Дневной свет в 3d max. Освещение сцены

Общие сведения об освещении в трехмерной графике
В любом редакторе трехмерной графики (Lightwave 3D, Maya, Softimage, 3ds Max и др.) реалистичность визуализированного изображения зависит от трех главных факторов: качества созданной трехмерной модели, удачно выполненных текстур и освещения сцены. Одна и та же сцена, просчитанная при различном освещении, может выглядеть совершенно по-разному. При изменении положения источников света в сцене искажаются окрашивание объектов, форма отбрасываемых теней, возникают участки, чересчур залитые светом или слишком затемненные.
Создание реалистичного освещения в сцене - одна из самых больших проблем при разработке трехмерной графики. В реальности падающий луч света претерпевает огромное количество отражений и преломлений, поэтому очень редко можно встретить резкие, неразмытые тени. Другое дело - компьютерная графика. Здесь количество падений и отражений луча определяется только аппаратными возможностями компьютера. До определенного момента в трехмерной графике преобладали резкие тени. Сцена, с которой работает дизайнер, является лишь упрощенной физической моделью, поэтому визуализированное изображение далеко не всегда походит на настоящее. Но, несмотря на это, освещение в трехмерной сцене все же можно приблизить к реальному. Для этого нужно соблюсти два правила:
* установить источники света и подобрать их яркость (параметры) таким образом, чтобы сцена была равномерно освещена;
* задать настройки визуализации освещения.

ПРИМЕЧАНИЕ
Несмотря на то, что чаще всего источники света используются для освещения объектов в сцене, иногда свет применяется как самостоятельный объект, например для имитации далекого огонька в ночи, маяка, звезды на небе и т. д.

Проблема освещения в изображениях возникла задолго до появления трехмерной графики. Первыми задачу правильного освещения решали художники и фотографы, позже - кинооператоры, теперь она стала насущной и для разработчиков трехмерной графики.
Самым распространенным способом является освещение из трех точек (трехточечная система). Такой подход удачен при освещении одного объекта (например, портреты в фотостудии), для сложных трехмерных сцен он может не подойти. Выбор освещения зависит от количества объектов, отражательных свойств их материалов, а также от геометрии сцены.
Для освещения также является важным, какой тип источника света используется. Например, направленный источник света позволяет сконцентрировать внимание на каком-то определенном объекте, а всенаправленный точечный источник - осветить сцену целиком.

Освещение сцены
Итак, чтобы трехмерные модели выглядели естественно в визуализированном изображении, их необходимо правильно осветить. По умолчанию 3ds Max 8 использует свою систему, которая равномерно освещает объекты трехмерной сцены. При такой системе освещения в финальном изображении отсутствуют тени, что выглядит неестественно. Чтобы объекты отбрасывали тени, в сцену необходимо добавить источники света. Сразу после того, как в сцене появляются источники света, система освещения, используемая 3ds Max 8, автоматически выключается.
Источники света в 3ds Max 8 делятся на направленные (Spot) и всенаправленные (Omni). К первой категории относятся Target Spot (Направленный с мишенью), Free Spot (Направленный без мишени) и mr Area Spot (Направленный, используемый впзуалнзатором mental ray). К BCCHIтравленным источникам света относятся Omni (Всенапраиленный) и mr Area Omni (Всенаправленный, используемый визуализатором mental ray).
Направленные источники используются в основном для того, чтобы осветить конкретный объект или участок сцены. При помощи направленных источников света можно имитировать, например, свет автомобильных фар, луч прожектора или карманного фонарика и т. д. Всенаправленные источники света равномерно излучают свет во всех направлениях. Используя их, можно имитировать, например, освещение от электрических ламп, фонарей, свет пламени и др.
Независимо от того, какой источник света используется в сцене, он характеризуется такими параметрами, как Multiplier (Яркость), Decay (Затухание) и Shadow Map (Тип отбрасываемой тени) (рис 13.1). По умолчанию Multiplier (Яркость) любого источника света равна 1, а параметр Decay (Затухание) выключен.
Поскольку в реальной жизни свет от источников подчиняется законам физики, то интенсивность распространения света зависит от расстояния до источника света. Если нужно смоделировать реалистичный источник света, то в настройках источника света необходимо установить функцию Decay (Затухание), которая определяется обратной зависимостью света от расстояния или квадрата расстояния. Второй вариант наиболее точно описывает распространение света.
При создании освещенности сцены применительно к источникам света часто используются следующие эффекты.
* Volume Light (Объемный свет) - свет, создаваемый источником, окрашивает пространство в цвет источника. В реальной жизни такой эффект можно наблюдать в темных запыленных или задымленных помещениях. Пучок света, пробиваясь в темноте, хорошо заметен.
* Lens Effects (Эффекты линзы) - напоминает эффект, который в реальной жизни получается на изображении при использовании специальных объективов с различными системами линз. Это могут быть блики различной формы, отсветы и т. д.
Чтобы использовать эффект, в свитке настроек Atmospheres & Effects (Атмосфера И эффекты) источника света нажмите кнопку Add (Добавить) и выберите требуемый эффект в окне Add Atmosphere or Effect (Добавить эффект или атмосферное явление).

