Свет, цвет, камера

В каждом 3D редакторе реалистичность картинки зависит от трех главных факторов: качества форм трехмерных моделей, удачно выполненных текстур и освещения сцены. О создании форм мы уже говорили. Что же касается двух других факторов, то, без преувеличения, свет – это все. От освещения зависит, как выглядит та или иная сцена, какое в ней настроение, драматургия, движение, насколько реалистично выглядят предметы. Свет может скрыть недостатки и подчеркнуть достоинства. Или наоборот — безжалостно обнажить самые невыгодные детали, выявить все неточности...

Выражение лица и общее настроение меняется в зависимости от освещения, от злого и надменного к мечтательному на второй картинке и рассеянно-обиженному на третьей.
Существуют последовательные и упрямые приверженцы как первого, так и второго вариантов. Полагаем, что выбор пути зависит еще и от собственного, сложившегося стиля. Для архитектурной визуализации часто характерны признаки декоративности. Дело в том, что изображения фасадов или интерьеров, создаваемые в рамках архитектурной визуализации, во многих случаях призваны играть роль рекламных материалов, а, следовательно, привлекать внимание, быть четче, резче, ярче и привлекательнее реальности.
В этом случае 3D художник имеет завидное преимущество перед живописцем — способы создания гармоничного цветового пространства уже заложены в программе визуализации. Действительно, выбрав яркий синий свет для освещения, вы по умолчанию, скорее всего, получите синее вторичное рассеянное освещение, синие блики, синие рефлексы, синие отражения и преломления. Остается только сочетать цвета в соответствии с выбранной стилистикой.

Исходите из требуемого эмоционального наполнения сцены. Рассеянный свет создает эффект умиротворенности, может вызывать отрицательные эмоции — страха, например, мерцающий свет — ощущение тревоги и т.д. Важен и правильный подбор источника света. Так, например, направленные источники света позволяют сконцентрировать внимание на каком-то определенном объекте, в то время как всенаправленный точечный источник - осветить сцену целиком.

В других задачах, например при совмещении материалов 3D визуализации с фото- и видеосъемкой, особенно важно скрупулезно перенести освещение и цветовую палитру, но не из реальности, данной нам в ощущениях, а из реальности запечатленной фото- или видеокамерой. Необходимо тщательно проанализировать результаты съемки:
- Как расположены источники света? Если источник света мал и достаточно удален, как, например, солнце, то все лучи параллельны, объекты освещаются прямым светом только с одной стороны, с противоположной стороны могут присутствовать отблески, рефлексы, вторичное рассеянное освещение. Когда светильников несколько и расположены они достаточно близко, то от каждого источника имеем на предмете свое световое пятно, свои блики и тени.

- Какого цвета источники прямого и отраженного, рассеянного освещения? Например, свет солнца теплый желтый или красный, либо фиолетовый. Рефлексы и рассеянное освещение от травы зеленые, от моря – синие. Принято считать, что прямое рассеянное освещение от небесного купола имеет голубой оттенок, но в некоторых случаях следует сделать его теплым, вечером — красным или фиолетовым. Оттенок света ламп накаливания — желтый, галогеновых светильников — красный или синий (зависит от цвета отражателей), ртутных ламп — синий.

- Как выглядят собственно тени? Насколько они глубоки, как тени пересекаются и как распределена освещенность внутри тени. Как выглядят границы теней — резкие и четкие или размытые.

- Обратите внимание на особенности камеры и способа съемки — насколько ярки или тусклы собственные цвета предметов, оцените глубину контраста.
Преимущества трехмерной графики при втором, «реалистичном» подходе к соданию сцены не столь очевидны — часто свет в реальности достаточно сложен, можно выделить много факторов, влияющих на освещение: точная передача оттенков прямого, отраженного и рассеянного освещения, глубина и резкость теней, расстановка и вид источников... Сцена, с которой работает 3D-дизайнер, является лишь упрощенной физической моделью, поэтому отрендеренное изображение далеко не всегда походит на настоящее. Но, несмотря на это, освещение в трехмерной сцене все же можно приблизить к реальному.

Существует множество общих принципов и частных приемов освещения предметов в 3D пространстве.

Из общих рекомендаций, касающиеся того, как не нужно освещать сцену, можно выделить следующую. Источник света не должен располагаться намного ниже освещаемого объекта, поскольку это придаст модели неестественный вид. В действительности чаще всего мы видим объекты, освещенные люстрой или солнцем, соответственно, и в трехмерных сценах источник света должен располагаться сверху. Это придает сценам реалистичность.

В частных случаях освещение поможет скрыть мелкие недостатки и подчеркнуть важные детали. Так, например, для того чтобы придать объем трехмерной модели, следует расположить источник света сзади. При этом появится отчетливая граница, визуально отделяющая объект от фона. Другой пример: если по сюжету в сцене требуется осветить объект наполовину, вторая его половина должна быть также подсвечена источником света малой интенсивности. Иначе затененный участок трехмерной модели будет неестественно скрыт в абсолютной темноте. Особенно это будет заметно, если этот объект обращен темной стороной к стене. В этом случае свет должен отразиться от стены и слабо подчеркнуть контур затененной стороны объекта (так происходит в реальности).

