Работа с источниками света

В процессе визуализации важную роль играет освещение. Наверняка в вашей жизни был случай, когда вам показывали чистую страницу, утверждая при этом, что на ней изображен полярный медведь во время снежной бури, или абсолютно черную картинку, на которой якобы изображен черный паук, ползущий по дымоходу, покрытому сажей? Эти два примера говорят о том, что при излишнем или недостаточном освещении в действительности вы ничего не увидите.

Вид трехмерных объектов во многом зависит от света, а художники, создающие эти объекты, часто сталкиваются с проблемой чрезмерного или недостаточного освещения. В этой главе речь пойдет об управлении освещением ваших сцен.

Основы освещения

Важной деталью любой сцены 3ds max является освещение. Почти во всех сценах 3ds max обычно используется один из двух типов освещения — естественное или искусственное. Естественное освещение (natural light) применяется в наружных сценах, при этом источники света имитируют Солнце или Луну. Искусственное освещение (artificial light) обычно предназначается для внутренних сцен, а источниками света являются лампы. Однако время от времени при работе с источниками света возникают ситуации, когда естественное освещение должно применяться во внутренних сценах. Это может быть солнечный свет, пробивающийся сквозь окно, или свет уличного фонаря.

Естественное и искусственное освещение

Для создания естественного освещения лучше всего использовать источники, излучающие направленные в одну сторону параллельные лучи света. Этот тип освещения можно создать с помощью направленного света. Интенсивность естественного освещения зависит от текущей даты и времени суток, а также от местоположения Солнца. Для управления интенсивностью естественного освещения служат средства Sunlight и Daylight System.

Цвет освещения зависит от погоды. В ясную погоду цвет солнечных лучей бледно-желтый, если небо в облаках, он приобретает голубой оттенок, а в ненастную погоду становится темно-серым. На рассвете цвет освещения ближе к оранжевому, а на закате — к красному. Лунный свет обычно белого цвета.

Искусственное освещение, как правило, создается при помощи нескольких источников света с невысокой интенсивностью. Для внутреннего освещения чаще всего используется источник всенаправленного света, который генерирует лучи, исходящие из одной точки и распространяющиеся во всех направлениях. Стандартный белый флуоресцентный свет обычно имеет светло-зеленый или светло-голубой оттенок.

Стандартный метод освещения

Освещая сцену, лучше всего использовать несколько источников света. Хорошее освещение включает в себя один основной источник света и несколько дополнительных.

В качестве основного источника света можно использовать прожектор. Его нужно расположить впереди и немного выше освещаемого объекта, а также установить отбрасывание тени, поскольку этот источник света обычно является основным для отбрасывания тени в сцене.

Дополнительные источники света используются для заполнения "пробелов" освещения. Их можно расположить на уровне пола с каждой стороны от освещаемого объекта. Интенсивность этих источников должна быть значительно меньше интенсивности основного света; кроме того, нужно отключить отбрасывание тени. Один дополнительный источник света можно поместить за сценой, для того чтобы осветить объекты сзади. Этот свет должен быть очень тусклым, он также не должен отбрасывать тени. Если смотреть на объекты сцены со стороны пользователя, все они будут выглядеть освещенными. Тем не менее случайный наблюдатель заметит лишь основной прожектор как источник света, поскольку тени отбрасывает только он.

Тени

Тень — это область позади предмета, куда свет не попадает, поскольку источник света "загорожен" самим предметом. Программа 3ds max поддерживает два типа теней: карта тени и тень, построенная с использованием трассировки лучей. Карта тени фактически является растром, который создается визуализатором и помещается в уже готовую сцену для получения изображения. Эти карты могут иметь различные разрешения, однако для высоких разрешений требуется больший объем памяти. Тени, полученные с помощью карты тени, обычно более естественные и мягкие.

Тени, построенные с использованием трассировки лучей, вычисляются по следу каждого луча света, падающего на сцену. Этот процесс состоит из множества циклов, однако в результате получаются очень точные тени с четко выраженными краями. Трассировка лучей позволяет создавать тени, которые невозможно получить с помощью карты, например, тени предметов из прозрачного стекла.

