• Стандартные источники света в 3d max. Стандартные источники света

    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.

    Среда 3dsMax предлагает нам несколько источников света (ИС), корректно работающих со стандартным сканлайн-визуализатором (Scanline Default Renderer). Все они различаются способом излучения света и, что уже вторично, формой отбрасываемой тени. С помощью них можно иммитировать практически любую схему освещения, доступную в реальном мире. Все стандартные ИС доступные в 3dsMax повторяют свойства источников встречающихся в нашей жизни. На данный момент в 3dsMax доступны: Target Spot (Нацеленный прожектор), Free Spot (Свободный прожектор), Target Direct (Нацеленный прямой ИС), Free Direct (Свободный прямой ИС), Omni (Всенаправленный), SkyLight (Свет небесного купола).

    Создать любой из этих источников можно следующим образом.

    1. Перейти на панель Create (Создать).
    2. Выбрать категорию Lights (Источники Света).
    3. В выпадающем списке определить тип источников как Standart (Стандартные).
    4. Выбрать нужный ИС.

    Источники mr Area Omni и mr Area Spot, работают корректно лишь с визуализатором Mental Ray.

    Так что же представляют из себя эти источники?

    Target Spot и Free Spot

    Источник света типа Spot имитирует распространение света сфокусированным пучком. Похожее поведение мы можем наблюдать у прожектора, маяка, фонарика, фар автомобиля и т.п.

    Рис.1 Распространение света и форма тени у источника типа Spot

    Так как испускаемые лучи света расходятся из точки излучения под углом, то и отбрасываемая этим источником тень наращивает площадь по мере отдаления от предмета. Логично предположить, что для имитации солнечного света такой ИС не применим, но хорошо подойдет для искусственных ИС. В редких случаях можно частично иммитировать природные эффекты - например, прохождение солнечных лучей через прорехи в тучах или через листву в лесу (Рис.2, сверху-справа).

    Рис.2 Примеры реальных световых пучков

    Target Direct и Free Direct

    Источник света типа Direct имитирует распространение параллельных лучей. Свет излучается не с точки, как в случае с ИС Spot, а с плоскости. В природе источником параллельных лучей является солнце. Такой источник позволяет отбрасывать тени предметам в виде вытянутых проекций без расширения их при удалении от объекта.

    Рис.3 Распространение света и форма тени у источника типа Direct

    Omni излучает свет из точки во всех возможных направлениях. Тени от предметов, подверженных излучению Omni напоминают по форме тени Spot. Это расширяющиеся при удалении от объекта проекции. С помощью Omni мы можем иммтировать свет от свечи, различные ламп, шаровой молнии и т.п.

    Рис.4 Распространение света и форма тени у источника типа Omni

    Рис.5 Примеры точечных источников света

    Skylight

    Представьте себе гигантский купол над вашей сценой в 3dsMax, с поверхности которого излучается свет. Лучи многократно переотражаются от объектов и в конечном итоге затухают, теряя энергию. Всестороннее освещение с многократными переотражениями.

    Рис.6 Распространение света и форма тени у источника типа Skylight

    В итоге мы получаем ровную картину освещения и мягкие тени (Рис.7). Именно так действует Skylight. Такое освещение часто самодостаточно и не требует дополнительных ИС. Такой метод освещения исключает черные провалы в тенях, а следовательно потерю деталей.

    Рис.7 Мягкие тени при освещении Skylight

    Стандартный визуализатор = низкое качество?

    Было бы ошибкой думать, что Default Scanline Renderer (DSR) это каменный век и везде используются визуализаторы Vray, Mental Ray, Final Render, Brazil и т.д. Вы удивитесь, но очень многие задачи решаются штатным рендерером пакета (в случае с 3dsMax это DSR). Например футажи для видео «Ship Crash» были визуализированы с помощью обыкновенного DSR.

    Рис.8 Кадры визуализации падения сбитого самолета

    Поэтому не стоит думать, что нельзя получить красивого света с помощью стандартного визуализатора и стандартных источников освещения. В конце концов свет ставит художник, а не программа-визуализатор.

    Рис.9 Визуализация с помощью Default Scanline Renderer

    Настройки источника света

    Spot и Direct (Target and Free).

    На Рис.10 изображены свитки настроек ИС (их можно найти, если перейти на палитру Modify, предваритель выделив ИС).

