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

Фотореалистичная 3D-графика, некоторые приемы

Данного выше материала для начала вполне достаточно. Настало время поближе познакомиться с таким понятием, как «фотореалистичная 3D-графика», а затем перейти к изучению программы, с которой вам предстоит работать. Создание по-настоящему фотореалистичной трехмерной графики, разумеется, не ограничивается только моделированием. Для придания поверхностям моделей сходства с поверхностями реальных объектов требуются материалы, основой которых являются различные карты текстур. Кроме того, пространство, пусть даже виртуальное, требуется осветить. В анимационных студиях и фирмах по созданию компьютерных игр работают целые команды профессионалов: художники, рисующие текстуры, создатели трехмерных моделей, аниматоры. Каждый из них занимается своей работой, но при необходимости может заменить коллегу в силу универсальности подготовки. Именно к этому нужно стремиться! Вам придется много работать, но в данном случае цель оправдывает средства.

Итак, что же такое текстура? Если обратиться к словарю, то по определению текстура — это особенности строения твердого вещества, обусловленные расположением составляющих его частиц. Текстура имеет цвет и рельеф, а также обладает определенными физическими свойствами, с помощью которых можно определить на вид: мягкий предмет или твердый, как он отражает свет и какова структура материала, из которого этот предмет состоит.

Перечислим свойства материалов, имитируемые картами текстур.

• Цвет диффузного рассеяния (Diffuse color). Замещает заданный по умолчанию цвет материала текстурой, что равноценно нанесению на поверхность рисунка (рис. 1.23, а).

Рис. 1.23. Свойства материалов, имитируемые картами текстур

• Цвет подсветки (Ambient Color). Замещает рисунком текстуры цвет подсветки материала рассеянным светом. Обычно это свойство материала блокируется с цветом диффузного рассеяния (рис. 1.23, б ).

• Цвет зеркального блика (Specular color). Зеркальные блики возникают на участках поверхности, где угол падения лучей света относительно нормали к поверхности равен углу отражения в направлении глаз наблюдателя (рис. 1.23, в). Назначение карты текстуры этому каналу позволяет придать области блика неоднородность.

• Сила блеска (Specular Level). Карта текстуры применяется для управления интенсивностью блеска зеркальных бликов (рис. 1.23, г). Интенсивность отражения в области блика принимается равной яркости отсчета текстурной карты. Черным отсчетам соответствует минимальная интенсивность блеска, а белым – максимальная.

• Глянцевитость (Glossines). Чем более глянцевой является поверхность, тем меньше по размеру область блика и тем более блестящим и гладким выглядит материал (рис. 1.23, д). После назначения данному каналу текстурной карты степень глянцевитости начинает зависеть от яркости пикселов. Белые отсчеты обеспечивают максимальную степень глянцевитости, черные – полное отсутствие глянца.

• Самосвечение (Self-illumination). Текстура с таким свойством видна вне зависимости от наличия в сцене источников света, так как сама обладает свойством светимости. Применяется для имитации светящихся окон, стекол, прикрывающих лампы, неоновых подсветок (рис. 1.23, е). Интенсивность самосвечения пропорциональна яркости отсчета пикселов текстурной карты.

• Непрозрачность (Opacity). Позволяет применить к материалу карту текстуры, указывающую, какие участки поверхности обладают прозрачностью, а какие – нет. Таким способом можно имитировать оконные стекла и витражи (рис. 1.23, ж).

• Цвет фильтра (Filter Color). Карта текстуры влияет на цвет объектов, расположенных позади прозрачного материала (рис. 1.23, з).

• Рельефность (Bump). Карта текстуры может применяться для придания поверхности объекта видимости трехмерных неровностей за счет модификации направления нормалей. Внешние контуры трехмерного объекта при этом остаются без изменений (рис. 1.23, и). Кажущаяся рельефность управляется яркостью отсчетов текстурной карты, при этом белые участки выглядят выступающими над поверхностью, а черные – вдавленными в нее.