Типы источников освещения

В состав 3ds max входят разные типы источников освещения. Главным различием между ними является то, как расходятся лучи света. Если другого освещения к сцене не добавлялось, освещение будет исходить от источников света, используемых по умолчанию. Применяется также обтекающий свет, т.е. свет, рассеянный другими объектами. Кроме этого, в 3ds MAX предусмотрены такие типы источников освещения, как Omni (Всенаправленный), Direct (Направленный), Spot (Прожекторный) и Skylight (Дневной свет). Знание особенностей этих источников является ключом к управлению светом.

Создание и расстановка осветительных объектов

По умолчанию 3ds max позволяет создать несколько разных типов источников света. Все типы обладают разными свойствами и возможностями. Для того чтобы создать источник света, активизируйте вкладку Create (Создать) и щелкните на кнопке категории Lights (Источники света). Затем щелкните на кнопке с названием нужного типа и перетащите указатель мыши в окне проекции. Существует шесть типов источников света: Target Spot (Нацеленный прожектор), Target Direct (Нацеленный источник направленного света), Omni (Всенапраменный источник света), Free Spot (Свободный прожектор), Free Direct (Свободный источник направленного света) и Skylight (Дневной свет). Источники света Omni, Free и Skylight создаются одним щелчком, в то время как для создания источника Target нужно щелкнуть в том месте, куда его необходимо поместить, и, не отпуская кнопку мыши, переместить указатель в точку нацеливания, а затем отпустить кнопку мыши. В окне проекций прожекторные источники изображаются в виде конусов, источники направленного света — в виде цилиндров.

Преобразование источников света

Источники света можно преобразовывать точно так же, как и любые другие геометрические объекты. Тем не менее к некоторым источникам света применимы не все преобразования. Например, источник Omni нельзя поворачивать и масштабировать. Для преобразования источника света щелкните на одной из кнопок преобразования, а затем выделите и перетащите выбранный источник.

Нацеленные источники света и их точки нацеливания можно либо преобразовать независимо, либо одновременно выделить источник и точку нацеливания, щелкнув на соединяющей их линии. Нацеленный источник света можно вращать и масштабировать только тогда, когда он выделен вместе с точкой нацеливания. Масштабирование направленного источника увеличивает его конус или цилиндр. Масштабирование источника света Target Direct отдельно от его точки нацеливания приводит к увеличению диаметра пучка света, а если выделен и источник, и точка нацеливания, то будет масштабироваться и диаметр и расстояние.

Для того чтобы выделить или снять выделение с точки нацеливания, щелкните правой кнопкой мыши на источнике света, а затем из появившегося квадменю выберите команду Select Target (Выделить точку нацеливания). К свободным источникам света применимы все виды преобразований.

Подсвечивание объектов

Существует другой способ нацеливания источников света: нужно отметить соответствующий источник света и выполнить команду Tools>Place Highlight (Сервис>Поместить подсвечивание) либо щелкнуть на кнопке Place Highlight, которая размещена в группе кнопок Align (Выравнивание). Обратите внимание, как изменилась форма указателя мыши. Перемещая в окне проекции указатель мыши по объекту с нажатой левой кнопкой, вы увидите синюю стрелку, которая является нормалью к поверхности объекта. Поместите указатель на точку объекта, которую нужно подсветить, и отпустите кнопку мыши. Отмеченный источник света переместится таким образом, чтобы подсветить указанное место. Положение источника света определяется углом наклона (Angle of Incidence) между точкой подсвечивания и источником освещения.

Просмотр сцены из точки размещения источника света

Окно проекций можно настроить так, чтобы показать вид из точки расположения любого источника света, за исключением Omni. Для этого щелкните правой кнопкой мыши на заголовке окна проекций и из появившегося контекстного меню выберите команду Views, а затем имя нужного источника света.

Элементы управления окном проекции источника света

После того как окно проекции будет изменено для отображения вида из точки расположения источника света, в нижнем правом углу экрана вместо группы кнопок Viewport Navigation (Управление окном проекций) появится группа кнопок Light Navigation Controls (Управление источником света). Для настройки параметров источников света используется несколько разворачивающихся панелей.

