11.6. Фотометрические источники света
Фотометрические источники света Photometric, в отличие от Standard, используют физически более корректную модель интенсив-ности света и служат для получения достоверных результатов осве-щения объектов и сцены в моделировании интерьеров, архитектуре [4], [7]. Интенсивность света фотометрических источников устанавливают в соответствии с реальными значениями.
Например, лампе накаливания 100 Вт соответствует источник с интенсивностью 139 кандел. Использование фотометрических источ-ников света и специального алгоритма Radiosity при визуализации дает уникальную возможность оценить уровень освещенности объек-тов моделируемой сцены, в частности, для помещений и интерьеров.
Для того чтобы создать фотометрический источник света, от-кройте вкладку Create/Lights и в выпадающем меню выберите Pho-tometric (рис. 11.6). Фотометрические источники света имеют в своем составе несколько основных источников:
– Point – точечный источник света, является аналогам Omni;
– Linear – протяженный линейный источник света, прямая линия, вдоль которой происходит излучение фотонов;
– Area – прямоугольная излучающая область, аналог Direct;
– Sun – солнечный свет;
– Sky – небесный источник света.
Настройки источников света осуществляются примерно тем же образом, что и стандартные источники, но имеются отличия. На-стройка интенсивности источника света осуществляется через фото-метрические параметры. Яркость может быть задана одним из трех параметров:
люмены;
канделы;
люкс на расстоянии.
Отличием фотометрических источников является наличие протя-женного линейного источника света. С помощью данного источника можно имитировать свет от люминесцентных газоразрядных ламп дневного света.
Как установить осветители skylight (свет неба), daylight (дневной свет), sunlight (солнечный свет)?
Эти источники напоминают контролируемый обтекающий свет. Источники дневного света можно перемещать по сцене так же, как и другие типы источников света:
– Skylight (Свет неба) – отличается от остальных стандартных источников освещения тем, что воображаемые лучи света не исходят из какой–то одной точки. Стандартный осветитель Skylight (Свет неба) использует алгоритм расчета глобальной освещенности Light Tracer (Трассировщик света).
– Sunlight (Солнечный свет) – позволяет быстро визуализировать сцену. Имитацию облаков можно осуществить проецированием соответствующего рисунка;
– Daylight (Дневной свет) – позволяет сформировать согласован-ную комбинацию осветителей, имитирующих свет небосвода и свет солнца. Освещение при этом получается более убедительным и имеет большее число настройки параметров теней.
Небесное освещение Skylight
Для имитации света, исходящего от небесной полусферы, в 3 ds max используется источник света типа Skylight (рис. 11.9). Он созда-ется щелчком мыши в любом видовом окне. Освещение сцены не за-висит от его местоположения. Настройки параметров источника света Skylight аналогичны другим источникам света. Необходимо отметить, если не включить опцию Cast Shadows, сцена будет засвечена.
Визуализация сцены с источником Skylight требует значитель-ных вычислительных ресурсов.
Рис. 11.9. Настройка и визуализация сцены с освещением Skylight Использование систем Sunlight и Daylight
Системы Sunlight и Daylight предназначены для создания источ-ника света, который имитирует Солнце, причем в определенной гео-графической местности, в определенный день и в конкретное время суток. Для их создания необходимо открыть вкладку Create/Systems (Создать/Системы). Основное различие между этими двумя система-ми заключается в том, что в системе Sunlight используется источник света Direct, а в Daylight – источник света Skylight.
Использование вспомогательного объекта Compass
Вспомогательный объект Compass (Компас) используется систе-мой Sunlight. С его помощью устанавливаются основные направления – север, юг, запад и восток (рис. 11.10). Система Sunlight использует эти направления для определения местонахождения источника света, выполняющего роль Солнца. Вспомогательный объект Compass (Компас) не визуализируется и создается автоматически при установ-ке объекта Sunlight.