    Рис.10 Настройки источника света (Spot,Direct)

    Свиток
    General Parameters

    1. Включить/отключить источник света
    2. Сменить тип ИС (Spot, Direct, Omni)
    3. Включить/отключить маркер цели (активно для Spot/Direct)
    4. Расстояние от ИС до маркера цели
    5. Включить/отключить просчет теней для этого ИС
    6. Использовать/не использовать глобальные настройки для тени
      Если отключено, можно использовать особый тип теней для этого ИС. Если включено, то у всех ИС в сцене будет один тип теней
    7. Тип тени (Advanced ray-traced shadows, Area shadows, Ray-traced shadows, Shadow maps)
      Во второй части подробнее про каждый тип
    8. Вызывает окно, где можно исключить объекты из зоны влияния ИС

    Intensity/Color/Attenuation

    1. Интенсивность ИС
    2. Цветовой оттенок света
    3. Тип затухания (None, Inverse, Inverse Square)
    4. Расстояние на котором свет начнет затухать
    5. Показать «линзу» затухания (даже при неактивном ИС). Помогает визуально оценить границу затухания
    6. Параметры «ближнего» затухания. Use - включить. Show - показать «линзы» затухания. Start/End - границы, начало и конец затухания
    7. Параметры «дальнего» затухания

    Advanced Effects

    1. Позволяет задать контраст между областями света и тени
    2. Позволяет сгладить границу между областями света и тени
    3. Включить/отключить диффузное освещение ИС
    4. Включить/отключить блик от ИС
    5. Включить отключить эмбиентное освещение
    6. Можно добавить карту для имитации луча сложной формы. Например, прохождению через решетку или листву. Галочка напротив: вкл/откл эффект

    Spotlight/Directional Parameters

    1. Показать конус/цилиндр распространения света (даже если ИС не выделен)
    2. Увеличить площадь распространения света. Позволяет избавиться от светового пятна
    3. Размер «горячего пятна» - внутреннего конуса/цилиндра
    4. Размер внешнего конуса/цилиндра
      Для Spotlight - углы испускания света в градусах. Для Directional - радиусы в единицах измерения, например в мм. Чем больше различаются размеры внешнего и внутреннего конуса/цилиндра, тем более размыто световое пятно
    5. Форма сечения светового конуса/цилиндра
    6. Aspect - пропорции прямоугольного сечения конуса/цилиндра (по умолчанию 1 - квадратное сечение). Аспект можно скорректировать с помощью подгруженной карты

    Shadow Parameters

    1. Цвет тени
    2. Density - плотность тени. Значение 1 - максимальная непрозрачность
    3. Вкл. - позволяет использовать карту (п.4)
    4. Цвет добавленной карты смешивается с цветом тени
    5. Вкл. - позволяет смешивать цвет света с цветом (или цветами, если включена карта) тени
    6. Включени этой опции позволяет амосферным эффектам отбрасывать тени
    7. Непрозрачность тени (по умолчанию 100)
    8. Примешивание цвета атмосферных эффектов к цвету тени

    Atmospheres & Effects

    1. Позволяет добавить эффекты связанные с ИС
    2. Удаляет добавленные эффекты
    3. Список добавленных эффектов
    4. Вызов окна настройки выбранного эффекта

    Omni

    Свитки параметров аналогичны. Только отсутствует свиток Spotlight/Directional Parameters, так как ИС Omni не имеет конуса или цилиндра распространения.

    Skylight

    У источника света Skylight параметры уникальные, хотя и всего один свиток.

    1. Включить/отключить ИС
    2. Интенсивность (яркость) света
    3. Использовать в качестве цвета купола тот же цвет, что стоит в глобальных настройках среды (Rendering -> Environment…)
    4. Использовать свой особый цвет купола
    5. Цвет купола
    6. Активировать карту (п.8)
    7. Если меньше 100, то происходит смешивание цветов карты с цветом купола Sky Color
    8. Задать карту (рекомендуется использовать HDR)
    9. Включить/отключить отбрасывание теней
    10. Количество лучей на образец - регулировка качества просчета теней. Чем больше, тем качественнее. Для анимации это значение должно быть довольно высоким (>30), чтобы исключить мерцание
    11. . Нулевое значение показывает, что тень не отделяется от объекта (кроме, разумеется, случая левитации объекта)

    Освещение в 3dsMax. Часть 2. Настройка теней

    Среди стандартных источников света три источника (а именно Spot, Direct и Omni) позволяют нам выбрать тип просчитываемых теней. Если мы используем штатный стандартный визуализатор Default Scanline Renderer (DSR), то интерес для нас будут представлять: Advanced ray-traced shadows, Area shadows, Ray-traced shadows, Shadow maps.

