Denní světlo ve 3D max. Jevištní osvětlení

Úvod do osvětlení ve 3D
V jakémkoli 3D grafickém editoru (Lightwave 3D, Maya, Softimage, 3ds Max atd.) závisí realističnost vykresleného obrazu na třech hlavních faktorech: kvalitě vytvořeného 3D modelu, dobře provedených texturách a osvětlení scény. Stejná scéna vykreslená v různých světelných podmínkách může vypadat úplně jinak. Při změně polohy světelných zdrojů ve scéně dochází ke zkreslení barevnosti objektů, tvaru vržených stínů, jsou oblasti, které jsou příliš zaplavené světlem nebo příliš tmavé.
Vytvoření realistického osvětlení ve scéně je jednou z největších výzev při navrhování 3D grafiky. Ve skutečnosti dopadající paprsek světla prochází velkým množstvím odrazů a lomů, takže je velmi vzácné najít ostré, nerozmazané stíny. Další věcí je počítačová grafika. Zde je počet dopadů a odrazů paprsku určen pouze hardwarovými možnostmi počítače. Až do určitého okamžiku dominovaly 3D grafice ostré stíny. Scéna, se kterou návrhář pracuje, je pouze zjednodušeným fyzickým modelem, takže vykreslený obraz nemusí vždy vypadat jako skutečný. Ale i přes to lze osvětlení v trojrozměrné scéně stále přiblížit tomu skutečnému. Chcete-li to provést, musíte dodržovat dvě pravidla:
* nainstalovat světelné zdroje a zvolit jejich jas (parametry) tak, aby byla scéna rovnoměrně osvětlena;
* nastavit nastavení vykreslování osvětlení.

POZNÁMKA
I když se nejčastěji světelné zdroje používají k osvětlení objektů ve scéně, někdy se světlo používá jako samostatný objekt, například pro simulaci vzdáleného světla v noci, majáku, hvězdy na obloze atd.

Problém osvětlení v obrazech vznikl dávno před příchodem trojrozměrné grafiky. První úkol správného nasvícení řešili umělci a fotografové, později kameramani, nyní se stal životně důležitým pro vývojáře trojrozměrné grafiky.
Nejčastějším způsobem je osvětlení ze tří bodů (tříbodový systém). Tento přístup je úspěšný při nasvícení jednoho objektu (například portréty ve fotoateliéru), nemusí být vhodný pro složité trojrozměrné scény. Volba osvětlení závisí na počtu objektů, reflexních vlastnostech jejich materiálů a také na geometrii scény.
Pro osvětlení je také důležité, jaký typ světelného zdroje je použit. Například směrový zdroj světla umožňuje zaostřit na konkrétní objekt, zatímco všesměrový bodový zdroj osvětlí celou scénu.

Jevištní osvětlení
Aby tedy 3D modely vypadaly na vyrenderovaném obrázku přirozeně, musí být správně nasvícené. Ve výchozím nastavení používá 3ds Max 8 svůj systém, který rovnoměrně osvětluje objekty ve 3D scéně. S tímto systémem osvětlení nejsou na výsledném snímku žádné stíny, což působí nepřirozeně. Aby objekty vrhaly stíny, musí být do scény přidána světla. Jakmile na scénu vstoupí světla, systém osvětlení používaný 3ds Max 8 se automaticky vypne.
Světelné zdroje v 3ds Max 8 jsou rozděleny na směrové (Spot) a všesměrové (Omni). První kategorie zahrnuje Target Spot (směrovaný pomocí cíle), volný bod (směrovaný bez cíle) a mr Area Spot (směrovaný, používá jej prohlížeč mental ray). Leptaná světla BCCHI zahrnují Omni (Všesměrové) a mr Area Omni (Všesměrové, používané rendererem mental ray).
Směrové zdroje se používají hlavně k osvětlení konkrétního objektu nebo oblasti scény. Se směrovými světelnými zdroji můžete simulovat např. světlo světlometů automobilů, paprsek hledacího světlometu nebo svítilny apod. Všesměrové světelné zdroje vyzařují světlo rovnoměrně do všech směrů. Pomocí nich můžete simulovat například osvětlení z elektrických lamp, luceren, plamenů atp.
Bez ohledu na to, jaký světelný zdroj je ve scéně použit, je charakterizována parametry jako Multiplier (Brightness), Decay (Attenuation) a Shadow Map (Shadow type) (obrázek 13.1). Ve výchozím nastavení je multiplikátor (jas) libovolného světelného zdroje 1 a parametr Decay (Attenuation) je vypnutý.
Protože v reálném životě se světlo ze zdrojů řídí fyzikálními zákony, závisí intenzita šíření světla na vzdálenosti ke zdroji světla. Pokud chcete simulovat realistický světelný zdroj, tak v nastavení světelného zdroje je potřeba nastavit funkci Decay (Attenuation), která je určena inverzní závislostí světla na vzdálenosti nebo druhé mocnině vzdálenosti. Druhá možnost nejpřesněji popisuje šíření světla.
Následující efekty se často používají při vytváření osvětlení scény s ohledem na světelné zdroje.
* Volume Light (Volume light) - světlo vytvořené zdrojem vybarvuje prostor v barvě zdroje. V reálném životě lze tento efekt pozorovat v tmavých, prašných nebo zakouřených místnostech. Paprsek světla, prorážející se ve tmě, je jasně viditelný.
* Lens Effects (Lens Effects) – podobá se efektu, který je na snímku dosažen v reálném životě při použití speciálních čoček s různými systémy čoček. Může se jednat o oslnění různých tvarů, odlesků atd.
Chcete-li efekt použít, v rozbalení nastavení Atmosféry a efekty (Atmosféra a efekty) světelného zdroje klikněte na tlačítko Přidat a vyberte požadovaný efekt v okně Přidat atmosféru nebo Efekt (Přidat efekt nebo atmosférický jev).