Рис. 11.10. Установка вспомогательного объекта Compass
Понятия азимута и высоты Солнца над горизонтом
Местоположение Солнца на небе определяется азимутом и высо-той над горизонтом. Обе эти величины измеряются в градусах. Азимут – это горизонтальный угол между направлениями на север и на данную точку. Величина азимута изменяется от 0 до 360°. Азимут на-правлений на север, восток, юг и запад равен соответственно 0°, 90°, 180° и 270°. Высота над горизонтом – это угол между Солнцем и го-ризонтом. Данная величина изменяется от 0 до 90°. Значение градусов соответствует восходу или закату, т.е. положению Солнца над гори-зонтом, а 90° – Солнцу в зените.
Установка даты и времени
Дата и время задаются в группе Time (Время), которая располо-жена на разворачивающейся панели Control Parameters (Управляю-щие параметры). В поле Time Zone (Часовой пояс) устанавливается сдвиг во времени, соответствующий вашему часовому поясу. Для того чтобы учесть переход на летнее время, нужно установить флажок Daylight Savings Time (Летнее время).
Установка географического местоположения
Если щелкнуть на кнопке Get Location (Определить местополо-жение), которая расположена на разворачивающейся панели Control Parameters, появится диалоговое окно Geographic Location (Геогра-фическое положение), показанное на рис. 11.11. В этом окне нахо-дится карта и список городов. Если местоположение выбирается с по-мощью этого окна, значения параметров Latitude (Широта) и Longi-tude (Долгота) будут установлены автоматически. Кроме того, широту и долготу можно непосредственно ввести в поля Latitude и Longitude, которые расположены на разворачивающейся панели Con-trol Parameters.
Рис. 11.11. Установка географического местоположения источника
Как применяется режим улучшенного освещения light tracer (трассировщика света)?
Трассировка света
Средство Light Tracer (Трассировка света) представляет собой систему глобального освещения (Global Illumination), которая во мно-гом напоминает трассировку лучей. Но средство Light Tracer в боль-шей степени занято расчетом отражения света от поверхностей объек-тов сцены. Результат получается довольно реалистичным и не требует большого количества вычислений. Следует учитывать и то, что сцена с применением средства Light Tracer визуализируется гораздо быст-рее, чем с применением средства Radiosity.
Средство Light Tracer разделяет сцену на опорные точки. Эти точки более плотно сконцентрированы вдоль ребер объектов сцены. Затем регистрируется интенсивность света в месте контакта вообра-жаемого луча с опорными точками, после чего рассчитывается направление отраженного луча и регистрируется несколько уменьшен-ное значение интенсивности света. Некоторые параметры средства Light Tracer определяют количество отражений световых лучей в те-кущей сцене. Чем больше отражений, тем больше времени необходи-мо для итогового расчета. После подсчета всех лучей и интенсивности отраженного света рассчитывается среднее значение интенсивности для каждой опорной точки.
Рис. 11.12. Установка средства и визуализация в режиме Light Tracer
В разворачивающейся панели Parameters (рис. 11.2) представле-ны все параметры, необходимые для управления светом. Увеличение значения параметра Global Multiplier (Общая освещенность) усили-вает эффект, созданный средством Light Tracer (этот параметр во многом напоминает параметр Multiplier различных источников света). Это приводит к увеличению яркости освещения сцены. С помощью параметров Sky Lights и Object Mult можно увеличить яркость ис-точников света типа Sky и объектов сцены соответственно.
Другой характеристикой глобального освещения является изме-нение цвета в процессе отражения света. Когда свет попадает на по-верхность объекта и отражается, он принимает цвет этого объекта и "переносит" его на следующий объект. В результате цвет одного объ-екта будет отражаться на смежных с ним объектах. Этим эффектом можно управлять с помощью параметра Color Bleed.
При настройке глобального освещения приходится искать ком-промисс между качеством сцены и временем, необходимым на ее ви-зуализацию. Чем больше значение в поле Rays/Sample (Лучей на опорную точку), тем лучше качество и тем больше времени требуется на визуализацию сцены. Параметр Ray Bias (Отклонение лучей) управляет расположением отраженного света. Если вы используете недостаточное количество лучей (поле Rays/Sample), в сцене появит-ся не совсем приятный шумовой эффект. Чтобы справиться с ним, по-пробуйте изменить значение параметра Filter Size (Размер фильтра).