Общие параметры

Для того чтобы включить или выключить источник света, активизируйте вкладку Modify (Модифицировать). После того как будет выбран какой-нибудь источник света, появится разворачивающаяся панель General Parameters (Общие параметры). Эта панель позволяет выключить или включить источник света, выбрать цвет и интенсивность света, а также определить воздействие источника света на поверхности объектов.

С помощью раскрывающегося списка Туре (Тип) можно быстро изменить тип источника света. Например, Omni можно заменить источником Spot. Таким образом, практически сразу же будет виден результат использования различных типов источников света. При изменении типа источника света параметры предыдущего источника будут утрачены. С помощью флажка Targeted можно изменить направленный источник на свободный и наоборот. Справа от этого параметра указано расстояние между источником света и точкой нацеливания.

В группе Shadows (Тени) разворачивающейся панели General Parameters есть несколько параметров, управляющих тенью. Для включения/отключения тени используется флажок On (Активизировать). В этой группе также находится флажок Use Global Settings (Использовать глобальные настройки), активизирующий применение этим источником глобальных параметров. Все источники света, для которых установлен этот флажок, используют одинаковые параметры, поэтому, если вы измените значение какого-либо параметра для одного источника света, оно автоматически изменится и для всех остальных.

Под флажком расположен раскрывающийся список, из которого можно выбрать используемый тип тени: Area Shadows (Область тени), Shadow Map (Карта тени) или Adv Ray Traced (Улучшенные трассированные тени). В соответствии с выбранным элементом появляется дополнительная разворачивающаяся панель.

При щелчке на кнопке Exclude (Исключить) появляется диалоговое окно Exclude/Include (Исключить/Добавить). В этом окне можно выбрать объекты, для которых нужно отключить или добавить освещение или тени. В расположенном слева списке перечислены все текущие объекты сцены. Для того чтобы отключить освещение определенных объектов, выберите переключатель Exclude, затем выделите в левом списке нужные объекты и щелкните на кнопке с изображением двух стрелок, направленных вправо. Отмеченные объекты будут перемещены в расположенный справа список.

В разворачивающейся панели Intensity/Color/Attenuation (Интенсивность/Цвет/Затухание) предусмотрено поле Multiplier (Усилитель), в котором определяется интенсивность света. Источник света, у которого значение этого параметра равно 2, будет в два раза ярче источника с параметром Multiplier, равным 1.

Справа от поля Multiplier расположен образец выбранного цвета. Если щелкнуть на нем, то появится окно Color Selector: Light Color (Выбор цвета: цвет света), в котором можно выбрать другой цвет света.

Существует три основных параметра, использующихся для имитации затухания света. В группе Near Attenuation (Затухание в ближней зоне) определяется диапазон затухания вблизи источника света, где его интенсивность возрастает с нуля до некоторого значения, а в группе Far Attenuation (Затухание в дальней зоне)— диапазон затухания вдали, где интенсивность света убывает до нуля. Начало и конец диапазонов затухания задаются в полях Start (Начало) и End (Конец). В группе Decay (Ослабление) определяются параметры особого метода имитации затухания, в котором спад интенсивности света вычисляется по математической формуле.

Параметры прожекторов и источников направленного света

Разворачивающаяся панель Spotlight Parameters (Параметры прожекторов) позволяет установить углы конусов Hot Spot и Falloff. При установленном флажке Show Cone (Показать конус) обе эти фигуры будут видны в окне проекции, даже когда источник света не выделен. Если установлен флажок Overshoot, то свет источника будет распространяться во всех направлениях, как у источника освещения типа Omni. Однако в этом случае проецирование света и теней зависит от угла конуса Falloff. Здесь также можно определить форму сечения луча света— круглая (Circle) или прямоугольная (Rectangular). Для прожекторов с прямоугольной формой сечения луча устанавливают также соотношение сторон прямоугольника (поле Aspect). Кнопка Bitmap Fit (Подстроить под растровую карту) определяет соотношение сторон, соответствующее выбранной растровой карте.