• Зеркальное отражение (Reflection). Карта текстуры может применяться для имитации отражения окружающей среды поверхностью объекта (рис. 1.23, к).

• Преломление (Refraction). Карта текстуры позволяет имитировать преломление световых лучей прозрачным объектом (рис. 1.23, л).

• Смещение (Displacement). Данная карта текстуры обеспечивает фактическое изменение геометрии поверхности пропорционально яркости отсчетов (рис. 1.23, м). Белые участки карты смещают точки поверхности наружу вдоль нормали, а черные – внутрь.

Описанные выше свойства используются в редакторах трехмерной графики для придания поверхности объектов определенного вида. С их помощью можно сымитировать любые визуальные эффекты, наблюдаемые в реальном мире.

Существенным атрибутом любого материала являются зеркальные блики. Именно они дают понять, какой именно материал находится перед вами. На вид бликов влияет молекулярная структура материала и форма поверхности. Скажем, молекулы металлов «упакованы» очень плотно, соответственно, металлические поверхности отражают много света. В результате формируются яркие блики с резко очерченными краями. Молекулы такого материала, как, например, резина, наоборот, расположены на значительном расстоянии друг от друга. В результате материал поглощает световые лучи, а затем рассеивает их во всех направлениях. Это приводит к формированию неярких расплывчатых бликов. Примеры материалов с различной отражающей способностью показаны на рис. 1.24.

Рис. 1.24. Примеры зеркальных бликов на различных поверхностях

Материал типа Standard (Стандартный), который является в 3ds Max базовым и представляет собой основу для создания более сложных материалов, по умолчанию формирует матовую поверхность. Оглядевшись вокруг себя, вы обнаружите множество материалов с подобным свойством. С точки зрения дизайна такие материалы смягчают цвета и зрительно увеличивают объем помещения. Кроме того, на них не так заметны царапины и прочие дефекты, как на блестящих полированных поверхностях.

При имитации объектов с отражающими поверхностями нельзя забывать, что отражение формируется на основе окружающей среды. При отсутствии предметов вокруг такого объекта для создания материала необходимо воспользоваться внешним изображением («картой окружения»), в противном случае вы получите объект темно-серого цвета.

Совет

Иногда возникает необходимость убрать или скрыть одну из стен, расположив на ее месте камеру. Но как быть с отражающими поверхностями, попавшими в поле зрения камеры? Ведь вместо стены они отразят пустое пространство. Одним из способов решения данной проблемы является создание камеры на месте отражающего объекта. Через эту камеру визуализируется стена, полученное изображение сохраняется и назначается объекту в качестве «карты окружения».

Прозрачность материала напрямую связана с преломлением проходящих сквозь него лучей света. Следствием этого является искажение вида предметов, находящихся за прозрачным объектом. Преломление света в прозрачных средах характеризуется показателем преломления. При показателе преломления, равном единице, свет проходит сквозь объект, не преломляясь. Значения выше единицы указывают на выпуклый прозрачный объект, увеличивающий расположенные за ним предметы. Преломление происходит на границе двух сред (например, воздух и стекло) при переходе световых лучей из одной среды в другую. Для создания реалистичных прозрачных материалов в программах трехмерного моделирования есть возможность менять показатель преломления (IOR – Index Of Refraction) в свойствах материала (табл. 1.1). Впрочем, данные из справочника далеко не во всех случаях позволяют получить качественную имитацию нужного материала. Иногда приходится действовать методом подбора. Также не следует забывать, что преломление световых лучей зависит от формы прозрачного объекта (рис. 1.25).

Рис. 1.25. Разные по форме предметы по-разному преломляют свет

Таблица 1.1. Показатели преломления (IOR) некоторых прозрачных материалов

Для имитации поверхности вовсе не обязательно создавать материал своими руками. Можно воспользоваться уже готовым изображением из библиотеки материалов. Хотя, разумеется, намного больше ценятся авторские материалы и текстуры, нарисованные в графическом редакторе или полученные из снимка реального объекта.