Параметр Bounces определяет количество отражений луча, перед тем как он исчезнет из сцены. Нулевое значение этого параметра рав-носильно отключению средства Light Tracer. Если в поле Bounces введено максимальное значение (10), то на визуализацию сцены по-требуется слишком много времени. Параметр Cone Angle определяет угол конуса, в котором распространяются лучи. Параметр Volumes (Объемы) является множителем для атмосферных эффектов.
Активизация флажка Adaptive Undersampling (Адаптивная суб-дискретизация) позволяет изменить количество опорных точек и рас-стояние между ними. Из раскрывающегося списка Initial Sample Spacing (Первоначальное расстояние между точками) можно выбрать значения от 1x1 до очень плотного – 32x32. Параметр Subdivision Contrast управляет контрастностью границ между объектами и тенью. Каждой из этих высококонтрастных областей управляет параметр Subdivide Down To. После активизации флажка Show Sample все опорные точки (красного цвета) будут отображены на визуализиро-ванном изображении.
Как установить режим улучшенного освещения radiosity (перенос излучения)?
Диффузное отражение
В раскрывающемся списке окна Advanced Lighting можно вы-брать еще один элемент – Radiosity (Диффузное отражение). Средство Radiosity – это метод расчета отражения света от элементов окру-жающей среды сцены [6], [7]. При использовании этого средства на визуализацию сцены требуется очень много времени, зато результат получается превосходным. Результаты расчета, проведенного с помощью метода Radiosity, сохраняются в виде карты освещения. Такие карты легко применяют-ся к сцене и видны в окнах проекций. Однако при изменении геомет-рии объектов или расположения источников света в сцене необходим повторный расчет диффузного отражения.
Рис. 11.13. Установка режима диффузного освещения Radiosity
Параметры разворачивающейся панели Radiosity Processing Pa-rameters (Параметры диффузного отражения), показанной на рис. 11.3, позволяют устанавливать качество диффузного отражения (поле Initial Quality). Можно также указать количество итераций детализа-ции, используемых для всей сцены (Refine Iterations (All Objects)) и только для выбранных объектов (Refine Iterations (Selcted Objects)). В разделе Interactive Tools (Интерактивные средства) устанавливают уровень фильтрации (поле Filtering) для устранения шума между эле-ментами поверхностей.
В разворачивающейся панели Radiosity Processing Parameters также предусмотрены кнопки Start (Запуск), Stop (Остановка), Reset (Сбросить) и Reset All (Сбросить все), предназначенные для управле-ния средством Radiosity.
Деление каркаса для диффузного отражения
Когда вы начнете работать с диффузным отражением, то быстро обнаружите, что для достижения точных результатов в сцене необхо-димо использовать хорошие и точные модели. Если у моделей длин-ные и тонкие поверхности, то результат может быть непредсказуем (рис. 11.3).
В разворачивающейся панели Radiosity Meshing Parameters (Параметры каркасов диффузного отражения) предусмотрены флажок Enable (Активизировать) и поле Meshing Size (Размер каркаса) (рис. 11.3). Параметр Meshing Size аналогичен параметру Size модификато-ра Subdivide (Разделить).
Какие основные концепции и способы освещения вы знаете?
Что такое «голливудский треугольник»?
Голливудский треугольник
В кино, фотографии и театральном деле часто применяется метод расстановки осветителей треугольником. Во многих случаях такая расстановка, ещё называемая голливудским треугольником [3], слу-жит основой для создания более сложных осветительных систем (рис. 11.1).
Рис. 11.1. Голливудский треугольник: A – ключевой свет, B – за-полняющий свет, C – обратный свет
Чаще всего этот подход используется, когда надо осветить от-дельный объект или компактную группу объектов, и может быть с ус-пехом использован при работе с программами трехмерной графики. Используя то или иное освещение, можно сфокусировать внимание зрителя на конкретном объекте, в нужной точке.
