанными на лучах, и ни один – на волновой модели распространения света. В принципе, их уже достаточно для получения сколь угодно качественной картинки, но кто знает, может мы ещё услышим о новых источниках света… ТЕНИ И КОНТРАСТЫ, ЭКСПОЗИЦИЯ Тень, по счастью, не делится на виды, и есть всего 2 хорошо зарекомендовавших себя способа их рисовать, это всем известные методы создания карты теней (shadow maps) и метод трассировки луча (raytraced shadows). Всё.

Все тени размытые, это можно принять как правило. С теоретической точки зрения, мы знаем, что на размытость тени влияют следующие условия:

габариты источника света, расстояние, проходимое лучами в атмосфере, состояние атмосферы, и прочие факторы, влияющие на параллельность рисующих тени лучей света. С практической точки зрения, нам нужно лишь ответить на вопрос, укладывается ли ширина области размытия тени в одну точку на конечном изображении, или нет. Если ширина граничной области менее двух точек, то мы просто используем обычные резкие тени, которые считаются ощутимо быстрее (особенно когда их много).

Что до яркости/контраста, то в 2002 году все приличные системы рендера вместили в себя функции контроля за яркостью и контрастностью получающегося изображения, и принципиально изображения перестали нуждаться в подобной пост-обработке в 2Д программах. Может показаться странным, что это случилось столь поздно, ведь контроль над качеством контрастов является императивным требованием для получения качественной картинки. За примером далеко ходить не надо – яркость и контраст были первыми регуляторами, появившимися на телевизорах. Причина появления этих функций вероятно кроется в недавней популяризации HDR, но неважно. Важно обрадоваться факту и взять себе на заметку.

Касаемо экспозиции, надо отметить, что в MAXе контроль за оной присутствует, причём давно. Если вы сделали сцену, где освещённость получилась несколько ниже или выше приемлемой, то не спешите крутить множители для источников света – во многих случаях можно получить хорошую картинку просто воспользовавшись функцией экспозиции (exposure control).

ОТРАЖЕНИЯ Хотя со времён 1997 года компьютеры уже позволяют выполнять обратную трассировку луча, делая возможной построчную визуализацию качественных зеркальных отражений, в полном объёме вопрос о физически корректных отражениях ещё не решён.

Первая проблема, которая встала перед 3D народом, состояла в том, что поверхностей, которые отражают идеально чётко, гораздо меньше, чем тех, чья поверхность не такая гладкая и упорядоченная, как у зеркала или некоторых видов хрома. Большинство поверхностей отражают свет как раз в размытой манере. Народу, конечно, очень хотелось получить возможность просчитывать эту модель отражений, потому что не руками же в Фотошопе размывать.. Поэтому сейчас во всех системах есть быстро работающие функции размытия отражения.

Они, конечно, производят размытие не на основании свойств материала, а просто разблюривают подаваемое им на вход чёткое 2Д отражение. Правда, появляются уже и системы, размывающие в соответствии с реальным рассеиванием света от отражающей поверхности (например, fR), но это пока требует значительных ресурсов;

чтобы чувствовать себя достаточно комфортно, я думаю, нужно процессор на 10 ГГц, или на 15… Вторая проблема заключалась в том, что если даже поверхность зеркалит достаточно хорошо, то всё равно она ведёт себя не как идеальное зеркало, и в зависимости от угла зрения на неё, зеркалит с разной силой. Первым это дело в реальной жизни подметил месье Френель, поэтому так это свойство и называют, правило Френеля. Классической иллюстрацией к нему идёт описание человека, стоящего на берегу моря по колено в воде. Если он посмотрит себе под ноги, то увидит прозрачную воду, то есть в этот момент вода отражает слабо. Если же он взглянет вдаль, к горизонту, то увидит отражающееся в воде небо, что будет наводить на мысли о значительном коэффициенте отражения той же самой воды.

Настраивание зависимости отражательной способности от угла зрения есть сейчас в любом пакете и обязательно к применению во всех околозеркальных материалах.

Блики. Блики были и являются проблемой немаленького значения в компьютерной 3Д графике. лет уже они мучают начинающих и не очень художников в 3Д своим неестественным видом, вызывая попеременно отвращение и панический ужас.

Ведь что такое блики с точки зрения реализма ? Блики это отражения ярких частей окружения – источников света, окон, самосветящихся предметов, и пр. но поскольку длительное время существовали только точечные светильники типа omni, а про HDR и речи ещё не было, то в материалах формирование блика было выделено в специальную функцию, которая просто брала на поверхности точку, и рисовала вокруг неё кружочки, имитируя блик от лампочки накаливания. Такие блики мы для краткости будем называть псевдо-бликами. И хотя времена изменились, и уже появились не то что area light’ы, а и вовсе фотометрические светильники, материалы кое-где остались прежними. Они по прежнему игнорируют объёмность источников света и самосветящихся предметов. Кажется, псевдо блики обосновались в материалах навсегда. Но по счастью, у нас уже есть всё, чтобы создавать физически корректные блики. Для этого нужно лишь установить коэффициент отражения для поверхности в районе 1..5%, после чего воспользоваться либо HDR освещением, либо на геометрию, изображающую из себя источник света, наложить карту, усиливающую самосветимость в несколько раз. На выходе получим достаточно убедительные блики, которые смотрятся гораздо лучше этих всем поднадоевших псевдо-бликов.