Параметры тени

Параметры тени всех типов источников света устанавливаются в разворачивающейся панели Shadow Parameters (Параметры тени). Для выбора цвета тени (по умолчанию черный) щелкните на образце цвета сразу под заголовком панели. От значения параметра Dens (Плотность) зависит, насколько темной будет тень. При небольших значениях этого параметра тени получаются светлыми, а при больших — темными. Этот параметр может также принимать отрицательные значения.

Оптимизация источников света

При выборе теней типа Area Shadows или Adv Raytraced Shadows появится еще одна разворачивающаяся панель — Optimization (Оптимизация). С помощью параметров этой панели можно заметно ускорить процесс визуализации теней. После установки флажка On (Активизировать) в группе Transparent Shadows прозрачные поверхности объекта (например, цветные секла) будут отбрасывать цветные тени (в противном случае — черные). Нужный цвет можно выбрать с помощью образца Antialiasing Threshold. Флажки Super Antialiasing предназначены для отключения сглаживания материалов, у которых активизированы параметры SuperSampling (Супердискретизация) и/или Reflection/Refraction (Отражение/Преломление). Кроме того, можно дать указание визуализато-ру теней игнорировать компланарные грани (Skip Coplanar Faces), расположенные на расстоянии указанного вами порогового значения (Threshold).

Использование систем Sunlight и Daylight

Системы Sunlight и Daylight служат для создания источника света, который имитирует Солнце, причем в определенной географической местности, в определенный день и в конкретное время суток.

Для того чтобы создать любой из этих источников света, активизируйте вкладку Create, щелкните на кнопке Systems (Системы), затем на кнопке Sunlight (или Daylight) и перетащите указатель мыши в окне проекции. В окне появится вспомогательный объект Compass. Щелкните мышью еще раз — и источник света Direct (или Skylight), выполняющий роль Солнца, будет готов. Вспомогательный объект Compass создается как часть источника Sunlight. Основное различие между этими двумя системам заключается в том, что в системе Sunlight используется источник света Direct, а в Daylight — источник света Skylight.

Использование эффекта объемного освещения

Когда свет проходит сквозь туман, дым или пыль, его лучи становятся видимыми. Этот эффект называется объемным освещением. Для того чтобы добавить в сцену объемное освещение, активизируйте с помощью команды RenderingsEnvironment (Визуализация>Среда) диалоговое окно Environment (Среда), а затем щелкните на кнопке Add (Добавить), которая расположена в разворачивающейся панели Atmosphere (Атмосфера). В появившемся диалоговом окне Add Atmospheric Effect (Добавить атмосферный эффект) выберите значение Volume Light (Объемное освещение). Параметры объемного освещения устанавливаются в разворачивающейся панели Volume Light Parameters (Параметры объемного освещения).

Если выбран источник света, эффект Volume Light можно также добавить с помощью разворачивающейся панели Atmospheres & Effects (Атмосферы и эффекты), расположенной во вкладке Modify (Модифицировать).

Использование карт проекторов и трассированных теней

Если в разворачивающейся панели Advanced Effects к источнику света добавить карту, этот источник станет проектором. Карты проекторов могут быть простыми и анимированны-ми изображениями либо черно-белыми масками для отбрасывания теней. Для того чтобы загрузить карту проектора, выделите источник света, активизируйте вкладку Modify, в группе Projector Map (Карта проектора) разворачивающейся панели Advanced Effects щелкните на кнопке, расположенной справа от флажка Map (Карта). Затем с помощью окна Material/Map Browser (Просмотр материала/карты) выберите нужную карту.

Тени типа Ray Traced Shadows визуализируются дольше, чем тени Shadow Map и Area Shadow, однако в результате получаются тени с четкими краями, точно передающие очертания предметов.

Тип используемой тени (Area Shadow, Shadow Map или Ray Traced Shadows) можно выбрать в группе Shadows разворачивающейся панели General Parameters. Тени типа Ray Traced Shadows позволяют проецировать цвета прозрачных объектов.