Базовая расстановка довольно проста и содержит три осветителя: ключевой (key light), заполняющий (fill light) и обратный (back light). Каждый из этих световых источников решает свои задачи.
Как установить ключевой, заполняющий, обратный свет?
Ключевой свет
Ключевой свет (key light) (см. рис. 11.1), как видно из названия, является основным осветителем сцены. Чаще всего его размещают за камерой, под углом к её оси от 10 до 50 градусов. Обычно этот свето-вой источник ставят в сцене первым (рис. 11.2).
Заполняющий свет
Второй световой источник, входящий в голливудский треуголь-ник, называется заполняющим (fill light) (см. рис. 11.2). Главная роль этого света – ослабить контраст и выявить детали, находящиеся в тени объекта или персонажа. Заполняющий свет должен быть слабее клю-чевого и располагаться под углом от 30 до 70 градусов от оси камеры со стороны, противоположной ключевому.
Рис. 11.2. Установка и расположение источников света
Обратный свет
Обратный свет (back light) (см. рис. 11.1) является третьим типом осветителей, применяемых при треугольном оформлении. Иногда его еще называют обводящим (rim light). Он имеет две главные задачи. Во–первых, он добавляет глубины к сцене, отделяя объект переднего плана от фона, что является важной задачей, если фон достаточно сложно организован. Во–вторых, этот осветитель используется для то-го, чтобы осветить контуры объекта. Обратный свет обычно располагается позади и выше объекта и направлен точно против камеры, его интенсивность обычно выше, чем заполняющего.
Визуализация сцены после установки источников света представ-лена на рис. 11.3.
Рис.
11.3. Визуализация сцены с источниками
света
Как установить фронтальное, боковое освещение?
Основные способы освещения
Эти три источника являются базой для создания более сложных систем освещения. Важно понимать, что описанный метод вовсе не единственно верный. Ключевой источник – совсем не обязательно яв-ляется основным светом сцены. С другой стороны, заполняющий или обратный свет могут и вовсе отсутствовать. Стандартный треугольник – всего лишь база для построения сложных расстановок осветителей. Перечислим некоторые из наиболее часто используемых способов ос-вещения: фронтальное, боковое, обратное (силуэтное) и высококон-трастное.
Фронтальное освещение
Фронтальное освещение (рис. 11.4) встречается весьма часто и очень похоже на базовую треугольную расстановку. В этом случае ключевой источник cвета ставится примерно там же, где и камера, и освещает объект со стороны зрителя. Если применяется фронтальное освещение, то есть опасность, что модель будет выглядеть плоской по причине отсутствия переходов от света к тени на объекте. Поэтому лучше размещать свет хотя бы под небольшим углом к оси камеры.
Рис. 11.4. Фронтальное и боковое освещение
Боковое освещение
Боковое освещение (рис. 11.4) характеризуется тем, что основной источник света или ключевой свет располагается слева или справа от объекта (перпендикулярно к оси камеры). Такой способ хорошо под-черкивает контур объекта, но должен применяться с осторожностью, чтобы не получить "одностороннюю" композицию, так как все объек-ты сцены будут освещены с одной стороны.
Как установить обратное, высококонтрастное освещение?
Обратное освещение
Обратное освещение (рис. 11.5) существенно отличается от стан-дартных способов, описанных выше. В то время как фронтальное и боковое освещение призвано обратить внимание зрителя на текстуру и объем объекта, обратное подчеркивает его силуэт, создавая эффект плоского изображения. Объекты, а особенно персонажи, освещенные таким образом, часто имеют таинственный или страшный вид.
Рис. 11.5. Обратное и высококонтрастное освещение
Высококонтрастное освещение
Высококонтрастное освещение (рис. 11.5) применяется редко, однако это довольно интересный метод. Этот способ назван так пото-му, что в нем применяется очень слабый заполняющий свет, или же его нет вовсе. Такой прием обеспечивает высокий контраст между ос-вещенными и затененными областями сцены. Например, на рис. 11.5 используется источник света, освещающий объект с одной стороны, вторая же, почти полностью затененная подчеркнута с помощью об-ратного света.