RADA
Do scény můžete také přidat efekt spuštěním příkazu Rendering --> Environment nebo stisknutím klávesy 8. V okně Environment and Effects přejděte na záložku Environment (pro přidání efektu Volume Light (Volumetrické světlo)) popř. na záložce Efekty (Efekty) (pro přidání Lens Effects (Efekty čočky)), poté kliknutím na tlačítko Přidat (Přidat) přidejte do scény jeden z efektů.

Chcete-li upravit efekt, použijte tlačítko Nastavení v rozbalení nastavení Atmospheres & Effects světelného zdroje. Tím se dostanete do okna Prostředí a efekty. Aby program mohl efekt vypočítat, je nutné v jeho nastavení specifikovat, na jaký zdroj světla je vybraný efekt použit. Klikněte na tlačítko Vybrat světlo a poté klikněte na zdroj světla ve výřezu.

Pravidla pro uspořádání světelných zdrojů ve scéně
Existuje mnoho triků, kterými lze scénu nasvítit tak, aby skryly drobné nedostatky a zdůraznily důležité detaily. Chcete-li například přidat objem trojrozměrnému modelu, stačí jej nasvítit zezadu. V tomto případě se objeví zřetelný okraj, který vizuálně odděluje objekt od pozadí. Jiný příklad: chcete-li osvětlit polovinu předmětu, pak i jeho druhou polovinu musí osvětlit světelný zdroj s nízkou intenzitou. V opačném případě bude stínovaná oblast 3D modelu nepřirozeně skryta v absolutní tmě. To bude zvláště patrné, pokud je objekt umístěn temnou stranou ke zdi. V tomto případě by se světlo mělo odrážet od stěny a mírně zdůrazňovat obrys zastíněné strany objektu (tak se to děje ve skutečnosti).
Spolu s takovými technikami existují obecná doporučení, jak scénu neosvětlovat. Světelný zdroj by například neměl být umístěn mnohem níže než osvětlovaný objekt, protože to dodá modelu nepřirozený vzhled. Ve skutečnosti nejčastěji vidíme předměty osvětlené lustrem nebo sluncem, takže v trojrozměrných scénách musí být zdroj světla umístěn shora. To dodává scénám realističnost.
Světelné zdroje s vysokou intenzitou by měly být používány velmi opatrně. Osvětlení vytvořené s nimi může způsobit silné oslnění a deformovat texturu objektu. Ve výchozím nastavení je parametr Multiplier (Brightness) všech světel v 3ds Max 8 nastaven na 1. Pokud je to možné, snažte se vyhnout hodnotám vyšším než toto číslo a použijte parametr Decay (Attenuation).

Realistické světelné zdroje, umělé i přirozené, vyzařují světlo, jehož intenzita klesá, když se od těchto zdrojů vzdalujete. Všechny standardní světelné zdroje v 3ds Max 8 mohou používat různé stupně útlumu – Inverzní (Inverzní závislost) nebo Inverzní čtverec (Reverse-square dependence). Lze jej vybrat ze seznamu Typ v rozbalení nastavení Intensity/Color/Attenuation světelného zdroje. Stupeň útlumu Inverse Square (Reciprocal-square dependence) nejvíce odpovídá skutečnosti, ne vždy je však vhodné jej použít, protože v blízkosti zdroje se mohou objevit příliš silně osvětlené oblasti a naopak zcela tmavé oblasti mimo to. Řešením tohoto problému může být zvýšení hodnoty parametru Multiplier (Brightness) při současném zvětšení vzdálenosti mezi světelným zdrojem a objektem.
Pro osvětlení scény je vhodné použít jeden hlavní zdroj světla a několik pomocných. Jako hlavní zdroj můžete použít například některý ze směrových světelných zdrojů 3ds Max 8 dostupných v arzenálu. Intenzita pomocných světelných zdrojů by měla být výrazně menší než hlavní. Pomocné zdroje by navíc neměly vytvářet stíny z objektů ve scéně. Příliš mnoho stínů může způsobit, že scéna bude vypadat chaoticky.

RADA
Při práci na osvětlení nezapomeňte, že ve vlastnostech jakéhokoli světelného zdroje můžete určit, které předměty bude osvětlovat a které ne. Chcete-li to provést, klikněte na tlačítko Vyloučit v rozbalovací nabídce Nastavení obecných parametrů a proveďte potřebná nastavení v okně, které se otevře. Taková příležitost je potřebná, aby bylo možné racionálně využívat zdroje programu a nepřetěžovat již tak složitý proces vizualizace. Vyloučení objektů z oblasti vlivu světelných zdrojů lze považovat za druh optimalizace scény.

Volba pozice světelných zdrojů ve scéně je tedy poměrně náročný úkol. Špatné umístění světelných zdrojů může ve scéně vytvářet příliš tmavé oblasti a samotné objekty mohou být špatně vidět kvůli nedostatečnému osvětlení nebo naopak příliš jasnému světlu. Vzhledem k tomu, že každá 3D scéna má své vlastní jedinečné geometrické charakteristiky, umístění zdrojů se bude pro různé scény lišit. Z tohoto důvodu je obtížné vymyslet konkrétní pravidla, která by se měla dodržovat, aby se scéna optimálně osvětlila. Navzdory tomu existuje několik obecných tipů, které je třeba dodržovat, abyste nezničili 3D kompozici špatně nastaveným osvětlením.
* Bez skutečné potřeby nenastavujte hodnotu jasu světelných zdrojů větší nebo rovnou 1, protože to může způsobit přeexponované oblasti a nežádoucí odlesky.
* Mějte na paměti, že předměty, které jsou lehce osvětleny zezadu, vypadají na výsledném snímku o něco objemnější.
* Pokud je ve scéně několik zdrojů světla, jas v jednom bodě se rovná celkovému jasu všech zdrojů ve scéně.
* Přítomnost velkého množství světel ve scéně může způsobit spoustu chaotických stínů, které budou ve vykresleném obrázku nadbytečné.
* Pokud chcete dosáhnout fotografického realismu, pak je pro vykreslení scény lepší použít speciální zásuvné fotorealistické renderery, které jsou řádově vyšší přesností vykreslování než standardní renderer (Default Scanline Renclerer).