Фотосъемка реальных текстур должна проводиться при определенных условиях. Вам нужно поймать сочетание цветовых оттенков поверхности без постороннего света и теней. Поэтому фотографировать имеет смысл предметы, не освещенные прямым светом. Кроме того, на нем должны отсутствовать тени от окружающих объектов. Нужна чистая фактура материала, так как добавить тени, зеркальные блики, глянцевитость и прочие параметры можно уже в редакторе трехмерной графики. Сделайте крупный план, чтобы стали видны все детали рельефа поверхности. Чем выше разрешение полученного изображения, тем большую свободу действий в его редактировании получает пользователь.

В трехмерной графике назначение материалов имеет решающее значение. Ведь качество созданной сцены, ее реалистичность зритель оценивает по тому, насколько карты текстур, которыми покрыты трехмерные объекты, совпадают по свойствам с материалами, встречающимися в реальной жизни. Зритель может подсознательно почувствовать, что текстура недостаточно реалистична, потому что он каждый день видит примеры подобных объектов на улице. Например, фрагмент каменной стены дома около самой земли, воспроизведенный на компьютере (рис. 1.26, а), будет смотреться не совсем натурально, если к нему не добавить карту рельефности, а также текстуру, имитирующую грязь (рис. 1.26, б). Занятия фотографией помогают лучше понять структуру различных материалов. Да и само наличие цифрового или обычного фотоаппарата и сканера значительно расширит возможности создания реалистичных текстур. Иногда найти нужное изображение текстуры просто невозможно, и тогда можно выйти из ситуации путем сканирования реального предмета (например, парика для текстуры волос или лоскута ткани для шерстяного покрытия). Затем отсканированный фрагмент достаточно обработать в графическом редакторе, и текстура будет готова.

Рис. 1.26. Результат придания исходной текстуре (а) более натурального вида (б)

Как новичку, так и человеку, профессионально работающему с трехмерной графикой, пригодится наличие библиотеки материалов и текстур, созданной одним из описанных выше способов. Имеет смысл сформировать отдельную коллекцию чистых (без признаков воздействия внешней среды) основных материалов. К основным материалам можно отнести камень различной фактуры, металл, отражающий и матовый, ткани разных видов, дерево, пластик, стекло, бумагу, кожу, резину. Как правило, изображение основного материала накладывается на трехмерную модель в качестве карты цвета диффузного рассеивания либо служит первым слоем при создании сложной многослойной текстуры в программе редактирования двумерных изображений. Намного проще отредактировать чистые образцовые материалы в соответствии с требованиями проекта, чем преобразовывать текстуры, измененные окружающей средой. Пополнить библиотеки материалов можно через Интернет. На сайтах, посвященных компьютерной графике, всегда можно найти отдельные изображения, а иногда и целые коллекции карт текстур.

Особое значение в проекте должно придаваться созданию реалистичных текстур. Достаточно посмотреть на работу профессионала, чтобы увидеть, сколь пристальное внимание уделяется этому аспекту. Для получения качественного материала текстуры назначаются различным каналам – рельефности, глянцевитости, отражения, преломления и т. п. Создавая текстуры для своего проекта, нужно помнить, что ваша главная задача – показать, чем поверхность одного предмета отличается от другого.

У человека, рассматривающего сцену, должно возникнуть впечатление, что перед ним реальные объекты. Тот, кто хоть раз терял несколько часов на поиски нужного эффекта, создаваемого материалом, знает, как непросто этого добиться. Впрочем, те, кто работал с кистями и красками, также помнят, как сложно иной раз воссоздать вид реального объекта. Поэтому для более эффективной работы с различными видами изображений читателю стоит сформировать у себя навыки художественного видения. Они приходят с опытом и позволяют замечать в реальной жизни качества предметов, скрытые от глаз обычных людей. Одна из особенностей художественного видения заключается в умении на глаз определять свойства материалов. В природе, как правило, не существует чистых материалов или цветов. Цвета имеют множество оттенков, а материал может нести на себе признаки старения, воздействия окружающей среды и следы деятельности людей. Вам важно научиться замечать оттенки цветов и свойства материалов. Существуют упражнения для тренировки художественного видения. Одно из них заключается в определении на глаз причины появления на предметах следов воздействия окружающей среды. Например, увидев ржавчину на железной двери дома, надо понять, что вызвало коррозию материала: старость металла, частое воздействие капель дождя или конденсат, постоянно образующийся по причине разницы температур внутри и вне дома (рис. 1.27).