Слева картинка с "простым" освещением - использован один направленный источник, иммитирующий прямой солнечный свет. Справа - тот же направленный источник дополнен рассеяным излучением небесной сферы, а также вторичным диффузным освещением от предметов. В результате сцена приобрела глубину, четкость, яркость без неприятных засветов. "Почувствуйте разницу”.
Рекомендуем с осторожностью использовать источники света большой интенсивности. Освещение, созданное с их помощью, может вызвать сильные засветы и исказить текстуру объекта.

Чаще всего для освещения 3D сцены (как, впрочем, и для реальной съемочной площадки) удобно использовать один главный источник света и несколько вспомогательных. В качестве основного источника можно применить, например, однонаправленный источник света. Интенсивность вспомогательных источников света должна быть значительно меньше, чем основного. Кроме этого, вспомогательные источники не должны создавать тени от объектов в сцене. Большое количество теней может внести беспорядочность в сцену.

Примечательно, что в свойствах любого источника света можно указать, какие объекты он будет освещать, а на какие воздействовать не будет. Таким образом, можно оптимизировать сцену, рационально используя ресурсы программы и не перегружать и без того сложный процесс визуализации.
ерных сценах источник света должен располагаться сверху. Это придает сценам реалистичность.

Несмотря на то, что чаще всего источники света используются для освещения объектов в сцене, иногда свет применяется как самостоятельный объект. Такой объект может имитировать далекий огонек в ночи, маяк, звезду на небе, свет фар, фонаря и т.д. кроме того, вы можете использовать цветной свет, который будет окрашивать всю сцену или участок освещения (в зависимости от типа его источника).

Независимо от того, освещаем ли мы свой мир источником света или раскрашиваем текстуры пигментом, на зрителя существенно влияет цветовая композиция. Существуют правила или рекомендации, по которым цвета координируются, согласуются и смешиваются в большинстве создаваемых вещей. И действуют они даже в том случае, если дизайнер создает миры, которые существуют только в воображении заказчика. Неудачный выбор цветов делает сцену нереальной, безвкусной, бестолковой.

Пигмент, создающий первоначальный «природный» цвет поверхности предметов, в 3D программе моделируется еще при определении материала этой поверхности, фона или атмосферы. На этом этапе важно правильно выбрать требуемый пигмент, определиться с тем, каковы будут основные и дополнительные цвета, освещение и его цвет. Важно знать, что существуют определенные ограничения, к примеру, на использование черного и серого.



В сцене иммитируется вечернее приглушенное освещение. Аналогично предыдущему примеру, слева использованы только точечные светильники - два конусных светильника под потолком и один всенаправленный в районе камина. На правой картинке система при визуализации учитывает вторичное, третичное и т.д. рассеянное освещение от стен и предметов, а также слабый рассеянный вечерний свет с улицы.
Многие художники компьютерной графики никогда не используют по-настоящему черный цвет, а предпочитают темные смеси с глубоким цветом. При смешивании с полным насыщением ряд соседних цветов на цветовом диске RGB (более всего используются комбинации индиго и малинового или ультрамаринового и зеленого) могут создать глубокие цвета, которые приближаются к черному. Причиной такого выбора смешивания является то, что черный пигмент ("как из трубы”) делает внешний вид плоским и неестественным. Темные богатые цвета, получаемые при смешивании, предпочтительнее ввиду того, что для глаза они кажутся более глубокими и, на самом деле, являются более темными, чем цвета, полученные при смешивании с чисто черным цветом. Черный цвет также используется для смешивания с очень холодными и неестественными чисто серыми цветами. Из-за того, что серый цвет редко отсутствует в цвете, оттенки серого следует использовать очень аккуратно. Объекты, которые основаны на настоящем сером цвете и освещаются "серыми” цветами, кажутся неестественными, "компьютерными”. Причина простая — создание такого эффекта в реальном мире весьма затруднительно. В общем случае небольшой сдвиг в сторону теплого или холодного цвета, как в свете, так и в материалах, кажется более реалистичным.

На всех поверхностях сцены могут быть хорошо изготовленные материалы, но она по-прежнему выглядит неправдоподобно плоской и бледной. Это вполне возможно, поскольку поверхность — всего лишь отражение освещенности сцены. Цвет, расположение и интенсивность освещенности сцены оказывают огромное влияние на результирующие изображения.

В заключение скажем еще пару слов о виртуальной камере. Так же, как у камеры реальной, у виртуального аналога в современных средствах визуализации есть много параметров, влияющих на итоговую картинку. В рамках нашей статьи прежде всего отметим выдержку и диафрагму, как влияющие на яркость и контраст. Затем более виртуальные параметры - общую цветовую насыщенность, величину переноса цветов при вторичном освещении (т.е. цветовую насыщенность рефлексов), характер затухания рефлексов (вид кривой). Существуют также виртуальные камеры, позволяющие оперировать количеством воспринимаемых виртуальных фотонов, что еще больше приближает модель камеры к реальности, правда делает настройку камеры и освещения сцены несколько более сложным делом.

Мы лишь обратили ваше внимание на некоторые особенности освещения в реальности и некоторые способы это освещение смоделировать. Будьте внимательней к окружающему миру, и ваши работы станут настоящими шедеврами.