СОВЕТ
Вы также можете добавить в сцену эффект, выполнив команду Rendering --> Environment (Визуализация --> Окружение) или нажав клавишу 8. В окне Environment and Effects (Окружение и эффекты) перейдите на вкладку Environment (Окружение) (чтобы добавить эффект Volume Light (Объемный свет)) или на вкладку Effects (Эффекты) (для добавления Lens Effects (Эффекты линзы)), после чего, нажав кнопку Add (Добавить), добавьте в сцену один из эффектов.

Для настройки эффекта используйте кнопку Setup (Настройка) в свитке настроек Atmospheres & Effects (Атмосфера и эффекты) источника света. При этом вы перейдете в окно Environment and Effects (Окружение и эффекты). Чтобы программа могла просчитывать эффект, в его настройках необходимо указать, к какому источнику света используется выбранный эффект. Нажмите кнопку Pick Light (Выбрать источник света), после чего щелкните мышью на источнике света в окне проекции.

Правила расстановки источников света в сцене
Существует множество приемов, с помощью которых можно осветить сцену таким образом, чтобы скрыть мелкие недостатки и подчеркнуть важные детали. Например, чтобы придать объем трехмерной модели, ее достаточно осветить сзади. При этом появится отчетливая граница, визуально отделяющая объект от фона. Другой пример: если требуется осветить половину объекта, то вторая его половина должна быть также подсвечена источником света с малой интенсивностью. Иначе затененный участок трехмерной модели будет неестественно скрыт в абсолютной темноте. Особенно это будет заметно, если объект расположен темной стороной к стене. В этом случае свет должен отразиться от стены и слабо подчеркнуть контур затененной стороны объекта (так происходит в реальности).
Наряду с такими приемами существуют и общие рекомендации, как не нужно освещать сцену. Например, источник света не должен располагаться намного ниже освещаемого объекта, поскольку это придаст модели неестественный вид. В действительности чаще всего мы видим объекты, освещенные люстрой пли солнцем, поэтому и в трехмерных сценах источник света должен располагаться сверху. Это придает сценам реалистичность.
Следует очень осторожно использовать источники света с большой интенсивностью. Освещение, созданное с их помощью, может вызвать сильные засветы и исказить текстуру объекта. По умолчанию параметр Multiplier (Яркость) всех источников света в 3ds Max 8 имеет значение 1. Старайтесь по возможности избегать значений, превышающих это число, а использовать параметр Decay (Затухание).

Реалистичные источники света, искусственные и естественные, излучают свет, интенсивность которого по мере удаления от этих источников уменьшается. Все стандартные источники света в 3ds Max 8 могут использовать различную степень затухания - Inverse (Обратная зависимость) или Inverse Square (Обратно-квадратичная зависимость). Ее можно выбрать из списка Туре (Тип) свитка настроек Intensity/ Color/Attenuation (Интенсивность/цвет/затухание) источника света. Больше всего соответствует реальности степень затухания Inverse Square (Обратно-квадратичная зависимость), однако ее не всегда удобно использовать из-за того, что возле источника могут возникать слишком сильно освещенные участки, а на удалении от него - совсем темные. Решением этой проблемы может служить повышение значения параметра Multiplier (Яркость) при одновременном увеличении расстояния между источником света и объектом.
Для освещения сцены удобно использовать один главный источник света и несколько вспомогательных. В качестве основного источника можно применить, например, один из имеющихся в арсенале 3ds Max 8 направленных источников 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.

СОВЕТ
Работая над освещением, не забывайте, что в свойствах любого источника света можно указать, какие объекты он будет освещать, а какие нет. Для этого необходимо нажать кнопку Exclude (Исключить) в свитке настроек General Parameters (Общие параметры) и в открывшемся окне выполнить необходимые настройки. Такая возможность нужна для того, чтобы рационально использовать ресурсы программы и не перегружать и без того сложный процесс визуализации. Исключение объектов из области воздействия источников света можно считать своего рода оптимизацией сцены.

Таким образом, выбор положения источников света в сцене - достаточно сложная задача. Неудачное расположение источников света может создать слишком темные участки в сцене, а сами объекты могут быть плохо видны из-за недостаточной освещенности или, наоборот, слишком яркого света. Поскольку каждая трехмерная сцена обладает своими уникальными геометрическими характеристиками, расположение источников будет разным для различных сцен. По этой причине трудно разработать определенные правила, следуя которым можно было бы оптимально осветить сцену. Несмотря на это, есть несколько общих советов, которым необходимо следовать, чтобы не испортить трехмерную композицию неумело установленным освещением.
* Не стоит без реальной необходимости устанавливать значение яркости источников света больше или равным 1, так как из-за этого могут возникнуть засвеченные участки и нежелательные блики.
* Следует помнить, что объекты, на которые сзади падает несильный свет, в финальном изображении кажутся немного более объемными.
* При наличии в сцене нескольких источников света яркость в отдельно взятой точке равняется суммарной яркости всех источников в сцене.
* Наличие большого количества источников света в сцене может вызвать множество хаотичных теней, которые будут лишними в визуализированном изображении.
* Если вы желаете добиться фотографической реалистичности, то для визуализации сцены лучше использовать специальные подключаемые фотореалистичные визуализаторы, которые по точности просчета на порядок выше стандартного модуля визуализации (Default Scanline Renclerer).

Характеристики света и методы визуализации теней
Свет имеет три главные характеристики: яркость (Multiplier), цвет (Color) и отбрасываемые от освещенных им объектов тени (Shadows).
При расстановке источников света в сцене, обязательно обратите внимание на их цвет. Источники дневного света имеют голубой оттенок, для создания же источника искусственного света нужно придать ему желтоватый цвет. Также следует принимать во внимание, что цвет источника, имитирующего уличный свет, зависит от времени суток. Если сюжет сцепы подразумевает вечернее время, освещение может быть в красноватых оттенках летнего заката.
Различные визуализаторы предлагают свои алгоритмы формирования теней. Отбрасываемая от объекта тень может сказать о многом - как высоко он находится над землей, какова структура поверхности, па которую падает тень, каким источником освещен объект и т. д. Кроме этого, тень может подчеркнуть контраст между передним и задним планом, а также «выдать» объект, который не попал в поле зрения объектива виртуальной камеры. В зависимости от формы отбрасываемой объектом тени, сцена может выглядеть реалистично или не совсем правдоподобно.
Как мы уже говорили выше, настоящий луч света претерпевает большое количество отражений и преломлений, поэтому реальные тени всегда имеют размытые края. В трехмерной графике используется специальный термин, которым обозначают такие тени, - мягкие тени. Добиться мягких теней довольно сложно. Многие визуализаторы решают проблему мягких теней, добавляя в интерфейс 3ds Max 8 неточечный источник света, имеющий прямоугольную или другую форму. Такой источник излучает свет не из одной точки, а из каждой точки поверхности. При этом чем больше площадь источника света, тем более мягкими получаются тени при визуализации.
Существуют разные подходы к визуализации теней - использование карты теней (Shadow Map), трассировки (Raytraced) и глобального освещения (Global Illumination). Рассмотрим их по порядку.
Использование карты теней позволяет получить размытые тени с нечеткими краями. Главная настройка Shadow Map (Карта теней) - это размер карты теней (параметр Size (Размер) в свитке настроек Shadow Map Params (Параметры карты теней)). Если размер карты уменьшить, четкость полученных теней также снизится.
Метод трассировки позволяет получить идеальные по форме тени, которые, однако, выглядят неестественно из-за своего резкого контура. Трассировкой называют отслеживание путей прохождения отдельных световых лучей от источника света до объектива камеры с учетом их отражения от объектов сцены и преломления в прозрачных средах. Метод трассировки часто используется для визуализации сцен, в которых присутствуют зеркальные отражения.
Начиная с 3ds Max 5, для получения мягких теней используется метод Area Shadows (Распределение теней), в основе которого лежит немного видоизмененный метод трассировки. Area Shadows (Распределение теней) позволяет просчитать тени от объекта так, как будто в сцене присутствует не один источник света, а группа равномерно распределенных в некоторой области точечных источников света.
Несмотря на то, что метод трассировки лучей точно воспроизводит мелкие детали сформированных теней, его нельзя считать идеальным решением для визуализации из-за того, что полученные тени имеют резкие очертания.
Метод глобального освещения (Radiosity) позволяет добиться мягких теней в финальном изображении. Этот метод является альтернативой трассировке освещения. Если трассировка визуализирует только те участки сцены, на которые попадают лучи света, то глобальное освещение просчитывает рассеиваемость света и в неосвещенных или находящихся в тени участках сцены на основе анализа каждого пиксела изображения. При этом учитываются все отражения лучей света в сцене.

СОВЕТ
Глобальное освещение позволяет получить реалистичное изображение, однако процесс визуализации сильно нагружает рабочую станцию и к тому же требует много времени. Поэтому в некоторых случаях имеет смысл использовать систему освещения, имитирующую эффект рассеиваемого света. При этом источники света должны быть размещены таким образом, чтобы их положение совпадало с местами прямого попадания света. Такие источники не должны создавать теней и должны иметь небольшую яркость. При таком методе, безусловно, не получается настолько же реалистичное изображение, какое можно получить, используя настоящий метод глобального освещения. Однако в сценах, которые имеют простую геометрию, он вполне может пригодиться.

Существует несколько алгоритмом просчета глобального освещения, один из способов расчета отраженного света - фотонная трассировка (Photon Mapping). Этот метод подразумевает расчет глобального освещения, основанный на создании так называемой карты фотонов. Карта фотонов представляет собой информацию об освещенности сцены, собранную при помощи трассировки.
Преимущество метода фотонной трассировки заключается в том, что единожды сохраненные в виде карты фотонов результаты фотонной трассировки впоследствии могут использоваться для создания эффекта глобального освещения в сценах трехмерной анимации. Качество глобального освещения, просчитанное при помощи фотонной трассировки, зависит от количества фотонов, а также глубины трассировки. При помощи фотонной трассировки можно также просчитать эффект каустики.

V-Ray — это один из самых популярных плагинов для создания фотореалистичных визуализаций. Его отличительная черта — простота в настройке и возможность получения высококачественного результата. С помощью V-Ray, применяемого в среде 3ds Max, создают материалы, освещение и камеры, взаимодействие которых в сцене приводит к быстрому созданию натуралистичного изображения.

В этой статье изучим настройки освещения с помощью V-Ray. Правильный свет очень важен для корректного создания визуализации. Он должен выявлять все лучшие качества объектов в сцене, создавать натуральные тени и обеспечивать защиту от шумов, пересветов и прочих артефактов. Рассмотрим инструменты V-Ray для настройки освещения.

1. Прежде всего скачаем и установим V-Ray. Заходим на сайт разработчика и выбираем версию V-Ray, предназначенную для 3ds Max. Скачиваем ее. Для того, чтобы скачать программу, зарегистрируйтесь на сайте.

2. Установите программу, следуя подсказкам мастера установки.

3. Запускаем 3ds Max, нажимаем клавишу F10. Перед нами панель настройки рендера. На вкладке «Common» находим свиток «Assign Renderer» и выбираем V-Ray. Нажимаем «Save as defaults».

Освещения бывают разных типов в зависимости от особенностей сцены. Разумеется, освещение для предметной визуализации будет отличаться от настроек света для экстерьера. Рассмотрим несколько основных схем освещения.

Настройка света для экстерьерной визуализации

1. Откройте сцену, в которой будет настраиваться освещение.

2. Установите источник света. Мы будем имитировать солнце. На вкладке «Create» панели инструментов выберите «Lights» и нажмите «V-Ray Sun».

3. Укажите начальную и конечную точку лучей солнца. Угол между лучом и поверхностью земли определит утренний, дневной или вечерний тип атмосферы.

4. Выберите солнце и перейдите на вкладку «Modify». Нас интересуют следующие параметры:

— Enabled — включает и отключает солнце.

— Turbidity — чем выше это значение — тем больше запыленность атмосферы.

— Intensity multiplier — параметр регулирующий яркость солнечного света.

— Size multiplier — размер солнца. чем больше параметр, тем более размытыми будут тени.

— Shadow subdivs — чем выше это число, тем качественнее тени.

5. На этом настройка солнца завершена. Настроим небо для придания большей реалистичности. Нажмите клавишу «8», откроется панель окружающей среды. Выберите карту DefaultVraySky в качестве карты окружающей среды, как показано на скриншоте.

6. Не закрывая панель окружающей среды нажмите клавишу «М», открыв редактор материалов. Перетащите карту DefaultVraySky из слота в панели окружающей среды в редактор материалов, удерживая левую кнопку мыши.

7. Редактируем карту неба в браузере материалов. Выделив карту, поставьте галочку в чекбокс «Specify sun node». Нажмите «None» в поле «Sun light» и щелкните на солнце в модельном виде. Только что мы связали солнце и небо. Теперь положение солнца будет определять яркость свечения неба, полностью имитируя состояние атмосферы в любое время суток. Остальные настройки оставим по умолчанию.

8. В общих чертах, экстрьерное освещение настроено. Запускайте рендеры и экспериментируйте со светом, чтобы добиться нужных эффектов.

Например, чтобы создать атмсоферу пасмурного дня, отключите солнце в его параметрах и оставьте светить только небо или HDRI-карту.

Настройка света для предметной визуализации

1. Откройте сцену с готовой композицией для визуализации.

2. На вкладке «Create» панели инструментов выберите «Lights» и нажмите «V-Ray Light».

3. Щелкните в той проекции, где вы хотите установить источник света. В данном примере разместим свет перед объектом.

4. Настроим параметры источника света.

— Type — этот параметр задает форму источника: плоскую, шарообразную, купольную. Форма важна в тех случаях, когда источник света виден в сцене. Для нашего случая пусть по умолчанию останется Plane (плоский).

— Intensity — позволяет установить силу цвета в люменах или относительных величинах. Оставляем относительные — их легче регулировать. Чем выше число в строке «Multiplier», тем ярче свет.

— Color — определяет колористику света.

— Invisible — источник света можно сделать невидимым в сцене, но он будет продолжать светить.

— Sampling — параметр «Subdivides» регулирует качество просчета света и теней. Чем больше число в строке, тем выше качество.

Остальные параметры лучше оставить по умолчанию.

5. Для предметной визуализации рекомендуется устанавливать несколько источников света разного размера, силы освещения и расстояния от объекта. Поместите в сцену еще два источника света по сторонам от объекта. Можете повращать их относительно сцены и порегулировать их параметры.

Такой способ не является «волшебной таблеткой» для идеального освещения, однако имитирует настоящую фотостудию, поэкспериментировав в которой, вы достигнете очень качественного результата.

Создание источника света

Первыми мы рассмотрим источники Spotlight . Они бывают Target (направленные) и Free (свободные). Разница заключается в том, что направленный источник имеет вспомогательный объект Target , который как бы "нацеливает" источник света. Мы воспользуемся направленным источником света, т.к. его легче направить в нужном направлении.

С помощью меню Create -> Standart Lights -> Target Spotlight создайте источник "направленный прожектор" и установите его как показано на рисунке 1.
Рисунок 1. Создание сцены.
Визуализируйте сцену. Результат визуализации можно увидеть на рисунке 2.

Рисунок 2. Визуализация сцены с применением источника света.
Теперь поднимем источник света вверх, чтобы прожектор захватывал большую зону и увеличим плоскость, находящуюся под чайником (рис. 3). После этого, для изменения параметров источника света, выделите его и перейдите на вкладку Modify .

Рисунок 3. Теперь источник света захватывает весь чайник, а плоскость увеличена.

В свитке Shadows установите галочку On (включены) а в качестве способа просчета тени установите Adv. Ray Traced . Визуализируйте сцену - вы увидите, что наш чайник начал отбрасывать тень (рис. 4).

Рисунок 4. Визуализация с включенными тенями.
Но, как правило, для того чтобы правильно осветить сцену, необходимо подсветить объект вторым источником света с отключенными тенями. Поэтому создайте источник света типа Omni и расположите его как показанно на рисунке 5.

Omni - является точечным всенаправленным источником света и очень удобен для создания глобальной подсветки сцены.

После этого, в параметрах источника света активируйте свиток Intensity/Color/Attenuation и установите параметр Multiply равный 0.77 .

Визуализируйте сцену.

Как видно из рисунка 5, сцена стала более сочной, яркой и реалистичной.

Рисунок 5. Визуализированная сцена со вторым источником света в качестве подсветки.
Удалите источник света Target Spotlight и установите источник света Directional .

Объект Directional Light в 3D Studio Max представляет собой нечто подобное гибриду между традиционным параллельным и точечным источником света.

Directional Light похож на точечный источник света в том, что имеет яркую точку (Hotspot ) и границу действия освещения (Falloff ). Это помогает управлять протяженностью, до которой можно просчитать тени на сцене, и размером границы освещения. Когда яркая точка минимизирована, Directional Light становится похож на фотографический источник света, отбрасывающий мягкий локальный свет (рис. 6).

Рисунок 6. Установленный источник света типа Directional.
Визуализируйте сцену. Результат визуализации показан на рис. 7.

Рисунок 7. Визуализация с применением источника света Directional.

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

Правильно подобранное освещение является одним из наиболее существенных факторов обеспечения реализма сцены при ее визуализации. Оно создает контрасты между объектами, делает использованные материалы более яркими и выразительными и позволяет настраивать тени объектов. Кроме того, освещение определяет общее настроение сцены - например рассеянный свет создает эффект умиротворенности, тусклое освещение может вызвать страх, мерцающий свет - ощущение тревоги и т.п. С некоторыми наиболее простыми приемами настройки освещения мы ознакомимся сейчас, а более сложные аспекты работы с освещением рассмотрим в одном из ближайших уроков.

Теоретические аспекты

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

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

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

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

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

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

Источник света Omni

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

Рис. 4. Первоначальная настройка источника света Omni

Рис. 5. Шар с одним Omni -источником

Теперь научимся управлять интенсивностью света. Для этого при выделенном источнике света активизируйте панель Modify и в свитке Intensity /Color /Attenuation увеличьте значение параметра Multiplier (Коэффициент), например, до 2 - освещение сцены станет намного ярче (рис. 6). В этом же свитке (в диалоговом окне Color Selector : Light Color , открываемом при щелчке на поле, расположенном справа от параметра Multiplier ) можно изменить цвет световых лучей. Для примера попробуйте изменить устанавливаемый по умолчанию белый цвет, например, на желтый - при визуализации сцена окажется освещенной «желтой лампочкой» (рис. 7).

Добавьте в сцену еще один Omni-источник и разместите его на проекции Front слева от шара, но так, чтобы он оказался гораздо ниже первого источника (рис. 8). Уменьшите интенсивность второго источника примерно до 0,7, а цвет у него оставьте белым - теперь шар окажется освещенным уже с двух сторон (рис. 9).

Рис. 8. Добавление и настройка второго Omni -источника

Рис. 9. Шар с двумя Omni -источниками

Источник света Free Directional

Удалите оба Omni-источника, что не приведет к затемнению сцены, поскольку вновь включатся источники света, используемые по умолчанию. Создайте один источник света типа Free Directional (для этого проще всего выбрать данный тип источника и щелкнуть в центре шара на проекции Top - тогда источник сразу будет направлен на шар). Затем нужным образом переместите его инструментом Select and Move и подкорректируйте его угол наклона инструментом Select and Rotate (рис. 10). Если провести рендеринг, то окажется, что шар освещается вместе с фрагментом плоскости, причем достаточно интенсивно, другая же часть плоскости вообще не видна (рис. 11). Получается, что яркость источника слишком велика, а вот зона охвата светового потока явно недостаточна. Ситуацию несложно изменить. Вначале разберемся, от каких параметров зависит зона охвата светового потока. Регулируя значения параметров Hotspot /Beam (определяет размер светового конуса для внутреннего, предельно насыщенного луча) и Falloff /Field (устанавливает размер внешних пределов угасания луча к краям) в свитке Directional Parameters , можно изменять размеры появляющегося от светового пучка светового пятна и характер его границы, которая может быть четкой или, наоборот, размытой. По умолчанию пятно отличается четкой границей, что далеко от реальности. Сделайте Hotspot /Beam равным 25, а Falloff /Field - 50, в результате пятно света станет размытым (значения данных параметров в каждом конкретном случае окажутся свои, важно лишь, чтобы значение первого параметра было примерно в два раза больше значения второго) - рис. 12. И наоборот, если значения данных параметров близки, то граница будет четкой. Что касается размеров светового пятна, то они напрямую зависят от значения параметра Hotspot /Beam - чем оно выше, тем размер пятна больше. При желании в этом свитке можно также менять форму сечения светового конуса (а значит, и форму светового пятна) с круглой (Circle ) на прямоугольную (Rectangle ). При выборе последней появляется возможность регулировать соотношения сторон светового прямоугольника параметром Aspect .

Рис. 10. Установка источника Free Directional

Рис. 11. Сцена с одним источником Free Directional

Теперь расширьте границы освещения так, чтобы внутри светового конуса оказался не только шар, но и бо льшая часть плоскости, и не забудьте, что значения параметров Hotspot /Beam и Falloff /Field должны достаточно сильно различаться, чтобы снижение освещенности к краям плоскости осуществлялось постепенно. Уменьшите интенсивность света (Multiplier ) примерно до 0,6 и включите флажок Shadows для генерации теней - сцена окажется освещенной более естественно, хотя уровень освещения будет недостаточным (рис. 13). Чтобы увеличить уровень освещенности, попробуйте создать два дополнительных источника света (рис. 14). Для первого (задача которого - создать общее освещение сцены) выберите тип Omni , желтый цвет и интенсивность порядка 0,8-0,9. Назначение второго - обеспечить эффект вторичного освещения, возникающего за счет отражения падающего света от светлых поверхностей (в данном случае плоскости). В нашем примере такой эффект должен проявиться на нижней поверхности шара в виде некоего цветного блика. Чтобы имитировать подобный эффект, установите под плоскость слабый цветной источник света, не отбрасывающий тень, - подойдет, например, источник типа Free Directional . В нашем случае для него установлен сходный с оттенком плоскости цвет, интенсивность которого равна примерно 1,1, а размер таков, чтобы плоскость полностью оказалась внутри границ внутреннего светового конуса Hotspot /Beam . Окончательный вид сцены представлен на рис. 15.

Источник света Target Spot

Создайте сцену, установив на плоскость шар, цилиндр и куб и назначив для плоскости материал на основе мраморной текстуры (рис. 16). Перед созданием нового источника света предварительно уменьшите масштаб сцены, чтобы поместить источник на достаточно большом расстоянии от ее объектов. Активируйте в категории Lights источник типа Target Spot , переключитесь на проекцию Front , установите указатель мыши в левую верхнюю часть данного окна, щелкните левой кнопкой мыши в данной точке и, не отпуская мышь, направьте ее к объектам - будет создан нацеленный прожектор (рис. 17). Если сразу же провести рендеринг, то результат получится весьма далеким от желаемого (рис. 18): освещаться будет плоскость под объектами, а сами объекты практически не будут видны.

Рис. 17. Создание источника света Target Spot

Рис. 18. Начальное освещение сцены источником Target Spot

Попробуем изменить ситуацию и добиться того, чтобы были освещены обращенные к зрителю стороны объектов. Как было отмечено выше, нацеленные источники света отличаются от свободных наличием цели (Target ) - пустого объекта, на который направлена ось пучка лучей источника света. Изменение особенностей освещения объектов подобным источником возможно как путем воздействия на сам источник, так и на его объект-пустышку. Например, при перемещении объекта-пустышки источник света автоматически меняет свою ориентацию, но при этом будет продолжать оказываться нацеленным на пустой объект. Попробуйте, попеременно воздействуя инструментом Select and Move на источник и на объект-пустышку, расположить источник так, чтобы освещенными оказались грани объектов, размещенные на переднем плане (рис. 19). Визуализируйте сцену (рис. 20).

Рис. 19. Корректировка положения источника Target Spot

В свитке General Parameters увеличьте интенсивность источника, задав параметр Multiplier равным 1,25, и установите флажок Shadow s - сцена станет ярче и объекты теперь даже будут отбрасывать тени, правда слишком темные (рис. 21). Поэтому откройте свиток Shadow Parameters (Параметры тени) и уменьшите плотность тени, установив счетчик Dens (Плотность) равным 0,5 - тени станут выглядеть более естественно (рис. 22). При желании в этом свитке также можно поменять цвет тени в поле Color (рис. 23) или сделать так, чтобы цвет тени формировался с учетом цвета источника - для этого в меню Shadow Parameters потребуется включить флажок Light Affects Shadow Color (рис. 24).

И напоследок для улучшения внешнего вида сцены попробуйте добавить в нее еще два источника света: Omni-источник желтого цвета с интенсивностью порядка 0,3-0,5 для создания общего светового фона и источник типа Target Spot розового цвета с интенсивностью порядка 2 для имитации эффекта вторичного освещения (рис. 25). Кроме того, назначьте плоскости новый материал типа Raytrace и подключите к нему уже использованную текстуру, стараясь создать имитацию полированного мрамора. Окончательный вид визуализированной сцены представлен на рис. 26.

Источник света Free Spot

Свободный прожектор Free Spot отличается от только что рассмотренного источника Free Directional тем, что его лучи расходятся не параллельным пучком, а коническим, подобно свету реальных прожекторов, театральных софитов, карманных фонариков и т.п. Попробуем создать три таких источника, чтобы осветить плоскость с торусом (рис. 27) примерно так, как ее могли бы осветить разноцветные театральные софиты. Вначале установите слабый Omni-источник для общего освещения сцены (рис. 28). Затем добавьте первый свободный прожектор, например с лучами синего цвета и небольшими световыми конусами (в данном случае параметр Hotspot /Beam равен 10, а Falloff /Field -20) - рис. 29. Удобнее всего создавать прожектор в проекции Top , щелкая прямо по объекту, на который он должен быть направлен. В итоге визуализированная сцена станет напоминать рис. 30. Точно таким же образом создайте еще два цветных прожектора (красный и зеленый) с теми же самыми параметрами, а затем отрегулируйте положение всех трех прожекторов в окнах проекций, например так, как показано на рис. 31. Установите для каждого из источников флажок Shadows для генерации теней и визуализируйте сцену (рис. 32). Поскольку тени выглядят слишком черными, уменьшите их плотность (Dens ) в свитке Shadow Parameters примерно до 0,3-0,4 (рис. 33).

Рис. 28. Добавление источника света Omni

И напоследок попробуем воспользоваться интересной возможностью назначения прожектору текстурной карты Projector Map (Проецируемая карта), что позволяет либо совмещать отображение светового пятна с изображением произвольного изображения (если задействована, например, обычная фотография), либо видоизменять определенным образом границу светового пятна (если использовано черно-белое изображение, играющее роль маски). Мы применим второй вариант и назначим прожекторам текстуры, показанные на рис. 34, 35 и 36 соответственно, - сделать это нужно в свитке Advanced Effects (рис. 37). Возможный результат назначения текстурных карт показан на рис. 38, для достижения которого торусу дополнительно был присвоен новый материал, имитирующий пластик.

Источники дневного света Sunlight (Солнечный свет) и Daylight (Дневной свет) расположены на вкладке Systems (Системы) панели Create (Создать) . Их отличительная особенность – пространствеая ориентация источников света относительно географического положения и времени суток.

Для пространственной ориентации используется вспомогельный объект Compass (Компас) , который задает географичкие направления (север, юг, запад и восток). Этот объект распагается в сцене вместе с источником света и не визуализируется (рис. 17.20).

Рис. 17.20. Объект Compass (Компас) на плоскости сетки

Чтобы создать источник солнечного света, нужно выполнить следующие действия:

1. Выбрать источник света Sunlight (Солнечный свет) .

2. В окне проекции Top (Сверху) щелкнуть левой кнопкой мыши по месту установки объекта Compass (Компас) и, удерживая кнопку, растянуть его до нужных размеров.

3. Переместить указатель мыши вверх или вниз по экрану для установки высоты источника света (будет задано орбитальное расстояние).

4. В свитке параметров источника света в группе параметров Location (Местоположение) нажать кнопку Get Location (Зать местоположение) .

5. В открывшемся диалоговом окне установить географическое положение по карте (рис. 17.21).

Рис. 17.21. Диалоговое окно Geographic Location (Географическое местоположение)

6. В группе параметров Time (Время) установить в поле Time Zone (Часовой пояс) сдвиг во времени, затем установить дату и время в соответствующих полях (рис. 17.22).

Рис. 17.22. Свиток параметров источника Sunlight (Солнечный свет)

Параметр Azimuth (Азимут) определяет угол между текущим положением и направлением на север. Параметр Altitude (Высота над уровнем моря) указывает на угол между текущим положенм и горизонтом.

Значения Latitude (Широта) и Longitude (Долгота) могут ввиться вручную.

Изменить параметры положения созданной солнечной систы можно в панели Motion (Движение) .

Источники дневного света широко применяются при анимии суточных интервалов (рис. 17.23).

Рис. 17.23. Применение источника солнечного света

Источник Daylight (Дневной свет) сочетает в себе комбинию солнечного и небесного света. Он создается аналогично иочнику солнечного света, параметры освещения настраиваются таким же образом (устанавливается географическое положение, дата и время).

Помимо настроек солнечного света, свитки параметров иочника Daylight (Дневной свет) содержат настройки источника небесного света.

Рис. 17.24. Освещение источником дневного света (закат)

В свитке параметров Daylight Parameters (Параметры источна дневного света) можно изменять типы параметров освещения солнечного и небесного света в соответствующих выпадающих свитках. В настоящее время для настройки источников дневного света широко применяются параметры mr Sky (Небо mr) и mr Sun (Солнце mr) совместно с активируемыми параметрами mr Physical Sky (Физическое небо mr) (рис. 17.24).

Для источников дневного света прусмотрена функция установки погоых условий на основе файлов данных о погодных условиях EnergyPlus Weather (EPW ).

В свитке параметров Control Parame- ters (Параметры управления) источника появился переключатель, определяющий способ указания координат источника: Manual (Пользовательский) , Date , Time

and Location (Дата, время и местопожение) и Weather Data File (Файл подных данных) (рис. 17.25).

Рис. 17.25. Фрагмент свитка Control Parameters (Параметры управления)

Рис. 17.26. Диалоговое окно

При нажатии кнопки напротив варианта Weather Data File (Файл погодных данных) откроется диалоговое окно Configure Weather Data (Настройка погодных данных) (рис. 17.26).

Нажатие кнопки Load Weather Data (Загрузить погодные даые) открывает стандартное окно обозревателя для выбора файла данных о погоде. Файлы с погодными данными доступны для скачивания в сети Интернет.

После выбора соответствующего файла появляется информия о месте, периоде записи данных и количество периодов.

На основе этих данных можно установить режимы анимации источника дневного света, его орбиту движения, интенсивность света, туманность и т.д. (рис. 17.27).

Рис. 17.27. Кадр анимационной последовательности источника дневного света (рассвет)