Текст книги "Дизайн помещений и интерьеров в 3ds Max 2009"

Освещение и настройка источников света

Сцена полностью текстурирована, камеры для получения походящих визуализированных изображений интерьера установлены. Подошла очередь выстроить правильное освещение сцены и добавить определенные эффекты визуализации, с помощью которых изображения сцены станут более зрелищными и реалистичными.

Замечено, что только хорошо освещенное пространство позволяет получить определенное впечатление от выстроенной сцены. Обычно для начинающих правильная установка и настройка освещенности сцены представляет некоторые сложности, так как именно с помощью света для человека открывается окружающее пространство. Ведь цвета предметов, свойства поверхностей и все остальное, что человек видит в окружающем его мире, есть не что иное, как отражение от поверхности предмета света, направленного на нее под разными углами. Попадая на поверхность, свет рассеивается, и изменяется состав его частотного спектра (зависит от отражающих свойств предмета). Из вышесказанного следует вывод: с помощью правильной настройки текстурных качеств объектов и освещения можно как улучшить впечатление от посредственно построенной сцены, так и, наоборот, испортить качественно подготовленную визуализацию.

С точки зрения физики световое излучение характеризуется понятиями светового потока, силы света и освещенности. Световой поток задает энергию света, излученную за единицу времени, и измеряется в люменах (лм, lm). Световой поток, испускаемый в пределах заданной области пространства, называется силой света и измеряется в канделах (кд, cd). Характеристика силы света дает возможность сравнить источники с различным пространственным распределением света. Освещенность — это отношение светового потока к площади освещаемой поверхности, измеряется в люксах (лк, lx).

Помимо вышеперечисленных характеристик освещения для трехмерной графики очень важны цветовая температура и расположение источников света. Под цветовой температурой понимается физическая величина, характеризующая величину цвета и яркости источника света, измеряемая в кельвинах (К). Оттенки с температурой ниже 4000 К считаются теплыми (цвета от красного до желтого – цвет свечи, лампы накаливания и т. д.), а источники с цветовой температурой выше указанной – холодными. Лампы дневного света, стробоскопы являются примерами источников холодного освещения. С помощью цветовой температуры можно менять ощущение человека при просмотре сцены (подобный прием часто применяется в кино и фотографии).

В прошлой версии в состав источников света был добавлен mr Sky Portal (Небесный портал Mental Ray). Данный осветитель упрощает настройку дневного освещения в интерьерных сценах, его функционирование напоминает освещение на основе HDRI-эффектов. Если учитывать источники света Mental Ray, то программа по умолчанию предоставляет двенадцать различных типов осветителей сцены и системы объектов Sunlight (Солнечный свет) и Daylight (Дневной свет). В ней существует несколько программно-аппаратных алгоритмов освещенности, у каждого из которых есть свои установки и настройки освещения.

• Стандартные осветители – без учета отраженного света от поверхности объектов.

• Фотометрические осветители – расчет глобальной освещенности и диффузное рассеяние.

• Встроенный модуль внешнего рендеринга Mental Ray, имеющий свои объекты световых источников.

• Кроме того, есть возможность подключения других модулей рендеринга, каждый из которых, как правило, предоставляет для использования свои осветители.

• Начиная с шестой версии, в программе появился еще один способ освещения – при помощи HDRI (High Dynamic Range Image – изображение с расширенным динамическим диапазоном). Один из способов применения HDRI описан далее в этой главе.

В каждом конкретном случае выбор метода освещения определяется сравнением результатов применения нескольких методов, которые оцениваются по таким критериям, как фотореалистичность и время визуализации. Если, например, фотореалистичная визуализация сцены длится часов 5–6, то анимировать подобную сцену достаточно проблематично из-за слишком больших временных затрат. Зато в качестве эскиза интерьера изображение, полученное этим способом, будет наиболее подходящим. Однако четких критериев выбора того или иного способа все же нет. Несколько раз применив перечисленные способы и увидев разницу между ними, можно понять, какой метод настройки освещения сцены больше вам подходит в том или ином случае. Правда, в любом случае при применении любых методов установки освещения требуется достаточно тщательная настройка параметров, и, возможно, не сразу получится хороший результат.

