Загальні відомості про освітлення в тривимірній графіці

У будь-якому редакторові тривимірної графіки (Lightwave 3d, Maya, Softimage, 3ds max і ін.) реалістичність візуалізованого зображення залежить від трьох головних чинників: якості створеної тривимірної моделі, вдало виконаних текстур і освітлення сцени. Одна і та ж сцена, прорахована при різному освітленні, може виглядати абсолютно по-різному. 

При зміні положення джерел світла в сцені спотворюється фарбування об'єктів, форма відкиданих тіней, виникають ділянки, занадто залиті світлом або дуже затемнені.

Створення реалістичного освітлення в сцені — одна з найбільших проблем при розробці тривимірної графіки. У реальності падаючий промінь світла зазнає величезна кількість віддзеркалень і заломлень, тому дуже рідко можна зустріти різкі, нерозмиті тіні. Інша справа — комп'ютерна графіка. Тут кількість падінь і віддзеркалень променя визначається тільки апаратними можливостями комп'ютера. До певного моменту в тривимірній графіці переважали різкі тіні. Сцена, з якою працює дизайнер, є лише спрощеною фізичною моделлю, тому візуалізоване зображення далеко не завжди схоже на сьогодення. Але не дивлячись на це, освітлення в тривимірній сцені все ж таки можна наблизити до реального. 

Стандартні джерела світла

Середовище 3dsMax пропонує нам кілька джерел світла ( ІС), коректно працюють зі стандартним сканлайн - візуалізатором ( Scanline Default Renderer ) . Всі вони розрізняються способом випромінювання світла і , що вже вдруге , формою відкидаємо тіні. За допомогою них можна імітувати практично будь-яку схему освітлення , доступну в реальному світі. Всі стандартні ІС доступні в 3dsMax повторюють властивості джерел зустрічаються в нашому житті. На даний момент в 3dsMax доступні: Target Spot ( Націлений прожектор ) , Free Spot ( Вільний прожектор ) , Target Direct ( Націлений прямий ІС) , Free Direct ( Вільний прямий ІС) , Omni ( Всенаправлений ) , SkyLight ( Світло небесного купола ) .

Створити будь-який з цих джерел можна таким чином.

Перейти на панель Create (Створити ) .

Вибрати категорію Lights ( Джерела Світла ) .

У випадаючому списку визначити тип джерел як Standart ( Стандартні ) .

Вибрати потрібний ІВ.

Джерела mr Area Omni і mr Area Spot , працюють коректно лише з візуалізатором Mental Ray .

Target Spot і Free Spot

Джерело світла типу Spot імітує поширення світла сфокусованим пучком. Схожа поведінка ми можемо спостерігати у прожектора, маяка, ліхтарика, фар автомобіля і т.п.

Рис.1 Поширення світла і форма тіні у джерела типу Spot

Так як генеровані промені світла розходяться з точки випромінювання під кутом, то і відкидається цим джерелом тінь нарощує площа в міру віддалення від предмета. Логічно припустити, що для імітації сонячного світла такий ІС не застосовується, але добре підійде для штучних ІС. У рідкісних випадках можна частково імітувати природні ефекти - наприклад, проходження сонячних променів через діри в хмарах або через листя в лісі (Рис.2, зверху-праворуч).

Рис.2 Приклади реальних світлових пучків

Target Direct і Free Direct

Джерело світла типу Direct імітує поширення паралельних променів. Світло випромінюється не з точки, як у випадку з ІС Spot, а з площині. У природі джерелом паралельних променів є сонце. Таке джерело дозволяє відкидати тіні предметів у вигляді витягнутих проекцій без розширення їх при видаленні від об'єкта.

Рис.3 Поширення світла і форма тіні у джерела типу Direct

Omni

Omni випромінює світло з точки у всіх можливих напрямках. Тіні від предметів, схильних випромінюванню Omni нагадують за формою тіні Spot. Це розширюються при видаленні від об'єкта проекції. За допомогою Omni ми можемо іммтіровать світло від свічки, різні ламп, кульової блискавки і т.п.

Рис.4 Поширення світла і форма тіні у джерела типу Omni

Рис.5 Приклади точкових джерел світла

Skylight

Уявіть собі гігантський купол над вашою сценою в 3dsMax, з поверхні якого випромінюється світло. Промені багаторазово перевідбивається від об'єктів і зрештою загасають, втрачаючи енергію. Всебічне висвітлення з багаторазовими перевідбиваннями.

Рис.6 Поширення світла і форма тіні у джерела типу Skylight

У результаті ми отримуємо рівну картину освітлення і м'які тіні (Рис.7). Саме так діє Skylight. Таке освітлення часто самодостатньо і не вимагає додаткових ІВ. Такий метод освітлення виключає чорні провали в тінях, а отже втрату деталей.

Рис.7 М'які тіні при висвітленні Skylight