Рис. 1.27. Металлическая дверь с признаками влияния окружающей среды

Одной из проблем, которые встают на пути подготовки реалистичных карт покрытия, является создание бесшовных текстур. При наложении на объект между мозаичными элементами текстуры не должно быть швов, иначе рисунок карты покрытия начинает повторяться (рис. 1.28) и смотрится не только неестественно, но еще и непрофессионально. Для создания бесшовных текстур существует несколько методов. Один из них – использование проекционных координат на трехмерной модели. Текстура может накладываться в соответствии с выбранным типом проецирования ее на модель (плоское, цилиндрическое, сферическое и др.). В случае если применение проекционных координат не помогает избавиться от мозаичности (например, слишком маленький размер карты), обычно используют программы двумерной растровой и векторной графики типа Photo-Paint, CorelDraw фирмы Corel или специализированные – CorelTexture. В них имеется множество инструментов, таких как программные имитаторы кистей и перьев, различные виды заливок, позволяющие манипулировать двумерным изображением, предназначенным для создания текстуры, в том числе и избавляться от швов на покрытии материала.

Рис. 1.28. На текстурном покрытии стены и декоративных панелей отчетливо видны швы

Альтернативой карте текстуры типа Bitmap (Растровая), представляющей собой цифровое изображение реального материала, являются процедурные карты текстур. Они формируются программным алгоритмом на основе указанных пользователем параметров и имеют свои преимущества и недостатки. Материалы на основе таких карт текстуры занимают мало памяти, так как хранить требуется только коэффициенты математических уравнений, а не множество отсчетов растровой картинки. С другой стороны, визуализация сцены, объектам которой назначены процедурные карты текстуры, требует больше времени в связи с необходимостью выполнения расчетов для генерации изображения. При увеличении размеров объекта, которому была назначена процедурная карта текстуры, не наблюдается искажений рисунка. Нужно лишь правильно подобрать параметры карты (рис. 1.29). Кроме того, нужно добавить, что процедурные карты текстур являются трехмерными. То есть при изменении формы текстурируемого объекта они, не искажаясь, ложатся на модель, принимая соответствующую форму.

Рис. 1.29. Процедурные карты текстур, имитирующие мрамор и покрытие в виде шахматной доски на моделях

В иных случаях для покрытия трехмерных объектов в программе используют специальные так называемые «запеченные» текстуры. Они часто применяются для экономии системных ресурсов или как один из слоев многослойных материалов, поскольку могут содержать в одном изображении карту диффузного рассеяния, отражение окружающей сцены, глянец, появившийся в результате освещения. Для создания данных изображений в трехмерных редакторах, в частности 3ds Max, есть режим визуализации в текстуры (Render to Texture). Вначале выстраивается сцена с объектом, для которого нужно получить вышеописанную текстуру. Сцена текстурируется, освещается и визуализируется в текстуру. Таким образом получается «запеченная» текстура, а точнее, изображение-развертка, которое содержит отображение результата освещенности объекта. После этого полученное изображение может быть подвергнуто обработке, а затем наложено обратно на объект (рис. 1.30).