Есть один специальный вид бликов/отражений – анизотропный. Вы, вероятно, слышали об анизотропных шейдерах. За сложным названием скрывается всего лишь простая уловка, позволяющая быстро изобразить специфические блики, возникающие на предметах, чья поверхность покрыта продольными микро-царапинами. Примером служит неидеально отполированный металл. Специфика состоит в том, что результирующее отражение/блик состоит из мелких узких отражений/бликов, и из-за этого имеет несколько растянутый вид. Под анизотропными отражениями/бликами как раз и понимается эта видимая направленность блика и его растянутость.

Но анизотропия, правильные блики, и правило Френеля были лишь прелюдией. Прогресс, однако, не стоит на месте. Обобщая вышесказанное, разработчики визуализаторов начали говорить о BRDF, bi-directional reflection function. На русский это можно перевести как ФОДН, функция отражений с двумя направлениями. В ОЧЕНЬ кратком и упрощённом варианте, пересказ смысла нововведения состоит в следующем: нужно начать описывать отражательную способность поверхности как функцию двух переменных, угла падения света на поверхность, и угла, под которым свет отразится в глаза наблюдателя. Потому что так оно на самом деле и есть, и без подобной функции о реализме говорить не приходится. Выражаясь другими словами, функция BDRF описывает, сколько света, поступившего с заданного направления, отразится в другом заданном направлении.

Это вкратце, на самом деле она является ещё и функцией длины волны падающего света, и вообще функция непростая. При полной реализации BDRF в каком-либо визуализаторе, исчезает необходимость по отдельности настраивать уровни отражения, возиться с бликами и анизотропией – всё будет заключаться в BDRF. Проблема на сегодня заключается в том, что данных для каждого такого материала нужно много. Сегодня их снимают специальным фотометрическим оборудованием, уже есть сайт, посвящённый этому направлению. К тому же, кажется ещё нет договорённости о стандартизации этих данных, об открытом формате, позволяющем создавать универсальные данные для любого пакета.

Представьте, однако, если это будет сделано, и вам вообще не нужно будет возиться с двуслойными бликами для лакированных металлов на автомобилях ;

) И хотя уже есть дополнительные шейдеры или плагины, отчасти реализующие принцип BDRF, они разумеется не содержат фотометрических данных ни для какого материала. В них можно вручную задать график распределения отражений, и в принципе получить какое-то представление о BDRF, например, создавать анизотропные блики, но не более. Иногда вместо BDRF вам может встретиться аббревиатура BRDF, bi-directional reflectance distribution function. Не конфузьтесь, это то же самое.

Кстати, небольшой тест на наблюдательность. Не читая следующего предложения, попробуйте ответить на вопрос: «Может ли отражение быть ярче предмета, его породившего ?».

При методе построчной визуализации обратного хода луча такого явления не встретить, а в реальной жизни оно есть. И с корректно реализованным BDRF оно возможно, только оно не очень частое в этом мире, и по наличию яркого отражения на картинке можно легко опознать новичка в компьютерной графике.

Но тем не менее, явление имеет место быть, что ещё раз доказывает необходимость в BDRF.

ПРЕЛОМЛЕНИЯ, ДИФФУЗИЯ, ДИФРАКЦИЯ, 3С С преломлениями ситуация не такая сложная. Они конечно тоже могут быть размытыми (например, матовое стекло) и например поглощать свет по мере прохождения света, но преломление и отражение – явления одного порядка, и если программистам удаётся описать отражения, то с преломлениями проблем обычно уже не возникает.

Сейчас начали появляться немного более продвинутые модели распределения освещения, появление которым дала формула Суп = Сотр + Срас + Спгл + Спрп где, Суп – свет, упавший на поверхность Сотр – отражённый свет Срас – рассеянный свет Спгл – поглощённый свет Спрп – пропущенный сквозь поверхность свет Таким образом начали имитироваться процессы рассеивания света, поглощения, и процесс пропускания света. Первыми результатами стали функции пропускания света сквозь полупрозрачные предметы (примерами служат вощёная бумага, тонкие ткани, т.п.) и подповерхностное рассеивание (sub-surface scattering, сначало сокращалось до SSS, но американцы со своей неуёмной тягой к сокращениям, сократили их до 3S).