Charakteristiky světla a techniky vykreslování stínů
Světlo má tři hlavní charakteristiky: jas (Multiplier), barvu (Color) a stíny vrhané z předmětů jím osvětlených (Shadows).
Při uspořádání světelných zdrojů ve scéně nezapomeňte věnovat pozornost jejich barvě. Zdroje denního světla mají modrý odstín, ale pro vytvoření umělého zdroje světla je potřeba mu dát nažloutlou barvu. Je třeba také vzít v úvahu, že barva zdroje simulujícího pouliční osvětlení závisí na denní době. Pokud děj scény zahrnuje večerní čas, může být osvětlení v načervenalých odstínech letního západu slunce.
Různé renderery nabízejí své vlastní algoritmy generování stínů. Stín vržený z objektu může říct mnohé – jak vysoko je nad zemí, jaká je struktura povrchu, na který stín dopadá, jakým zdrojem je objekt osvětlen atd. Stín navíc dokáže zvýraznit kontrast mezi popředím a pozadím, stejně jako „vydat“ objekt, který nespadl do zorného pole čočky virtuální kamery. V závislosti na tvaru stínu vrženého objektem může nebo nemusí scéna vypadat realisticky.
Jak jsme řekli výše, skutečný paprsek světla prochází velkým množstvím odrazů a lomů, takže skutečné stíny mají vždy neostré okraje. V trojrozměrné grafice se pro označení takových stínů používá speciální termín - měkké stíny. Docílit jemných stínů je poměrně obtížné. Mnoho rendererů řeší problém měkkých stínů přidáním nebodového zdroje světla do rozhraní 3ds Max 8, který je obdélníkový nebo jiný. Takový zdroj nevyzařuje světlo z jednoho bodu, ale z každého bodu na povrchu. V tomto případě platí, že čím větší je plocha zdroje světla, tím měkčí jsou stíny při vykreslování.
Existují různé přístupy k vykreslování stínů - pomocí stínové mapy(Stínová mapa), trasování(Raytraced) a globální osvětlení(Globální osvětlení). Zvažme je v pořadí.
Použití stínové mapy umožňuje získat rozmazané stíny s neostrými okraji. Hlavním nastavením Shadow Map je velikost stínové mapy (parametr Size v rozbalení nastavení Shadow Map Params). Pokud se zmenší velikost mapy, sníží se i jasnost výsledných stínů.
Trasovací metoda umožňuje získat dokonale tvarované stíny, které však díky svému ostrému obrysu vypadají nepřirozeně. Trasování je sledování cest jednotlivých světelných paprsků od zdroje světla k čočce fotoaparátu s přihlédnutím k jejich odrazu od objektů ve scéně a lomu v průhledných médiích. Metoda trasování se často používá k vykreslení scén, které mají zrcadlové odrazy.
Počínaje 3ds Max 5 se k získání měkkých stínů používá metoda Area Shadows, která je založena na mírně upravené metodě trasování. Area Shadows (Distribution of shadows) umožňuje vypočítat stíny z objektu tak, jako by na scéně nebyl jeden zdroj světla, ale skupina bodových zdrojů světla rovnoměrně rozmístěných v určité oblasti.
Přestože sledování paprsků přesně reprodukuje jemné detaily generovaných stínů, není ideální pro vykreslování, protože výsledné stíny jsou silně ohraničené.
Metoda globálního osvětlení (Radiosity) umožňuje dosáhnout měkkých stínů ve výsledném snímku. Tato metoda je alternativou k trasování osvětlení. Pokud trasování vykresluje pouze ty části scény, které jsou zasaženy světelnými paprsky, pak globální osvětlení vypočítá rozptyl světla v neosvětlených nebo zastíněných částech scény na základě analýzy každého pixelu v obrázku. Ten zohledňuje všechny odrazy světelných paprsků ve scéně.

RADA
Global Illumination poskytuje realistický obraz, ale proces vykreslování je na pracovní stanici silně zatížen a také zabere spoustu času. Proto má v některých případech smysl použít osvětlovací systém, který simuluje efekt rozptýleného světla. V tomto případě musí být světelné zdroje umístěny tak, aby se jejich poloha shodovala s místy přímé světelné expozice. Takové zdroje by neměly vytvářet stíny a měly by mít nízký jas. Tato metoda rozhodně nevytváří tak realistický obraz, jaký lze získat pomocí metody skutečného globálního osvětlení. Nicméně ve scénách, které mají jednoduchou geometrii, se to může hodit.

Existuje několik algoritmů pro výpočet globálního osvětlení, jednou z metod pro výpočet odraženého světla je sledování fotonů (Photon Mapping). Tato metoda zahrnuje výpočet globálního osvětlení na základě vytvoření tzv. fotonové mapy. Fotonová mapa představuje informace o osvětlení scény shromážděné pomocí trasování.
Výhodou metody trasování fotonů je, že jakmile jsou výsledky trasování fotonů uloženy jako fotonová mapa, lze později použít k vytvoření efektu globálního osvětlení ve scénách 3D animace. Kvalita globálního osvětlení vypočítaná pomocí sledování fotonů závisí na počtu fotonů a také na hloubce sledování. Pomocí sledování fotonů můžete také vypočítat účinek žíravin.

V-Ray je jedním z nejoblíbenějších pluginů pro vytváření fotorealistických renderů. Jeho charakteristickým rysem je snadné nastavení a schopnost získat vysoce kvalitní výsledky. V-Ray, používaný v prostředí 3ds Max, vytváří materiály, osvětlení a kamery, které interagují ve scéně a rychle vytvářejí naturalistický obraz.

V tomto článku prozkoumáme nastavení osvětlení pomocí V-Ray. Pro správné vykreslení je velmi důležité správné světlo. Měl by vyzdvihnout všechny nejlepší kvality objektů na scéně, vytvořit přirozené stíny a poskytnout ochranu před hlukem, přeexponováním a dalšími artefakty. Pojďme se podívat na nástroje osvětlení V-Ray.

1. Nejprve si stáhněte a nainstalujte V-Ray. Přejdeme na web vývojáře a vybereme verzi V-Ray určenou pro 3ds Max. Stahujeme to. Chcete-li si program stáhnout, zaregistrujte se na webu.

2. Nainstalujte program podle pokynů průvodce instalací.

3. Spusťte 3ds Max a stiskněte klávesu F10. Před námi je panel nastavení renderu. Na záložce "Common" najděte rollout "Assign Renderer" a vyberte V-Ray. Klikněte na "Uložit jako výchozí".

Existují různé typy osvětlení v závislosti na vlastnostech scény. Osvětlení pro vykreslení objektu se samozřejmě bude lišit od nastavení osvětlení pro exteriér. Zvažte několik základních schémat osvětlení.

Nastavení světla pro vykreslování exteriéru

1. Otevřete scénu, ve které bude upraveno osvětlení.

2. Nainstalujte zdroj světla. Budeme napodobovat slunce. Na záložce Vytvořit na panelu nástrojů vyberte Světla a klikněte na V-Ray Sun.

3. Určete počáteční a koncový bod slunečních paprsků. Úhel mezi paprskem a zemským povrchem určí ranní, odpolední nebo večerní typ atmosféry.

4. Vyberte slunce a přejděte na kartu "Upravit". Zajímají nás následující parametry:

- Povoleno - zapíná a vypíná slunce.

- Zákal - čím vyšší je tato hodnota - tím větší je prašnost atmosféry.

- Multiplikátor intenzity - parametr, který řídí jas slunečního světla.

- Násobitel velikosti - velikost slunce. čím větší parametr, tím rozmazanější budou stíny.

- Shadow subdivs - čím vyšší je toto číslo, tím lepší je stín.

5. Tím je západ slunce dokončen. Upravte oblohu tak, aby byla realističtější. Stiskněte klávesu "8", otevře se panel prostředí. Vyberte mapu DefaultVraySky jako mapu prostředí, jak je znázorněno na snímku obrazovky.

6. Aniž byste zavírali panel prostředí, stiskněte klávesu "M" pro otevření editoru materiálů. Přetáhněte mapu DefaultVraySky ze slotu na panelu prostředí do editoru materiálů a zároveň držte levé tlačítko myši.

7. Úprava mapy oblohy v prohlížeči materiálů S vybranou mapou zaškrtněte políčko „Určit sluneční uzel“. Klikněte na "None" v poli "Sun light" a klikněte na slunce v zobrazení modelu. Právě jsme spojili slunce a oblohu. Nyní bude poloha slunce určovat jas záře oblohy a zcela simulovat stav atmosféry v kteroukoli denní dobu. Zbytek nastavení ponechte jako výchozí.

8. Obecně se nastavuje venkovní osvětlení. Spusťte rendery a experimentujte se světlem, abyste dosáhli požadovaných efektů.

Například pro navození atmosféry zataženého dne vypněte slunce v jeho parametrech a nechte svítit pouze oblohu nebo HDRI mapu.

Nastavení světla pro vykreslování objektů

1. Otevřete scénu s hotovou kompozicí pro vykreslení.

2. Na záložce Vytvořit na panelu nástrojů vyberte Světla a klikněte na V-Ray Light.

3. Klikněte v pohledu, kde chcete nastavit zdroj světla. V tomto příkladu umístěme světlo před objekt.

4. Nastavte parametry světelného zdroje.

- Typ - tento parametr nastavuje tvar zdroje: plochý, kulový, klenutý. Tvar je důležitý, když je na scéně viditelný zdroj světla. Pro náš případ nechť výchozí zůstane Plane (flat).

- Intensity - umožňuje nastavit sílu barvy v lumenech nebo relativních hodnotách. Relativní necháme – snáze se regulují. Čím vyšší je číslo v řádku "Multiplikátor", tím jasnější je světlo.

- Barva - určuje barvu světla.

- Neviditelný - světelný zdroj lze ve scéně zneviditelnit, ale bude svítit i nadále.

- Vzorkování - parametr "Subdivides" upravuje kvalitu podání světla a stínů. Čím vyšší číslo v řádku, tím vyšší kvalita.

Zbytek nastavení je nejlepší ponechat na výchozích hodnotách.

5. Pro vizualizaci objektu se doporučuje instalovat několik světelných zdrojů různých velikostí, intenzity osvětlení a vzdálenosti od objektu. Umístěte další dvě světla po stranách objektu ve scéně. Můžete je otáčet po scéně a upravovat jejich parametry.

Tato metoda není „kouzelnou pilulkou“ na dokonalé nasvícení, ale simuluje skutečný fotoateliér, s jehož experimentováním dosáhnete velmi kvalitního výsledku.

Vytvoření světelného zdroje

Nejprve se podívejme na zdroje. Spotlight. Oni jsou cílová(směrové) a Volný, uvolnit(volný, uvolnit). Rozdíl je v tom, že směrový zdroj má pomocný objekt cílová, která jakoby „cílí“ na světelný zdroj. Použijeme směrový zdroj světla, protože je snazší nasměrovat to správným směrem.

Pomocí nabídky Vytvořit -> Standardní světla -> Cílový reflektor vytvořte zdroj „směrového reflektoru“ a nastavte jej podle obrázku 1.
Obrázek 1. Vytvoření scény.
Vykreslete scénu. Výsledek vizualizace je vidět na obrázku 2.

Obrázek 2. Vykreslení scény pomocí světelného zdroje.
Nyní zvedněme zdroj světla nahoru, aby reflektor zachytil velkou plochu a zvětšíme rovinu pod konvičkou (obr. 3). Poté, chcete-li změnit parametry světelného zdroje, vyberte jej a přejděte na kartu Modifikovat.

Obrázek 3. Nyní světelný zdroj zachycuje celou konvici a rovina se zvětší.

Ve svitku Stíny zaškrtněte políčko Na(povoleno) a nastavte metodu vykreslování stínů na Adv. Ray vystopoval. Vyrenderujte scénu – uvidíte, že naše konvice začala vrhat stín (obr. 4).

Obrázek 4. Vykreslování se zapnutými stíny.
Zpravidla je však pro správné osvětlení scény nutné zvýraznit objekt druhým světelným zdrojem s vypnutými stíny. Vytvořte si tedy zdroj světla jako Omni a umístěte jej podle obrázku 5.

Omni- je bodový všesměrový zdroj světla a je velmi vhodný pro vytvoření globálního osvětlení scény.

Poté v parametrech světelného zdroje aktivujte rolování Intenzita/Barva/Útlum a nastavte parametr Násobit rovnat se 0.77 .

Vykreslete scénu.

Jak můžete vidět na obrázku 5, scéna se stala šťavnatější, jasnější a realističtější.

Obrázek 5. Renderovaná scéna s druhým světlem jako podsvícením.
Odstraňte zdroj světla Cílový reflektor a nastavte zdroj světla Směrový.

Objekt Směrové světlo ve 3D Studio Max je něco jako hybrid mezi tradičním paralelním a bodovým zdrojem světla.

Směrové světlo podobný bodovému zdroji světla v tom, že má jasný bod ( horké místo) a hranice působení osvětlení ( spadnout z). To pomáhá řídit rozsah, v jakém lze ve scéně vykreslit stíny, a velikost okraje osvětlení. Když je světlý bod minimalizován, Směrové světlo se stává podobným fotografickému světelnému zdroji a vrhá měkké místní světlo (obr. 6).

Obrázek 6. Instalovaný směrový světelný zdroj.
Vykreslete scénu. Výsledek vizualizace je znázorněn na Obr. 7.

Obrázek 7. Vykreslování se směrovým světelným zdrojem.

Nasvícení scény vyžaduje stejně velké úsilí jako její modelování, protože ve většině případů je nutné zajistit realistický efekt. Není to vůbec jednoduchý úkol, protože v reálném světě fungují světelné zdroje docela jinak než v tom virtuálním. Světlo se například neodráží od povrchů předmětů – v důsledku toho, pokud ve skutečnosti jediná žárovka dokáže osvětlit celou místnost, včetně jejích oblastí skrytých před přímými paprsky světla (difúzní rozptyl), pak v 3D Studiu MAX takové oblasti zůstanou úplně tmavé. A to znamená, že difúzní rozptyl světla bude muset být simulován doplňkovým osvětlením. A naopak, virtuální světelné zdroje lze nakonfigurovat tak, že nebudou zvyšovat, ale snižovat osvětlení scény, což je ve skutečnosti v podstatě nemožné atd.

Správně zvolené osvětlení je jedním z nejdůležitějších faktorů pro zajištění realističnosti scény při jejím vykreslování. Vytváří kontrasty mezi objekty, činí použité materiály jasnějšími a výraznějšími a umožňuje upravit stíny objektů. Osvětlení navíc určuje celkovou náladu scény – například rozptýlené světlo vytváří poklidný efekt, tlumené osvětlení může vyvolávat strach, mihotavé světlo – pocit úzkosti atd. Nyní se podíváme na některé z nejjednodušších technik nastavení osvětlení a v jedné z nadcházejících lekcí pokryjeme složitější aspekty práce s osvětlením.

Teoretické aspekty

Nastavení osvětlení scény zahrnuje vytvoření světelných zdrojů v něm a určení jejich polohy a parametrů. Světelné zdroje (stejně jako jakékoli jiné objekty scény) se liší typy – každý z nich má své vlastní vlastnosti a rozsah. Práce se zdroji probíhá souběžně s tvorbou geometrických objektů, avšak konečná úprava jejich parametrů se provádí v procesu vytváření a přiřazování materiálů, protože osvětlení úzce souvisí s texturováním a může ovlivnit zobrazení materiálů, stejně jako vést ke vzniku stínů. Když je scéna vytvořena, její objekty jsou automaticky osvětleny, ale když je přidán první zdroj světla, výchozí osvětlení je zrušeno. Po vymazání všech vytvořených světel je scéna opět osvětlena výchozími světly.

Mezi hlavní zdroje světla patří následující (obr. 1):

• Omni(Všesměrový) - vrhá paprsky rovnoměrně všemi směry z jednoho bodového zdroje, jako žárovka bez stínítka;
• cílová bod(Zaměřovací reflektor) a Volný, uvolnit bod(Free spotlight) - šíří paprsky z bodu v určitém směru v kuželovitém proudu a osvětlují oblast uvnitř kužele. Rozdíl mezi těmito dvěma zdroji je v tom, že směr světelných paprsků v prvním z nich je přesně určen cílovým bodem ( cílová), a druhý zdroj takový cílový bod nemá, a proto se směr světelných paprsků v něm může měnit, když se zdroj otáčí;
• cílová Směrový(Aimed Direct) a Volný, uvolnit Směrový(Free Direct) - šíří paprsky z roviny v paralelním toku v určitém směru a osvětlují oblast uvnitř přímého nebo nakloněného válce. Tyto zdroje se od sebe liší tím, že směr světelných paprsků v prvním z nich má závazný cíl a druhý je směrován volně (směr jím vrhaných světelných paprsků se mění, když se zdroj otáčí).

Kategorie je zodpovědná za vytváření světelných zdrojů Světla(světelné zdroje) panely Vytvořit(Vytvořit), po výběru se zpřístupní všechny výše uvedené typy zdrojů (obr. 2). Technologie jejich tvorby připomíná tvorbu geometrických objektů. Je třeba vybrat typ zdroje a buď jednoduše kliknout v místě jeho vytvoření v jednom z promítacích oken (pro všechny zdroje kromě typů cílová), nebo táhněte myší se stisknutým levým tlačítkem, čímž označíte nejen umístění zdroje, ale i jeho Cílový bod. Vytvořené zdroje (stejně jako objekty geometrie) jsou pojmenovány: Omni01, Spot01 atd., které by měly být okamžitě nahrazeny více informativními. Jakýkoli zdroj světla lze ve výřezech posouvat, otáčet a měnit jejich měřítko stejně jako všechny ostatní standardní objekty.

Parametry zdroje se nastavují buď ihned po vytvoření na panelu Vytvořit nebo změnit později prostřednictvím panelu Modifikovat. Výčet parametrů je poměrně působivý a v tomto návodu se seznámíme jen s některými z nich. Všechny parametry jsou rozděleny do svitků, z nichž hlavní jsou následující:

• Všeobecné Parametry(Obecná nastavení) - umožňuje změnit typ zdroje, povolit/zakázat možnost generování vržených stínů a vyloučit jednotlivé objekty ze sféry vlivu zdroje, což je důležité při simulaci speciálních světelných efektů (např. záblesků) popř. při selektivním zvýraznění jednoho nebo skupiny objektů;
• Intenzita/barva/Útlum(Intensity / Color / Attenuation) - určený k ovládání intenzity, barvy a prostorového útlumu světelného toku, umožňuje zajistit heterogenitu osvětlení, charakteristickou pro objekty v reálném světě;
• Stín Parametry(Možnosti stínu) a Stín Mapa Parametry(Parametry stínové mapy) - odpovídá za povahu generování stínů. Umožňují upravit ostrost okraje, změnit barvu stínu, zvětšit/zmenšit vzdálenost od objektu ke stínu, přidat mapu textur do mapy stínů, upravit stíny při zavádění atmosférických efektů, simulovat rozmazané stíny v mlhavém osvětlení nebo tvrdých stínech vytvořených jasným poledním sluncem atd. d.;
• Pokročilý efekty(Pokročilé efekty) - umožňují ovládat jasnost přechodu z oblastí objektu osvětlených zdrojem k neosvětleným, zapnout / vypnout zvýraznění objektu ze zdroje světla, přiřadit ke zdroji texturovou mapu atd. .

Všestranný světelný zdroj

Připravte si jednoduchou scénu ze dvou předmětů: letadla a koule (obr. 3). Vytvořte světelný zdroj typu Omni otevřením kategorie Světla panely Vytvořit, klikněte na tlačítko s názvem Omni a poté pomocí myši určete umístění zdroje v jednom z promítacích oken - objeví se objekt, který vypadá jako osmistěn, což je vytvořený zdroj světla. Nástroj Vybrat a hýbat se upravte polohu zdroje tak, aby v projekci Přední byla umístěna napravo od koule a byla umístěna mnohem výše než ona, a pak (s vybraným zdrojem) ve svitku Všeobecné Parametry panely Modifikovat povolit zaškrtávací políčko Stíny pro generování stínů (obr. 4). Render - míč bude svítit vpravo a bude vrhat stín (obr. 5). Zkuste světelným zdrojem pohybovat kolem koule a uvidíte, že v závislosti na poloze zdroje bude osvětlena ta či ona část koule. Na konci experimentu vraťte zdroj do původní polohy napravo od koule.

Rýže. 4. Počáteční nastavení světelného zdroje Omni

Rýže. 5. Míč s jedním Omni-zdroj

Nyní se naučíme, jak ovládat intenzitu světla. Chcete-li to provést, s vybraným zdrojem světla aktivujte panel Modifikovat a ve svitku Intenzita/barva/Útlum zvýšit hodnotu parametru Násobitel(Koeficient), např. až 2 - osvětlení scény bude mnohem jasnější (obr. 6). Ve stejném rolování (v dialogovém okně barva volič: světlo barva, který se otevře kliknutím na pole umístěné napravo od parametru Násobitel) můžete změnit barvu světelných paprsků. Zkuste například změnit výchozí bílou barvu např. na žlutou – při renderování bude scéna osvětlena „žlutou žárovkou“ (obr. 7).

Přidejte do scény další zdroj Omni a umístěte jej na projekci Přední nalevo od koule, ale tak, že je mnohem níže než první zdroj (obr. 8). Snižte intenzitu druhého zdroje na cca 0,7 a ponechte jeho barvu bílou – nyní bude koule osvětlena z obou stran (obr. 9).

Rýže. 8. Přidání a konfigurace sekundy Omni-zdroj

Rýže. 9. Míč se dvěma Omni- Zdroje

Volný směrový světelný zdroj

Odstraňte obě světla Omni, což neztmaví scénu, protože se znovu rozsvítí výchozí světla. Vytvořte jeden světelný zdroj typu Volný, uvolnit Směrový(nejjednodušší způsob je vybrat tento typ zdroje a kliknout do středu koule na projekci Horní- pak bude zdroj okamžitě nasměrován na míč). Poté jej pomocí nástroje přesuňte podle potřeby Vybrat a hýbat se a opravte jeho úhel pomocí nástroje Vybrat a Točit se(obr. 10). Pokud se provádí rendering, ukáže se, že koule je osvětlena společně s fragmentem roviny, a to poměrně intenzivně, zatímco druhá část roviny není vůbec vidět (obr. 11). Ukazuje se, že jas zdroje je příliš vysoký, ale oblast pokrytí světelným tokem je zjevně nedostatečná. Situace se dá snadno změnit. Nejprve zjistíme, na jakých parametrech závisí oblast pokrytí světelného toku. Úprava hodnot parametrů horké místo/Paprsek(definuje velikost světelného kužele pro vnitřní, extrémně nasycený paprsek) a spadnout z/pole(nastavuje velikost limitů slábnutí vnějšího paprsku směrem k okrajům) v rolloutu Směrový Parametry, můžete změnit velikost světelného bodu vystupujícího ze světelného paprsku a povahu jeho ohraničení, které může být jasné nebo naopak rozmazané. Standardně má spot jasnou hranici, která je na hony vzdálená realitě. Dělat horké místo/Paprsek rovná 25 a spadnout z/pole- 50, v důsledku toho bude bod světla rozmazaný (hodnoty těchto parametrů se budou v každém případě lišit, je pouze důležité, aby hodnota prvního parametru byla přibližně dvojnásobkem hodnoty druhého) - Obr. 12. Naopak, pokud jsou hodnoty těchto parametrů blízko, pak bude hranice jasná. Pokud jde o rozměry světelného bodu, ty přímo závisí na hodnotě parametru horké místo/Paprsek- čím je vyšší, tím větší je velikost bodu. V případě potřeby můžete v tomto svitku také změnit tvar části světelného kužele (a tím i tvar světelné skvrny) z kulatého ( Kruh) na obdélníkový ( Obdélník). Když je vybrána druhá možnost, je možné pomocí parametru upravit poměr stran světelného obdélníku Aspekt.