Если не включать в сцену каких-либо источников освещения, то программа 3ds Max 2009 автоматически устанавливает в сцену освещение по умолчанию. Оно представляет собой встроенные (всенаправленные) стандартные источники света с параметрами, не подлежащими настройке. Встроенных источников может быть один (по умолчанию) или два. Одиночный источник дает контрастный, не очень естественный свет (рис. 5.15). Два встроенных источника света располагаются: один в левом верхнем углу сцены спереди, а другой – сзади в правом нижнем углу. Изменить установки освещения по умолчанию можно командой меню Views → Viewport Configuration (Настроить → Конфигурация просмотра). Откроется окно с вкладками, из которых нужно выбрать Rendering Method (Метод визуализации) и в области Rendering Options (Параметры визуализации) изменить нужные установки. Освещение с помощью двух встроенных источников получается мягче и естественнее, чем одним. Данные источники не формируют тени от объектов, и визуализация с ними не выглядит естественно, но они позволяют увидеть расположение предметов в сцене. В предыдущей главе описывались упражнения, в которых визуализация производилась именно с использованием только освещения по умолчанию. Если в сцене установлен хотя бы один источник света, освещение по умолчанию автоматически выключается и в дальнейшем освещенность определяется только наличием и мощностью установленных осветителей.

Рис. 5.15. Освещение сцены по умолчанию одним источником

Если в настройках освещения по умолчанию не установить флажок Default Lighting (Освещение по умолчанию), то в видовых окнах сцена будет освещена установленными источниками, что не всегда хорошо для четкой видимости объектов. Поэтому флажок лучше установить еще до начала работы с источниками освещения.

Кроме того, освещенность сцены зависит также от окружающей подсветки, не имеющей источника и управляемой изменением общего уровня освещенности по трем цветовым параметрам. Настройка осуществляется с помощью команды меню Rendering → Environment (Визуализация → Окружение). Открывается диалоговое окно с двумя вкладками, из которых нужно выбрать Environment (Окружение) (рис. 5.16). Таким образом, устанавливается как уровень влияния окружающей подсветки на освещенность сцены, так и ее цвет, а также возможность использования изображения в качестве карты окружения. От использования в сцене большого уровня общей освещенности (Ambient) лучше отказаться, а увеличивать ее стоит только при большой необходимости и только на малую величину. Это необходимо, потому что общая освещенность делает предметы плоскими, стирает их грани.

Рис. 5.16. Параметры настройки окружения сцены

Стандартных осветителей в программе семь, не считая осветителей Mental Ray (рис. 5.17). Набор стандартных источников является достаточным для имитации относительно реалистичного освещения как искусственных, так и естественных источников света.

Рис. 5.17. Стандартные источники освещения 3ds Max 2009

Теперь о каждом источнике подробнее.

• Источник Sunlight (Свет солнца) предназначен для создания и управления имитацией солнечного света в сцене. Этот объект можно найти, щелкнув на кнопке Systems (Система) вкладки Create (Создать) командной панели. При его использовании создается направленный источник света, освещающий сцену под углом имитации солнечных лучей, падающих на поверхность Земли в заданных географических координатах и в заданное время. Является наследием более старых версий программы и остался в 3ds Max 2009 в основном для совместимости проектов. Начиная с пятой версии, его заменяет улучшенная система Daylight (Дневной свет).

• Omni (Всенаправленный источник) – испускает световые лучи во всех направлениях из одной точки равномерно. По своим физическим свойствам может имитировать лампу накаливания. Чтобы получить доступ к этому объекту, нажмите кнопку Lights (Осветители) на вкладке Create (Создать) командной панели и выберите категорию объектов Standard (Стандартные). Для настройки этого источника существуют определенные параметры (рис. 5.18), некоторые из них будут рассмотрены далее в упражнениях.

Рис. 5.18. Параметры стандартного осветителя типа Omni (Всенаправленный)

• Target Direct (Нацеленный направленный) и Free Direct (Свободный направленный) – располагаются на той же вкладке командной панели, что и всенаправленный источник. Эти объекты испускают пучок лучей света, параллельных друг другу, с круглым или квадратным сечением изменяемых размеров. Свободный источник направлен по оси пучка света, испускаемого им, и допускает изменение направления поворотом этой оси. Нацеленный источник имеет мишень, на которую он направлен и которая управляется независимо от источника света, в то время как он, в свою очередь, остается постоянно нацеленным на нее. Направленные источники имеют параметры, схожие с всенаправленным источником, за исключением того, что у них есть настройка величины области незатухающего луча света относительно области затухания (рис. 5.19).

Рис. 5.19. Параметры настройки луча источника Direct (Направленный)

• Target Spot (Нацеленный прожекторный) и Free spot (Свободный прожекторный) – в редакторе эти осветители находятся на вкладке со стандартными источниками освещения. Лучи прожектора, в отличие от направленных источников (Direct), ориентированы не параллельно, а расходятся конусом из одной точки, в которой располагается источник света. Примером такого источника могут служить софиты или карманный фонарик. Нацеленные источники обладают теми же свойствами, что и описанные выше. Как и у направленного осветителя, у прожекторного может изменяться область незатухающего света относительно области затухания.

• Источник SkyLight (Свет неба), расположенный на той же вкладке со стандартными источниками, в отличие от остальных стандартных источников, строго говоря, не является таковым: воображаемые лучи света у него не исходят из одной точки. Кроме того, этот осветитель использует алгоритм расчета глобальной освещенности Light Tracer (Трассировщик лучей). При размещении его в сцене над ней располагается воображаемый купол – бесконечно большая полусфера, каждая точка которой испускает световые лучи. Данный источник является компонентом системы DayLight (Дневной свет), о которой будет рассказано далее. Кроме того, именно этот источник позволяет использовать карту HDRI (изображение с расширенным динамическим диапазоном) для освещения сцены.

В данной версии редактора 3ds max 2009 было сокращено число фотометрических источников до трех. Однако, несмотря на то, что в предыдущей версии их было восемь новые источники могут с легкостью воспроизвести любой из восьми осветителей прошлой версии (рис. 5.20). Если раньше каждый вид фотометрического источника был строго определенной формы (точечный, площадный и т. д.), то теперь форму можно выбирать из списка в настройках самого осветителя. Их параметры освещенности указываются в люменах, канделах, люксах, то есть как у источников света в реальной жизни. С помощью фотометрических источников появилась возможность соотносить в сценах мощность реального освещения с виртуальным, а также просчитывать глобальную освещенность при участии алгоритма Radiosity (Перенос излучения), как это обычно наблюдается в реальной жизни при попадании света на предметы.

Рис. 5.20. Фотометрические источники 3ds Max 9

Фотометрические источники подразделяются на следующие.

• TargetLight (Нацеленный источник) – универсальный фотометрический осветитель в зависимости от выбранных настроек может испускать световые лучи из одной точки во всех направлениях, как лампа дневного света вниз и в стороны, как растровый источник имитировать световую площадку. Может использоваться как для имитации обычной лампочки накаливания, так и для имитации прожекторных источников путем изменения вида источника с помощью списка Light Distribution (Type) (Распределение света (тип)) (рис. 5.21). Если назначено Photometric Web, то это позволяет управлять распределением света при помощи специальных файлов *.IES, в которых особенным образом записана форма и интенсивность потока света, что создает реалистичные рефлексы на объектах сцены.

Рис. 5.21. Выбор типа фотометрического источника

• FreeLight (Свободный источник) – полностью повторяет вышеописанный свободный источник с той лишь разницей, что имеет цель, позволяющую направить осветитель на определенную область или объект.

• Источники Daylight (Дневной свет) – данный объект появился, начиная с пятой версии 3ds Max. Эта система позволяет учитывать отражение света поверхностью объектов и рассеяние его в атмосфере. Посредством этого источника создаются два связанных фотометрических осветителя – имитатор солнечного освещения (с учетом географических координат, времени года и суток) сцены и имитатор рассеянного света небосвода.

Фотометрические источники, включенные в сцену, позволяют относительно точно сымитировать освещенность, цвет и распределение силы света в пространстве, свойственные реальным источникам. Свет, испускаемый фотометрическими осветителями, затухает обратно пропорционально квадрату расстояния до освещаемой поверхности. Характеристики света от фотометрических источников, как уже было сказано выше, задаются в программе существующими физическими единицами – канделами (cd), люменами (lm), люксами (lx). Фотометрические источники наиболее точно проявляют свои свойства при использовании алгоритма расчета глобальной освещенности Radiosity (Перенос излучения). Если осветители этого вида использовать в сцене без расчета глобальной освещенности, то, скорее всего, света от них не будет хватать и их преимуществ вы не почувствуете.

Дополнительная возможность фотометрических источников заключается в том, что теперь с помощью списка Templates (Шаблоны) можно задать вид и мощность осветителя автоматически согласно указанному в списке типу.

Так как внешний модуль рендеринга Mental Ray входит в состав стандартной поставки 3ds Max, нужно сказать пару слов о его источниках освещения, которые по умолчанию расположены на вкладке командной панели вместе со стандартными. В принципе, Mental Ray может корректно работать и со стандартными и фотометрическими источниками 3ds Max 2009, но при условии использования его в качестве системы визуализации, конечно, лучше применять осветители именно этого подключаемого модуля. По своему виду они напоминают стандартные объекты освещения типа Spot (Прожекторный) и Omni (Всенаправленный) (см. рис. 5.17). По списку параметров они также похожи на свои стандартные аналоги, только параметры Area Light Parameters (Параметры области света) у них схожи с аналогичными параметрами фотометрических осветителей.

Всего в программе находится пять источников освещения для модуля Mental Ray. Два из них: mr Area Omni (Всенаправленная область) и Mr Area Spot (Прожекторная область) имеют настройки и параметры, похожие на настройки стандартных источников 3ds Max 2009, но отличаются одним пунктом – Area Light Parameters (Параметры области света) (рис. 5.22), позволяющим управлять размерами области, из которой исходит свет, а также ее формой. Кроме того, при использовании теней типа Ray Traced Shadows (Тени прохождения лучей) эти источники после определенной настройки дают мягкие реалистичные тени.

Рис. 5.22. Настройки области света для осветителей Mental Ray

Для выбора объекта светового источника надо щелкнуть мышью на кнопке Lights (Осветители) вкладки Create (Создать) командной панели, из списка выбрать группу источников Standard (Стандартные) или Photometric (Фотометрические) и нажать кнопку источника требуемого типа. Внизу командной панели появятся списки параметров, состав которых зависит от типа осветителя. Первым в списке параметров стоит свиток Object Type (Тип объекта). Далее идет свиток Name and Color (Имя и цвет) с параметрами источника, определяющими, как он будет выглядеть на проекциях (при визуализации отображается только свет, испускаемый источником). Ниже расположен свиток General Parameters (Основные параметры), где находится флажок On (Вкл) (при выборе источника установлен по умолчанию) и указано «расстояние» до цели, если источник направленный. Ниже располагается флажок включения теней Shadows (Тени) и раскрывающийся список типов теней, используемых в построении сцен. Здесь же есть возможность исключить объекты сцены из освещения, нажав кнопку Exclude (Исключить), а затем выбрав из появившегося списка нужные и перенеся их в правую часть списка. Далее располагается свиток Intensity/ Color/Attenuation (Интенсивность, Цвет и Затухание). В нем можно настроить цвет лучей выбранного источника (по умолчанию белый) и интенсивность (по умолчанию – единица, или в единицах светового потока, если источник фотометрический). Здесь же можно настроить ближнее и дальнее затухание источника, выбрав его тип и назначив начало и конец области затухания света в единицах измерения, используемых в сцене. Если выбрать точечный источник типа Spot (Прожекторный), то в свитке Spotlight Parameters (Параметры пятна) можно настроить диаметр пятна света, излучаемого источником, и задать форму пятна в виде окружности или прямоугольника.

Параметры, расположенные в свитке Advanced Effects (Дополнительные эффекты), нужны для указания влияния источника освещения на поверхность. С помощью функции Projector Map (Карта проектора) можно использовать источник света как проектор, для чего нужно указать изображение (карту), которое будет проецироваться на любой объект, куда указывает цель источника. В свитке Shadow Parameters (Параметры теней), который расположен ниже, настраивается плотность теней и подсвечивание их разными цветами, а также проецирование карты на тень.

Ниже находится свиток с параметрами вида теней, которые будут выбраны пользователем для источника. В нем находятся настройки размера и качества отбрасываемых источником теней. Для назначения дополнительных эффектов постобработки (линзовые эффекты, эффект объемного света) предусмотрен свиток Atmospheres&Effects (Атмосфера и эффекты). И последними в списке параметров стоят параметры свитка Mental ray Indirect Illumination (Рассеянное освещение Mental Ray) (рис. 5.23) – при условии использования в качестве активного визуализатора Mental Ray с их помощью можно управлять рассеянным освещением, формируемым источником; Mental ray Light Shader (Шейдер света) – позволяет назначить источнику шейдер света и шейдер испускания фотонов.

Рис. 5.23. Параметры рассеянного освещения для источника Mental Ray

Примечание

Шейдер – небольшой подключаемый модуль (программа), определяющий свойства объекта (материала, осветителя, геометрии, камеры) при определенных условиях. В нужное время (обычно при рендеринге) ядро программы включает описанные в шейдере функции. Библиотеки шейдеров обычно поставляются вместе с программой трехмерной графики, но могут быть и загружены из Интернета с сайтов их создателей.

После приблизительной настройки параметров осветителя для включения их в сцену необходимо перенести курсор (который примет вид креста) в нужную точку на одной из проекций сцены и щелкнуть левой кнопкой мыши (причем если это нацеленный источник, то нужно сначала подвинуть курсор в направлении цели, а затем отпустить кнопку мыши). После этого, если необходимо, стоит подкорректировать координаты источника и цели инструментом Select and Move (Выбрать и переместить). Для более точной настройки параметров источника и последующей их корректировки надо выделить источник в сцене и перейти на вкладку Modify (Модификация) командной панели, где можно будет видеть те же параметры, что и ранее при создании осветителя.

Сцены различаются по видам освещенности, и для каждой сцены стоит индивидуально подходить к настройке источников в отдельности и всего освещения в целом, однако есть некоторые рекомендации по освещению тех или иных сцен для 3ds Max 2009. Например, уличная сцена с применением осветителя Daylight (Дневной свет) будет освещена иначе, нежели космический пейзаж, так как распространение света в вакууме отличается от распределения его в атмосфере.