    При выборе типа тени среди свитков параметров ИС появляется свиток параметров тени, название которого начинается с наименования типа.

    Shadow Map

    Самый простой и нетребовательный к расчетным ресурсам тип теней.

    1. Расстояние объекта от отбрасываемой тени
    2. Размер карты, на основе которой расчитывается тень. Чем больше карта, тем качественнее расчитываемая тень. Лучше использовать числа порядка 2n
    3. Размытие кромки тени. Увеличение параметра позволяет избавиться от зубчатого края кромки при низком разрешении карты
    4. Параметр, отвечающий за управление значением Bias. По умолчанию отключено (наилучший результат в большинстве случаев). В случае с анимацией может помочь включение опции
    5. Если выключено, то свет проходит через поверхность, если натыкается на полигоны, обращенные от него нормалями. Включение опции позволяет получить корректные тени

    На Рис.1 верхний ряд изображений наглядно показывает изменение качества тени при увеличении параметра Size. Даже значительное увеличение размера карты не решает проблемы зубцов на краях тени, хотя безусловно рисунок тени становится более проработанным.

    Во втором ряду во всех трех случаях размер карты остается одинаковым, но меняется параметр Sample Range. Постепенно увеличивая его, мы избавились от зубчатости, размыв кромку тени.

    Рис.1 Изменение качества тени типа Shadow Map при различных параметрах

    Ray-Traced Shadows

    Тени этого типа расчитываются на основе алгоритма трассировки. Имеют четкие края и практически не поддаются настройке.

    Тень Ray-Traced Shadow более точная относительно Shadow Map. К тому же она способны учитывать прозрачность объекта, но тем временем «сухая» и четкая, что смотрится не очень естественно в большинстве случаев. Ray-Traced Shadow более требовательна к ресурсам компьютера, чем Shadow Map.

    1. Расстояние объекта от отбрасываемой тени
    2. Глубина трасировки - параметр, отвечающий за проработку тени. Увеличение этого значения может значительно увеличить время визуализации

    Ray-Traced Shadows с ИС типа Omni займут больше времени на визуализацию чем связка Ray-Traced Shadows + Spot (или Directional)

    Рис.2 Тени Ray-Traced Shadows от непрозрачного и прозрачного объектов

    Advanced Ray-Traced Shadows

    Тени этого типа очень похожи на тени Ray-Traced Shadows, но как понятно из названия имеют более продвинутые настройки, позволяющие получать более естественные и корректные расчеты.

    1. Метод генерации тени
      Simple - одиночный луч выходит из ИС. Тень не поддерживает какого-либо сглаживания и настройки качества
      1-Pass Antialias - иммитируется испускание пучка лучей. Причем такое же кол-во лучей отражается от каждой освещенной поверхности (Кол-во лучей регулируется Shadow Quality).
      2-Pass Antialias - Аналогично, но испускается два пучка лучей.
    2. Если выключено, то свет проходит через поверхность, если натыкается на полигоны обращенные от него нормалями. Включение опции позволяет получить корректные тени
    3. Количество лучей испускаемых освещенной поверхностью
    4. Количество вторичных лучей испускаемых освещенной поверхностью
    5. Радиус (в пикселях) размытия кромки тени. Увеличение параметра повышает качество размытия. Если приразмытии кромки потерялись мелкие детали, скорректируйте сей казус увеличением Shadow Integrity
    6. Расстояние объекта от отбрасываемой тени
    7. Параметр, управляющий хаотичностью лучей. Изначально лучи направляются по строгой сетке, что может вызвать неприятные артефакты. Внесение хаоса сделает изображение тени более естественным
      Рекомендуемые значения 0,5-1,0. Но более размытые тени потребуют большего значения Jitter Amount

    Area Shadows

    Этот тип теней позволяет учитывать габариты источника света, благодаря чему можно получать естественные протяженные тени, которые «расщепляются» и размываются при удалении от объекта. Такие тени 3dsMax получает путем смешения ряда «сэмплов» (образцов) теней. Чем больше «сэмплов» и лучше смешение, тем качественнее просчитанная тень.