Rýže. 10. Nastavení zdroje Volný, uvolnit Směrový

Rýže. 11. Scéna s jedním zdrojem Volný, uvolnit Směrový

Nyní rozšiřte hranice osvětlení tak, aby uvnitř světelného kužele nebyla pouze koule, ale také b Ó většinu roviny, a nezapomeňte, že hodnoty parametrů horké místo/Paprsek A spadnout z/pole by se měly lišit dostatečně silně, aby se snižování osvětlení směrem k okrajům roviny provádělo postupně. Snižte intenzitu světla ( Násobitel) na přibližně 0,6 a zaškrtněte políčko Stíny generovat stíny - scéna bude osvětlena přirozeněji, i když úroveň osvětlení bude nedostatečná (obr. 13). Chcete-li zvýšit úroveň osvětlení, zkuste vytvořit dvě další světla (obrázek 14). U prvního (jehož úkolem je vytvořit obecné osvětlení scény) vyberte typ Omni, žlutá barva a intenzita řádově 0,8-0,9. Účelem druhého je zajistit efekt sekundárního osvětlení, ke kterému dochází v důsledku odrazu dopadajícího světla od světelných ploch (v tomto případě rovin). V našem příkladu by se takový efekt měl objevit na spodním povrchu koule ve formě nějakého barevného odlesku. Chcete-li simulovat podobný efekt, umístěte pod rovinu slabý barevný světelný zdroj, který nevrhá stín - např. Volný, uvolnit Směrový. V našem případě je nastavena na barvu podobnou odstínu roviny, jejíž intenzita je přibližně 1,1 a velikost je taková, že rovina je zcela uvnitř hranic vnitřního světelného kužele. horké místo/Paprsek. Konečný pohled na scénu je na obr. 15.

Cílový bodový světelný zdroj

Vytvořte scénu umístěním koule, válce a krychle na rovinu a přiřazením materiálu rovině na základě textury mramoru (obrázek 16). Před vytvořením nového světelného zdroje nejprve zmenšete scénu, aby byl zdroj umístěn v dostatečně velké vzdálenosti od jeho objektů. Aktivovat v kategorii Světla typ zdroje cílová bod, přepněte na promítání Přední, umístěte ukazatel myši do levé horní části tohoto okna, klikněte na toto místo levým tlačítkem myši a bez uvolnění myši jej nasměrujte na objekty - vytvoří se cílený reflektor (obr. 17). Pokud okamžitě renderujete, výsledek bude velmi vzdálený od požadovaného (obr. 18): rovina pod objekty bude osvětlena a objekty samotné nebudou prakticky vidět.

Rýže. 17. Vytvořte zdroj světla cílová bod

Rýže. 18. Prvotní osvětlení scény zdrojem cílová bod

Pokusme se situaci změnit a zajistit, aby byly osvětleny strany předmětů obrácené k divákovi. Jak je uvedeno výše, cílené světelné zdroje se liší od volných v přítomnosti cíle ( cílová) - prázdný předmět, na který směřuje osa svazku paprsků světelného zdroje. Změna vlastností osvětlovacích objektů s takovým zdrojem je možná jak ovlivněním zdroje samotného, ​​tak jeho makety. Například při pohybu figuríny světelný zdroj automaticky změní svou orientaci, ale bude i nadále namířen na prázdný předmět. Zkuste to střídáním s nástrojem Vybrat a hýbat se na zdroj a na prázdný objekt umístěte zdroj tak, aby byly osvětleny plochy objektů umístěných v popředí (obr. 19). Vykreslete scénu (obrázek 20).

Rýže. 19. Korekce polohy zdroje cílová bod

Ve svitku Všeobecné Parametry zvyšte intenzitu zdroje nastavením parametru Násobitel rovno 1,25 a zaškrtněte políčko Stíns- scéna se zesvětlí a objekty budou nyní dokonce vrhat stíny, i když jsou příliš tmavé (obr. 21). Otevřete tedy svitek Stín Parametry(Shadow Options) a snižte hustotu stínu nastavením počítadla Dens(Hustota) rovna 0,5 – stíny budou vypadat přirozeněji (obr. 22). V případě potřeby můžete v tomto rolování také změnit barvu stínu v poli barva(obr. 23) nebo vytvořit barvu stínu s ohledem na barvu zdroje - k tomu v nabídce Stín Parametry musíte zaškrtávací políčko povolit světlo Ovlivňuje Stín barva(obr. 24).

A nakonec, abyste zlepšili vzhled scény, zkuste k ní přidat další dvě světla: Omni-zdroj žluté barvy s intenzitou asi 0,3-0,5 pro vytvoření obecného světla na pozadí a zdroj typu cílová bod růžové s intenzitou asi 2 pro simulaci efektu sekundárního osvětlení (obr. 25). Také přiřaďte rovině nový typ materiálu Raytrace a napojit na ni již použitou texturu, snažit se vytvořit imitaci leštěného mramoru. Konečný pohled na renderovanou scénu je na Obr. 26.