Подповерхностное рассеивание служит для визуализации процесса проникновения света в особые материалы типа человеческой кожи, воска, некоторых пластмасс, в общем таких материалов, которые часть света пропускают внутрь себя, где только по прохождению некоторого расстояния свет начинает рассеиваться, создавая впечатление того, что объект как-бы немного светится сам по себе. Такое свечение “изнутри” довольно эффектно и сильно повышает достоверность материалов, которым присущ этот эффект.

Если из фунции подповерхностного рассеивания убрать само рассеивание, т.е. отражение света от “подповерхностей”, то получим в чистом виде поглощение света по мере прохождения через материал. Этот эффект уже реализован.

Что же можно добавить к описанным процессам.. дифракцию? Явление дифракции света вы можете вспомнить по школьному учебнику оптической физики, оно заключается собственно в том, что мы в начале книги описали как избирательное рассеивание. Спектральное разложение света реализовано уже тоже ! Например, в Бразиле в виде специального шейдера.

Как можно здесь увидеть, вышенаписанная формула уже практически полностью разобрана программистами, пишущими системы рендера, и современные художники уже могут в 3Д воспроизводить множество различных ситуаций, встречающихся в этом мире. Художники ! Долой мольберты !

Художник с мольбертом – всё равно что архитектор с кульманом. Если ещё не знаете, то таких архитекторов уже нету – вымерли.

HDR HDR на самом деле довольно старая техника, которая сегодня похоже переживает второе рождение. Многие художники в компьютерной графике, да и разработчики ПО продвигали её чуть ли не как Святой Грааль для освещения в 3D сценах. За модным нынче словом HDRI (ИБДД, изображения с большим динамическим диапазоном) скрывается просто-напросто изображение, хранящееся в формате с не-усечёнными цветами (также называемом реальный формат точек). Старые пользователи 3D Studio MAX могут вспомнить, что не усечённые цвета (non-clamped colors) были ещё в первой версии МАХа, а это уже 7 лет назад.

Подобное изображение используется для имитации света, падающего на сцену так же, как он падал на фотографа с камерой.

О формате. Обычно изображение хранится в RGBA, где каждый компонент может иметь значения 0..255. Это неплохо выглядит на мониторе, да и неплохо выводится на бумагу из принтера. Однако, при таком подходе мы не знаем такой важной для нас компоненты, как энергия каждой точки на изображении. Динамический диапазон RGBA очень узок для представления существующего диапазона энергий, и будет служить плохим источником освещения сцены. Слишком… плоским. Возьмём белый цвет: что скрывается за белой точкой на изображении: всего лишь салфетка, или 500-ваттная лампа (а может, ядерный взрыв) ? Это соображение подводит нас к мысли о создании формата RGBAE, в котором мы можем хранить также и интенсивность точки, включая большие значения. Например, можно будет записать значение белого в 300 (что больше 255), а по значению в 10,000 мы сможем сделать вывод что эта точка принадлежит либо небу, либо другому источнику прямого света, способному на излучение таких мощных энергий.

ИБДД иногда довольно сложны в использовании, особенно если вы хотите использовать их в качестве единственного источника освещения в сцене. Хотя final Render имеет в cвоём арсенале один из самых продвинутых алгоритмов по созданию освещения на основе изображений, создание подобного освещения на основе всего лишь одного битмапа всё равно требует очень больших вычислений.

Дополнительное осложнение возникает из-за того, что при GI лучи выстреливаются случайным образом, и лучи могут попасть в какую-то точку, а могут и не попасть. Так что с маленькими деталями беда. Ещё одна проблема, с которой сталкивается всякая система, использующая HDRI, это то, что одна точка может иметь энергию = 10, а соседняя с ней точка 1000. Это приведёт к очень неровному и излишне контрастному освещению в сцене. К тому же, заметьте величину контраста ! Конечно, эти проблемы разрешены в каждом пакете, но очевидно, с некоторыми ограничениями – например, скорее всего маленькие детали будут утеряны.

Сцены которые используют HDRI как замену источникам света должны быть отрендерены полностью с GI. Это единственный способ получить корректное освещение от смоделированного небесного купола или сферического «окружения». Как вы возможно знаете, самый популярный вариант HDRI – это сферический HDRI. Создаются несколько вложенных сфер с разными радиусами, и потом по ним создаётся модель освещения. Второй вариант – кубический, выглядит как крестообразная развёртка куба.

Я разместил на компакт диске несколько изображений в этом новом формате (c более популярным расширением.hdr, хотя некоторые используют.rgbe), а также две программки для создания своих изображений, HDR Shop (by Paul Debevek) и Photogenics HDR демо (www.idruna.com). Последняя несколько попроще в освоении, да и поддерживает гораздо больше форматов.

GI и каустика GI и каустика это явления, проявляющиеся вследствие наличия непрямого освещения в сцене. Просчёт GI начинается после просчёта прямого освещения, когда каждая точка конечного изображения начинает анализироваться на предмет того, сколько рассеянного (отражённого) света она получит.

Значение рассеянного света огромно, очень многие области освещаются ТОЛЬКО отражённым светом. Настоятельно рекомендуется понаблюдать за окружающим миром, научившись выделять влияние отражённого света на ту или иную поверхность. На иллюстрации ниже вы видите колоссальную разницу между изображениями, полученными без рассеянного света и с ним.

Существуют два метода достижения подобного эффекта: один это GI и второй известен как радиосити (radiosity, ударение на о). GI базируется на трассировке лучей, а радиосити рассчитывает освещение, основываясь на геометрии предметов. Оба метода используют физически правильные модели освещения, так что результаты получаются одинаковыми – несмотря на столь разные подходы. Правда, считается что радиосити выдаёт более точный результат ;

). Но на сегодня GI является единственным признанным способом получения физически корректной модели распределения освещения. Требуя ощутимо меньше памяти, являясь неограниченно разделяемым процессом, и т.д., GI является довольно быстрым, и может быть ускорен за счёт дополнительных процессоров.

Для получения GI в fR используется гибрид метода Монте Карло и детерминистского метода (?). Метод Монте Карло применительно к GI в данной реализации выглядит так: из каждого источника света случайным образом выстрелим N лучей. Считается, что эти лучи распределятся по поверхностям довольно равномерно. Так же предполается, что между оказавшимися соседними лучами не может быть резкого перехода освещённости, поэтому значения освещённости во всей зоне между соседними лучами можно считать известными.

Таким образом по трём лучам получаем освещённость всего треугольника, находящегося между ними.

На границах резкой смены освещённости применяется такая вещь как адаптивный сэмплинг (приспосабливающееся разбиение). Это очень популярный метод оптимизации, и вы не раз встретите его в fR (да и в других системах). Этот метод основывается на следующем соображении: ведь не для каждой поверхности нужен одинаковый сэмплинг. Некоторые поверхности освещены довольно равномерно, и лишь на некоторых освещение меняется довольно часто. Поэтому не сделать ли нам такой механизм: сначала просчитаем поверхность с минимальным числом лучей, а те зоны, где в освещении будут замечены аномалии освещённости, пересчитаем с бОльшим числом лучей. Отчего ж не сделать ? Сделаем. Введём для этого два параметра: Min. Samples и Mах.

Samples. Первый будет означать минимальное разбиение поверхности (минимум лучей), второй же соответственно максимальный. Такая вот оптимизация.

Каустикой называют учитывание (не)прямого света: его отражение на другие поверхности, его отражение от или преломление через поверхность, на которую падает прямой свет. Яркими ;

) представителями эффекта являются солнечные зайчики. Преломляясь через поверхности, выгнутые в виде линзы (или отражаясь от них), свет собирается в пучок, и на принимающей поверхности образуются пятна света, известные как «зайчики». Для просчёта подобных эффектов обычно метод трассировки фотонов, который при преломлениях/отражениях луча учитывает потери или приобретения энергии света.

Каустика, однако, это не только «зайчики». В «зайцах» мы замечаем только бликовую (specular) составляющую непрямого света. Но есть и другая составляющая, рассеянная (diffuse). Луч непрямого света, падая на поверхность, рассеивается во всех направлениях, без каких-либо предпочтений. По идее, чтобы просчитать это освещение, нужно послать лучи в сотнях направлений из каждой точки, в которую попал такой луч. На практике это всё конечно нужно упрощать с некоторыми допущениями, а то финального рендера нам не дождаться ;

) вот так рассеиваются лучи непрямого света В дополнение к обычным (бликовым) каустикам в final Render имеется также возможность считать 3D каустику в объёмном свете (см. описание эффекта fRVolumeLight):

Фокус камеры и эффект “боке” Функция размывания изображения служит не только художественным целям, но и вопроизводит реальную ситуацию с восприятием мира человеческим глазом. Также как и камера, взор человека фокусируется только на определённую глубину, и всё что выходит за границы этой дистанции воспринимается нечётко.

Грамотное применение этой функции вносит немалую лепту в то, что называют фотореализмом.

Что такое боке (bokeh) ? Слово это японское, ударение на «е».

Позаимствовано оно у японских видео-профессионалов, которые этим словом называли способность техники красиво размывать зоны, попадающие в сильную расфокусировку. Техника с «хорошим боке» воспроизводит такие зоны «правильно», мягко размывая то, чему положено мягко размываться. «Плохое боке» означает, что оптическая система не может делать сильную расфокусировку правильно, что выражается в раздваивании либо не очень мягком размытии зоны, попавшей вне фокуса. В обоих случаях плохого боке расфокусированная зона принимает на изображении более сложный вид, если не превращается в кашу.

Приведу пример:

На фотографиях здесь вы видите два расфокусированных изображения веток на заднем плане. На одном вы видите хорошее боке, а на втором – довольно скверное, выражающееся в заметном раздваивании тонких веток.

В компьютерной графике эффектом боке стали называть хорошее боке, причём желательно, чтобы при его имитации можно было указывать тип линзы, стоящей в виртуальной камере, потому что этот эффект в реальных камерах разнится в зависимости от того, какие там стоят линзы. Линзы, если кто-то не знает, могут иметь круглую форму (диск), и могут быть N-гранником. Более популярны линзы с чётным числом граней (8, 6, ромб) и менее – с нечётным (7, 5, 3). При сильной расфокусировке происходит появление на изображении тёмных или светлых пятен в форме линзы, которые тем больше, чем сильнее эффект.

Вот, вкратце и упрощённо, описание эффекта боке. Более подробную информацию об эффекте боке можно найти в интернете (на английском) по адресу: http://www.trenholm.org/hmmerk/ATVB.pdf НФР Под НФР имеются ввиду “мультяшные” возможности, которые столь востребованы, что есть сегодня в любом пакете даже в стандартной поставке.

Хотя это и не относится к освещению, но это всё-таки особый процесс затенения, который иногда полезно запускать, чтобы просто оценить качество поставленного освещения. Наши англоговорящие коллеги называют его NPR (non photorealistic rendering). Если сделать кальку на русский, то это будет звучать как нефотореалистичный рендеринг. Ну а мы люди простые, и будем говорить прямо, что вид получается мультяшный.

Процесс «обмультяшивания» состоит, если не усложнять дело, из двух фаз.

В первой фазе проводится обсчёт геометрии и производится затенение. Затенение может быть довольно простым, это когда у тени 1-2 градации, или же полным, с плавными переходами.. Это может быть просто однотонная заливка, или привычный материал, который стилизуют, или же как дополнение наносится штриховка. Во второй фазе ищутся видимые грани, которые потом обводятся линиями.

На мой взгляд, интересно смотрится сочетание простой мультяшности (однотонной заливки) с GI.

ПОЧТИ КОНЕЦ (главы).

Это был обзор стандартных на сегодня возможностей современных систем рендера. Прогресс, однако, опять не стоит на месте, и разработчики таких систем начинают осознавать необходимость в новом, в том, что сделает труд художника осветителя более быстрым, интуитивным, и предсказуемым. Стоит упомянуть такое нововведение, как интерактивное усиление того или иного параметра.

Анонсированная в начале октября 2002 система рендера G2 (http://worley.com) для Lightwave3D позволяет своим пользователям интерактивно увеличивать или уменьшать многие параметры, мгновенно получая на экране изменения, которые появятся в финальном рендере, причём этот предпросмотр очень качественный, и в иные годы вполне сошёл бы за рендер. Таким образом не только экономится время на тестовых рендерах, хотя оно бывает порой значительно. Сильной положительной стороной такого подхода является возможность создавать изображения более непосредственно, с большей экспрессией, ведь когда неопытный (начинающий) пользователь пакета вынужден ждать результата, его конечная цель всё более отдаляется от него, становится менее осознанной и более размытой перед внутренним взором.

К числу параметров, которые можно очень быстро настраивать в G2, относятся все свойства источников света (тени, затухание, яркость, и пр.), текстур (яркость, гамма, отражения, преломления, прозрачность, блики, и пр.) и многое, многое другое. Например, можно при помощи специальной функции притушить пересвеченные области в получающейся картинке (только их). Есть функция компенсации яркости и цветности изображения, чтобы пользователь сразу видел реальную картинку, готовую для издания. Безусловно, прогрессивный движок. На компакт диске вы найдёте видеозапись сеанса работы пользователя G2, который позволит оценить прелести риалтаймового режима работы.

Этим заканчивается данная глава, которая носит чисто обзорный характер и следовательно, не предполагает никаких упражнений.

6.1. Что значит быть художником (в 3Д).

"Каждому человеку искусства нужны техника, опыт, и философская позиция" Джек Лондон Современная ситуация в нашей отрасли может быть описана как хаос (я говорю про страны СНГ). Подобно программированию, отрасль сформировалась в основном из случайных людей, мало кто из тех кто занят сейчас в отрасли, планировал это, или хотя бы предполагал… Просто так получилось, не так ли ? Но если при программировании человек понимает, как ему развиваться – всё-таки отрасль немного постарше, качественных книг побольше, да и поле развития поуже.

А что же начинающие трёхмерщики ? Почему на форумах вопросы задаются в основном по паре направлений, не больше ? Поначалу люди думают, что МАХ или MAYA или XSI это просто ещё одна программа, которую можно без проблем освоить в одиночку. Потом начинают учиться по книгам, скверными настолько, что не только не развеивают это заблуждение, но и поддерживают его (читай – написанные такими же людьми).

Приведу типичный пример наших дней – книгу «Эффективная работа в МАХ 4». Некогда автору подвернулась халтурка по переводу книги мистера М.

Т. Петерсона «3DS MAX fundamentals» из серии «перескажи хелп своими словами». Дело было во времена МАХ 2.5, переводчик знал английский в компьютерном минимуме, и в результате книга читалась с трудом, поскольку и оригинал-то был не то чтобы очень, так ещё и переводчик добавил. После выхода МАХ 3 переводчик издал то же самое, но уже под своим именем, дописав описание новшеств r3. Далее последовала версия для r4 (книги лучше не становились). И вот пожалуйста – случайный переводчик «знаменит» и «автор бестселлера». Человек освоил искусство продаж, купил лейбл “рекомендовано render.ru”, сделал красивую обложку и т.п. Всё бы хорошо, но на этих книгах выросло столько посредственных 3Дшников, что и подумать страшно.

Описанная ситуация типична тем, что ни этот автор, ни многие другие никогда не выходили за рамки своих собственных случайных познаний. В результате этот стихийный и безграмотный подход вырабатывает у человека чувство того, что он, мол, освоил свою программу после прочтения книги. Он оказывается начисто лишённым понятия о том, какие наработки стоят за созданием программы. Более того, он даже может не получить понятия о том, что называется идеологией пакета. Никто и никогда не говорит ему, что моделирование, текстурирование, и постановка света – это три разные дисциплины, которые надо изучить самостоятельно друг от друга. И что это изучение потребует гораздо больше времени, чем осваивание собственно пакета. Да, товарищи, с прискорбием нужно констатировать, что обучением создания 3Д никто собственно не занимается – за это берутся люди, не обладающие достаточной квалификацией, а то и вовсе не обладающие никакой квалификацией. Чтобы написать приличное обучающее руководство по солидному пакету, нужны специалисты в 4-х областях: графическому рисованию (моделирование), передаче цветовых ощущений (текстурирование), постановке света вообще и в 3Д в частности, и анимации.

Покажу это на примере аниматора. Специалист в анимации должен обладать не просто способностью донести до новичка 12 принципов, выработанных на студии Диснея, но и уметь объяснить их назначение, и только в последнюю очередь – как их реализовать в описанной программе. Какая, скажите, польза новичку прочитать о модификаторе Stretch, который делает то то, если он понятия не имеет, что stretch – это один из 12 принципов ?? Даже если и знает, то обычно слепо применяет, не понимая назначения. Аниматор, к примеру, должен твёрдо знать, что «9 стариков» диснеевской школы создали свой стиль, но это лишь то, как они видели мир и подшучивали, или пародировали над ним. Вряд ли их стиль подойдёт Вам, если вы аниматор.

Слепое применение их техники создаст лишь карикатуру на карикатуру, безжизненное и бессмысленное произведение. Это – прямой путь к посредственности и пустой трате сил. Ведь совершенно очевидно, что никому не будет интересен писатель, который элементарно не делает грамматических ошибок. Так что, интересна ли будет анимация, в которой аниматор всего лишь не допускает технических ошибок ? Думаю, нет.

То же самое можно сказать и в применении к остальным упомянутым уже трём дисциплинам. Время и мир меняются, современная ситуация требует иного стиля во всём. В подтверждение этого можно сравнить успех «Шрека» и «Планеты сокровищ». По результатам первой недели показа «Планеты..» руководство корпорации Диснея высказало мнение, что наверно анимационное подразделение стоит вовсе закрыть, чтобы не нести дальнейших убытков по миллионов с проекта. Это закономерное следствие, слепое копирование неактуального стиля (и идей, его формирующих) никак себя не оправдают.

Возможно, то же самое ждёт и PIXAR через 50 лет, люди медленно учатся..

Понимание того основополагающего момента, что за той или иной фичей программы стоят вполне конкретные наработки из обширных и старых дисциплин, переводит новичка на правильные рельсы познания. Позднее, чтобы стать реальным художником или профессионалом, он конечно должен будет оторваться от этих рельс, и отправиться в свободный полёт творчества, но не ранее. Сначала вы видите образ в объёме, и лишь затем запускаете моделлер, а не наоборот. Сначала учитесь делать образы с контрастами 3:1, и лишь затем 1:1 или 2:1. И т.п.

Возвращаясь к началу главы, можно более предметно ответить на вопрос, почему на форумах мы никогда не видим вопросов типа, - «А на сколько процентов уменьшится насыщенность текстуры, если она попадёт в такие-то условия ?», или, - «А как создать интересное движение персонажа ?».

Потому что, чтобы быть “и швец, и жнец, и на дуде игрец” нужно немало знать и уметь. Для коммерческих проектов ведь обычно создаётся команда из трёх и более человек, один специализируется на создании текстур, и т.д. Таким же образом и индивидуально можно развивать свои способности – в этот месяц вы изучаете рисование, в следующий – текстурирование, ну и лет через 5 что нибудь из вас да получится.

Давайте сейчас познакомимся с компьютерным художником Амааном Акрамом (Amaan Akram), типичным представителем 3Дшного пролетариата.

Вот что он рассказывает о себе:

«Глядя на мои работы, многие спрашивают меня, где я обучался, ведь у меня наверно обширные знания в анатомии, раз я делаю подобных персонажей ;

). Тем не менее, я не получал никакого специального образования, не ходил ни на какие курсы, ничего такого. Мои знания в анатомии едва покрывают основы, мне ещё многому нужно научиться. Хотя некоторые области я изучил уже очень хорошо, многие ещё нуждаются в дальнейшей проработке. Я просто внимательно изучал исходные материалы для своих работ, рылся в интернете, стараясь найти ту или иную анатомическую деталь. При этом я стараюсь найти как можно больше ситуаций, в которых эта деталь освещена различными способами.

Это важно, чтобы понять, как устроена та или иная форма, чтобы суметь представить её в объёме. Восприятие формы во многом зависит от того, как она освещена. Когда у вас накапливается достаточно изображений человеческой анатомии в различных условиях освещения, очень многие вещи проясняются в голове, и вы ясно видите форму своим внутренним взором. Как только всё проясняется, я запускаю лайтвэйвовский моделлер, и приступаю к моделированию.

Любой персонаж начинается с идеи, не так ли ? Как только я получаю начальное представление о том что надо сделать, я начинаю искать отправные материалы для своей работы – фотографии, рисунки, различные картины (особенно фэнтези). В общем, провожу исследование и вдохновляюсь.

Временами я просто иду по улице, вижу кого-то и получаю вдохновение ;

) На следующей стадии я планирую сетку для полигонов, иногда я даже рисую фрагменты каркаса на бумаге, чтобы прояснить для себя некоторые моменты. Чтобы достичь необходимой проработки деталей, я провожу контуры будущих мускулов и костей из точек и полигонов.

Например, если два мускула накладываются друг на друга, то в этом месте кожа имеет заметный рельеф, поэтому в месте пересечения я тоже провожу линию из точек и полигонов.

Кроме этого, я уделяю внимание общей напряжённости (выразительности) поверхности. Я видел много персонажей в 3Д с хорошей проработкой деталей, но обычно все они гораздо менее напряжены (натянуты, выразительны) чем работы скульпторов традиционной школы.

Я предпочитаю моделить полигонами в Lightwave – ну нравится он мне, что поделать ;

) И хотя общий процесс уже отработан и идёт без заминок, я могу застрять на какой-нибудь сложной детали, если не вижу её ясно в своём уме.

Здесь всё как в рисовании, так что я возвращаюсь обратно к исходному материалу, и стараюсь понять, что же именно здесь не так.. Бывали моменты..

знаете, когда возникало чувство, что какой же талант надо иметь, чтобы проникнуть и овладеть этим.. Но с годами я научился тому, что последовательность и терпение дадут вам желаемый результат. Сейчас я придерживаюсь этого знания, и продолжаю нарабатывать опыт. В результате я получаю то, что хочу.

Большую роль в моих работах играет освещение. И если вы спросите меня, что наиболее важно для меня в освещении, то я скажу: мотивация освещения, его цель. Я выставляю свет для того, чтобы рассказать историю. Для меня освещение это возможность передать безжизненному персонажу прошлое, настоящее, и будущее, дать чувство глубины персонажа, обозначить его существование, его эмоции. Создавая свои произведения, я добиваюсь именно этого – для меня важна история, обстоятельства вторичны. В связи с этим я бы хотел упомянуть одного художника в 3Д, который сильно повлиял на меня в этом плане. Это Джереми Энглеман, http://www.art.net/~jeremy. Я увидел его работы в 1998 году, и тогда я с почтением и трепетом смотрел на его мастерское использование освещения. Постоянно я смотрел на его работы, и вычислял, что же неправильно в моих. В те дни я не мог спать более 4-х часов ! И на сегодня, никакой другой художник в 3Д не тронул меня подобным образом. И никакой другой художник в 3Д не создал мне столь сильного комплекса неполноценности ;

) Хотелось бы ещё сказать, что я активно следую работам фотографов, они мастера по схватыванию света. И ещё я изучаю работы традиционных художников, работающих со светотенью, они мастера по части изобретения света. » По нынешним временам некоторые работы Джереми конечно уже не производят былого впечатления, но некоторые из них сделаны безусловно хорошо и имеют явный оттиск "сделано с применением традиционных приёмов живописи". Это интересный урок, и если вы его ещё не знаете, то определённо стоит выучить его. Что касается современной скульптуры, то можете посетить сайт www.SimonRobinsonSculptor.com, на котором можно ознакомиться с образцом современной скульптуры.

Товарищ Амаан ещё пацаном начинал работать на амиге, а это, знаете ли, давно. Как можно видеть на этом примере, правильный подход к своему становлению является решающим фактором для успеха. От того, что вы поступите в какое-то учебное заведение, или от того, что при поступлении у вас есть какой-то талант, которому родители дали раскрыться, зависит довольно мало. Практически всё зависит от постоянного сознательного усилия, именно это определяюще для становления. В заведениях обычно учат не делать ошибок, вот и всё. Хорошие учителя - большая редкость, и если вы не приложите усилия, то выйдете из заведения умеющей не ошибаться деревяшкой.

Учителя ! Почему вы забыли о демонах, богах, титанах ? Почему нету в учебном курсе места для обучения правильному обращению с вдохновением ?

Почитайте молодого Пушкина - там он вполне ясно выражается, что нет гения без музы (прим. для православных - без ангела). О, если б вы могли относиться столь же трепетно, как к директору заведения, и к музе ! Этот мир был бы троекратно прекрасней, если бы так. Имейте трепет причастности к искусству, всякий раз выходя на подмостки, беря в руки карандаш или манипулятор типа "мышь". Относитесь к музе внимательней чем к директору или царю, и не бойтесь работы, и всё - успех ваш.

ЧТО ЗНАЧИТ БЫТЬ ПРОФЕССИОНАЛОМ.

А что же ремесленники ? Я прекрасно понимаю историческую необходимость забвения богов и титанов, а также то, что ремесленников нужно гораздо больше, чем художников. Впрочем, если уж говорить об истории, то современная ситуация начинает тяготеть всё к большей лёгкости и подвижности. Скажем, в дизайне интерьеров мы видим, что интерьеры уже не стоят десятки лет без изменений, средний срок жизни интерьера стал порядка лет, и вполне возможно, эта цифра станет близкой к 10. Индустрия, обеспечивающая воплощение современных дизайнерских идей, становится всё более гибкой и восприимчивой к требованиям дизайнера. В общем, ремесленники теперь потихоньку становятся художниками, а само понятие собственного стиля становится более массовым.

Окончание в следующей главе.

6.2. Что значит быть профессионалом.

Есть многое на свете, друг мой Горацио, Что человеку знать не положено.

(из «Гамлета») Столь многое в этом мире кажется нам логичным, хотя и не будучи таковым, столь многое мы вверяем своему рацио, что не мешало бы хоть иногда задумываться о силах и о принципах, которые стоят за нашим разумом. Силах, двигающих эволюцию, и других силах, неизменных миллионы лет. О Принципах, что правят вечно, лишь одевая новые одежды (порой грубые, и порой – столь тонкие…).

О чём это я.. ах да, о суете бытия профессионалом. Ну так вот. Есть вещи, о которых люди, которым не нужно заниматься изготовлением цвета, никогда не думают, а значит, не замечают. Ну и как отсюда совершенно понятно, мастерство возникает при полном сплаве внутренней творческой свободы и отличных внешних знаний. Когда созданное выглядит одинаково ново или неожиданно как для потребителя, так и для посвящённого. Но прежде чем это случается, новичок проходит через горнило знаний. Никого не интересует, станет ли он мастером, или так, зашёл полюбопытствовать, но есть некоторые неизменные понятия и принципы, которые он знать обязан.

Иерархия.

Достижение мастерства, величия своего видения, обычно связывается с пониманием взаимодействия всех составляющих творческого процесса, и с выстраиванием внутри себя определённой системы, которая ставит каждый элемент творчества на некое место и накладывает взаимосвязи на все элементы системы.

Большинство подобных систем иерархично, то есть стремится к выражению чего-то самого главного. Основной элемент системы выделяется по этому признаку, и его действие задаёт направление действия всем остальным элементам системы. Чуть более сложные системы обычно складываются из систем попроще, которые начинают называться подсистемами данных систем.

Рассмотрим примеры систем, вошедших в классику работы по созиданию изображений. Желающие могут спроецировать сказанное ниже на работу со светом.

Композиция.

Законы композиции имеют дело с психологией восприятия художественного произведения, с ожиданиями зрителя, с его менталитетом. И говоря о композиции, обычно сразу говорят о декомпозиции (дереве декомпозиции), иначе говоря, сразу производят разбор композиции, анализ составляющих её элементов.

Рассмотрим для примера один из самых старых способов создания картины, который гласит: сначала создайте интересное изображение в линиях, потом создайте чёрно-белую версию с затенением (продумайте свет и тени), и потом раскрасьте её. Вы можете сказать, что это ведь естественный способ создания, что тут непонятного. Но на самом деле это формализованное описание композиции, поставившей во свою главу чёткость и изящество линий, а не что либо иное. Главный композиционный элемент – линии, а не свет, цвет, или что то иное. Всё в этом изображении будет подчинено линиям и формам. Свет и тень будут обрисовывать нужные линии, и отвлекать внимание от менее важных линий, и цвет будет также подчинён этой цели. То есть, в наличии будет иметься иерархия, будет главенствующий элемент системы, и будут подчинённые. Пользуясь подобными соображениями, художник при помощи предварительного анализа композиции и определённого её планирования достигает ясности в использовании художественных средств и предсказуемости будущего результата.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.