Рис. 1.30. «Запеченная» текстура и ее размещение на модели

Для покрытия объектов трехмерной сцены материалами или дополнительными картами текстур существуют также инструменты постобработки, называемые программами трехмерной раскраски. Среди них можно отметить Painter 3D (компании Corel), Deep Paint 3D (компании Right Hemisphere). Они представляют собой редакторы, в которые загружаются трехмерные объекты и сцены. Затем в программе можно производить раскраску непосредственно трехмерных моделей либо окончательную доводку объемного изображения путем дорисовки вручную текстур, эффектов поверхности и освещения. Кроме того, в программе трехмерной раскраски создаются образцовые текстуры, которые могут служить в качестве фона на объектах для дальнейшего покрытия их материалами в программе трехмерного моделирования и визуализации.

Для создания по-настоящему красивых трехмерных сцен и, в частности, сцен в интерьере важно не только корректно подобрать материалы, но и правильно осветить объекты, создав тем самым определенное настроение у зрителя. Правильно подобранное освещение не оставляет сомнений в реалистичности сцены, а прозрачные тени нужного оттенка добавляют сцене глубину и придают мягкость и реалистичность.

Свет создает определенную атмосферу, выделяя особенности, присущие объектам. Благодаря освещению определяются взаимоотношения между предметами. Контуры объекта могут мягко сливаться с окружающим пространством или, наоборот, резко выделяться на фоне остальных объектов. Появляется свое особенное ощущение пространства, создается пространственная конфигурация, присущая именно этому помещению. Свет позволяет скрыть недостатки и выгодно подчеркнуть достоинства интерьера. Световыми акцентами можно определить направление взгляда зрителя. Поэтому равномерное освещение смотрится скучно, оставляя пространство без экспрессии.

Говоря научным языком, свет представляет собой излучение оптической области спектра, вызывающее зрительные реакции. Он определяет понятие световой среды, то есть совокупности излучений, генерируемых источниками естественного и искусственного освещения.

Видимость предметов обусловлена проецированием оптического изображения на светочувствительный слой сетчатки глаза. Это означает, что она зависит от яркости освещенной поверхности, направленной к наблюдателю, и от ее контрастного соотношения с фоном.

Одним из приемов, широко используемых архитекторами и дизайнерами для решения архитектурно-художественных задач, является световая адаптация зрения. Этот термин означает изменение светочувствительности глаза в процессе приспособления его к резкому изменению яркости освещения. Из истории архитектуры очевидно, что приемы световой адаптации наиболее полно использовались архитекторами стиля барокко. Сочетая контрасты ярких поверхностей алтарей с сумраком боковых нефов, зодчие барокко создавали впечатление движения и беспредельности пространства (рис. 1.31). Свойство человеческого глаза реагировать на яркий свет и сопутствующие ему контрасты удачно используется и в современном интерьере. Организация яркостного ритма увеличивает глубину и архитектурную выразительность пространства. При удачно выбранном соотношении света и тени освещенная тесная комната при переходе в нее из темного помещения может показаться неожиданно большой.

Рис. 1.31. Отделка собора выполнена с учетом световой адаптации зрения человека

Направление световых лучей в природе вызывает у человека естественные ассоциации: открытое пространство обычно светлее узкого; большая комната светлее маленькой; свет обычно льется сверху. Если следовать этим принципам, большие пространства нужно делать светлее малых, а низкие – темнее высоких. Подобное распределение яркостей в помещениях вызывает ощущение естественности, в то время как обратное распределение дает театральный эффект, который удачно сочетается с обстановкой, к примеру, ночного клуба.

При создании интерьера дизайнер пользуется различными видами световых потоков. Во-первых, это точечные осветители. Лучи такого осветителя расходятся из обособленной локализованной точки, которая располагается на потолке либо на стене. Световой поток в данном случае может быть как направленным, так и свободным (кстати, торшеры, бра и настольные лампы тоже относятся к точечным источникам). Вторым типом светового потока является рассеянный свет люминесцентных ламп или ламп накаливания. Нельзя не учитывать и рассеянное освещение, возникающее за счет отражения прямых световых лучей предметами окружающей обстановки. Яркий направленный свет при этом приобретает мягкость и естественную окраску. Поэтому в конструкцию некоторых осветительных приборов входят отражатели, которые адаптируют световые потоки, делая их более приятными для зрения человека.