Bezplatný bodový světelný zdroj

volný reflektor Volný, uvolnit bod se liší od právě diskutovaného zdroje Volný, uvolnit Směrový skutečnost, že jeho paprsky se nerozcházejí v paralelním paprsku, ale v kuželovém, jako světlo skutečných světlometů, divadelních reflektorů, baterek atd. Zkusme vytvořit tři takové zdroje, abychom osvětlili rovinu s torusem (obr. 27) přibližně tak, jak by ji mohly osvětlit různobarevné divadelní reflektory. Nejprve nastavte slabý zdroj Omni pro celkové osvětlení scény (obr. 28). Poté přidejte první volný reflektor, například s modrými paprsky a malými světelnými kužely (v tomto případě parametr horké místo/Paprsek je 10 a spadnout z/pole-20) - Obr. 29. Nejvýhodnější je vytvořit reflektor v projekci Horní, kliknutím přímo na objekt, na který má být zaměřen. Ve výsledku bude vykreslená scéna připomínat Obr. 30. Stejným způsobem vytvořte další dva barevné reflektory (červený a zelený) se stejnými parametry a poté upravte polohu všech tří reflektorů ve výřezech, např. podle obr. 31. Zaškrtněte políčko u každého zdroje Stíny pro generování stínů a vykreslování scény (obrázek 32). Protože stíny vypadají příliš černé, snižte jejich hustotu ( Dens) ve svitku Stín Parametry až asi 0,3-0,4 (obr. 33).

Rýže. 28. Přidání zdroje světla Omni

A na závěr zkusme využít zajímavou možnost přiřazení texturové mapy reflektoru Projektor Mapa(Projected map), která umožňuje buď spojit zobrazení světelné skvrny s obrázkem libovolného snímku (pokud jde např. o běžnou fotografii), nebo určitým způsobem upravit ohraničení světelné skvrny ( pokud je použit černobílý obrázek, který hraje roli masky). Použijeme druhou možnost a přiřadíme textury zobrazené na obr. 34, 35 a 36 – musíte to udělat ve svitku Pokročilý efekty(obr. 37). Možný výsledek přiřazení map textur je znázorněn na Obr. 38, k jehož dosažení byl torusu dodatečně přiřazen nový materiál imitující plast.

Zdroje denního světla Sluneční světlo (sluneční svit) A Denní světlo (denní světlo) umístěný na kartě Systémy panely Vytvořit. Jejich charakteristickým rysem je prostorová orientace světelných zdrojů vzhledem ke geografické poloze a denní době.

K prostorové orientaci slouží pomocný objekt kompas (kompas), který určuje geografické směry (sever, jih, západ a východ). Tento objekt se ve scéně rozkládá spolu se světelným zdrojem a není renderován (obr. 17.20).

Rýže. 17:20. Objekt kompas (kompas) na rovině mřížky

Chcete-li vytvořit zdroj slunečního světla, musíte udělat následující:

1. Vyberte zdroj světla Sluneční světlo (sluneční svit).

2. V promítacím okně Nahoře (nahoře) klikněte levým tlačítkem myši na umístění instalace objektu kompas (kompas) a přidržením tlačítka jej roztáhněte na požadovanou velikost.

3. Pohybem myši nahoru nebo dolů na obrazovce nastavte výšku světelného zdroje (bude nastavena orbitální vzdálenost).

4. V rolování parametrů světelného zdroje ve skupině parametrů umístění zmáčknout tlačítko Získat polohu.

5. V dialogovém okně, které se otevře, nastavte zeměpisnou polohu na mapě (obr. 17.21).

Rýže. 17.21. Dialogové okno Geografická lokace

6. Ve skupině parametrů Čas nastavit v krabici Časové pásmočasový posun, poté nastavte datum a čas do příslušných polí (obr. 17.22).

Rýže. 17.22. Nastavení zdroje Rolování Sluneční světlo (sluneční svit)

Parametr Azimut (Azimut) definuje úhel mezi aktuální polohou a směrem na sever. Parametr Nadmořská výška (nadmořská výška) označuje úhel mezi aktuální polohou a horizontem.

Hodnoty zeměpisná šířka A zeměpisná délka lze zašroubovat ručně.

V panelu můžete změnit parametry polohy vytvořeného solárního systému pohyb.

Zdroje denního světla se hojně využívají při anémii denních intervalů (obr. 17.23).

Rýže. 17.23. Aplikace zdroje slunečního světla

Zdroj Denní světlo (denní světlo) kombinuje kombinaci slunečního světla a světlíku. Vytváří se stejně jako zdroj slunečního světla, parametry osvětlení se konfigurují stejným způsobem (nastavuje se geografická poloha, datum a čas).

Kromě nastavení slunečního světla se posouvají parametry oka Denní světlo (denní světlo) obsahují nastavení zdroje oblohy.

Rýže. 17.24. Osvětlení zdroje denního světla (západ slunce)

V rozbalení možností Parametry denního světla můžete změnit typy možností osvětlení pro sluneční světlo a střešní okno v odpovídajících rolovacích seznamech. V současné době jsou parametry široce používány pro úpravu zdrojů denního světla. pan Sky (Pane Sky) A pan Sun (Sun pan) spolu s aktivovanými parametry mr Physical Sky (Physical sky mr)(obr. 17.24).

U zdrojů denního světla je k dispozici funkce nastavení povětrnostních podmínek na základě datových souborů počasí. Počasí Energy Plus(EPW).

V rozbalení možností Řídicí parametry zdroj, objevil se přepínač, který určuje, jak jsou zadány zdrojové souřadnice: Manuální (Vlastní), datum, Čas

a místo (datum, čas a místo) A Soubor s údaji o počasí(obr. 17.25).

Rýže. 17:25. svitkový fragment Řídicí parametry

Rýže. 17.26. Dialogové okno

Stisknutím tlačítka vedle možnosti Soubor s údaji o počasí otevře se dialogové okno Konfigurace údajů o počasí(obr. 17.26).

Stisk tlačítka Načíst údaje o počasí otevře standardní okno prohlížeče pro výběr souboru s údaji o počasí. Soubory s údaji o počasí jsou k dispozici ke stažení na internetu.

Po výběru příslušného souboru se objeví informace o umístění, periodě záznamu dat a počtu period.

Na základě těchto údajů můžete nastavit animační režimy zdroje denního světla, jeho dráhu pohybu, intenzitu světla, mlhovinu atd. (obr. 17.27).

Rýže. 17.27. Sekvence animace zdroje denního světla (úsvit)