    1. Форма мнимого источника света, позволяющая определить характер тени.
      Simple - одиночный луч выходит из ИС. Тень не поддерживает какого-либо сглаживания и настройки качества.
      Rectangle Light - иммитируется испускание света с прямоугольной области.
      Disc Light - ИС ведет себя так, как если бы он приобрел форму диска.
      Box Light - имитация кубического ИС.
      Sphere Light - имитация сферического ИС.
    2. Если выключено, то свет проходит через поверхность, если натыкается на полигоны, обращенные от него нормалями. Включение опции позволяет получить корректные тени.
    3. Управляет количеством испускаемых лучей (нелинейно). Чем выше число, тем больше лучей, тем выше качество тени.
    4. Параметр, отвечающий за качество тени. Для рационального расчета, всегда устанавливайте число выше, чем Shadow Integrity.
    5. Радиус (в пикселях) размытия кромки тени. Увеличение параметра повышает качество размытия. Если приразмытии кромки потерялись мелкие детали, скорректируйте сей казус увеличением Shadow Integrity.
    6. Расстояние объекта от отбрасываемой тени.
    7. Параметр, управляющий хаотичностью лучей. Изначально лучи направляются по строгой сетке, что может вызвать неприятные артефакты. Внесение хаоса сделает изображение тени более естественным.
    8. Габариты мнимого источника. Length - длина, Width - ширина, Height (активна только для Box Light и Sphere Light) - высота.

    Взглянем на Рис.3. На первом фрагменте. Несколько «сэмплов» тени наложены друг на друга без какого-либо смешения. На втором фрагменте они уже смешаны (Jitter Amount изменен с 0,0 на 6,0). Смешанные «сэмплы» воспринимаются как более естественная тень, но качество ее оставляет желать лучшего. Третий фрагмент показывает тень с отличным качеством (Shadow Integrity и Shadow Quality изменены с единичных значений на 8 и 10 соответственно).

    Второй ряд на Рис.3. иллюстрирует, как меняется характер тени, если мы увеличиваем размеры мнимого источника. В данном случае у нас мнимый источник типа Rectangle Light (плоский прямоугольный). При увеличении площади источника размытие тени увеличивается.

    Рис.3 Изменение качества тени типа Area Shadow при различных параметрах

    Некоторые значения параметров имеют рекомендательный характер, но все ограничивается лишь вашей фантазией. Самый лучший способ разобраться - это эксперимент. Не бойтесь проводить опыты со светом. Уловите настроение будущей картинки и сдаитесь за настройки.

    На Рис.4. шахматный конь с материалом на основе простой процедурной текстуры Wood. Три источника света подкрашенные в разные цвета. Простая постановка, тем не менее, фигурка смотрится неплохо.

    Рис.4 Шахматная фигура «Конь». Предметная визуализация

    Резюме

    Освещение - один из важнейших этапов в работе над трехмерной сценой. С первого взгляда может показаться, что сухую информацию урока невозможно приложить к творческой работе. Однако же при должной смекалке и трудолюбии можно добиться невероятных результатов. В конце концов все цифровые изображения всего лишь наборы нулей и единиц, а 3dsMax всего лишь ваш очередной инструмент, ровно как карандаш или кисть.

    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.

    Итак, чтобы трехмерные модели выглядели естественно на визуализированном изображении, их необходимо правильно осветить. По умолчанию 3ds max 7 использует свою систему, которая равномерно освещает объекты трехмерной сцены. При такой системе освещения на 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 7, автоматически выключается.

    Источники света в 3ds max 7 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 визуализатором mental ray ). К всенаправленным источникам света относятся Omni (Всенаправленный) 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. 6.1). По умолчанию, Multiplier (Яркость) любого источника света равна единице, 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, 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.

    Рис. 6.1. Настройки источника света типа Omni (Всенаправленный)

    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) (рис. 6.2).

    Рис. 6.2. Окно Add Atmosphere or Effect (Добавить эффект или атмосферное явление)

    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 Effects (Эффекты) после чего при помощи кнопки Add (Добавить) добавьте в сцену один из эффектов.

    Рис. 6.3. Окно Environment and Effects (Окружение и эффекты)

    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) (рис. 6.3), после чего щелкните мышью на источнике света в окне проекции.

    Читать еще: