Метод трехточечного освещения

Теоретическая часть этого раздела рассказывает о некоторых недостатках этого традиционного метода, обычно студийного, но его использование даст нам хороший шанс изучить дополнительные методы.

В методе трехточечного освещения используются три источника. Один источник испускает прямой свет, чтобы видеть детали объекта (в нашем случае - вазы). Другой светит с противоположной стороны, и освещает участки, затененные первым. Третий источник светит сзади и поверх, отбрасывая яркий ореол света вокруг задних и верхних краев объекта.

Начнем с создания источника называемого «ключевым» (key) источником. Выделите и удалите (X) те два источника, которые уже есть в вашей сцене.

Добавьте новый источник Spot примерно там, где это показано на иллюстрации. Мы разделили окно проекции, чтобы было лучше видно положение источников.

Рисунок LT.11: источник spot (ключевой источник). 3D курсор позиционируется перед добавлением источника в сцену.

Используя горячие клавиши или жесты, вращайте лампу Spot пока направляющая не будет проходить через вазу.

Рисунок LT.12: источник spot с направляющей проходящей через вазу.

Источник Spot обладает несколько большим набором настроек нежели другие типы источников, которые мы уже видели. Почти все они относятся к настройкам теней и мы их сейчас рассмотрим. Для начала дважды скопируйте Shift-D, расположите и разверните лампу так как это показано на рисунке.

Рисунок LT.13: три источника лампы Spot в методе трехточечного освещения. Посмотрите, сможете ли вы настроить сцену близко к этой конфигурации ламп.

Рендер с такими настройками создает эффект смешивания.

Рисунок LT.14: рендер с тремя источниками без изменения. Освещение по трем точкам с одинаковыми настройками.

Что нужно сделать, так это изменить интенсивность источников, чтобы придать изображению большую контрастность. Выберите лампу Spot номер 1 (ключевой источник), и измените значение Energy на 2. Также измените значения R и G в бегунках RGB на 0.6. Как видно в окне под ними, это изменит цвет ключевого источника на светло синий.

Рисунок LT.15: настройки источника. energy=2 и rg=0.6

Источник Spot номер 2 называют «заполняющим», так как он заполняет светом участки, которые не освещаются ключевым источником. Это долен быть более мягкий свет, поэтому понизьте значение energy до 0.60, также понизьте значение для ползунка синего цвета до 0.5.

Рисунок LT.16: настройки для заполняющего света

И последнее, выделите Spot 3, «задний свет», так как располагается позади объекта. Он придаст вазе яркую кайму вокруг ее верхних граней. Оставьте цвет без изменений (R, G и B установите на 1.0), но значение Energy поменяйте на 5.0.

Рисунок LT.17: рендер с измененными значениями energy и color. Результат намного лучше.

Есть несколько неприятных моментов в этом рендере, которые надо исправить. В первую очередь – это яркое отражение источников на деревянной поверхности для вазы, также как и слишком ярко освещенная левая сторона вазы. Мы не хотим потерять эффект отражения на самой вазе, поэтому не можем просто отключить этот эффект в настройках материала вазы, Blender позволяет сделать активным и неактивным настройки отражения и рассеивания на самих источниках света.

Выделите «заполняющий» источник (номер 2), и нажмите кнопку No Specular на панели его настроек. Проделайте то же самое с «задней» лампой (номер 3). Можете перерендерить, чтобы увидеть эффект.

Другая проблема – тень, создаваемая «задней» лампой. Если вы внимательней изучите изображение в окне рендера, то увидите, что оно стало зубчатым вдоль граней. В нашем первом примере мы активизировали настройки Ray Shadow для стандартного и Sun источников света. При таком методе формирования теней, они получаются резко очерченными, точными тенями без пользовательских настроек. Эти тени уменьшают скорость. В противоположность ему, метод теней по умолчанию для Spot ламп, называется буферизованные тени.

Каждый раз при рендере изображения с буферизованными тенями, выполняется дополнительный мини рендер из точки расположения источника света. Изображение строится исходя из того, насколько далеко объекты. Такой тип изображения называется «картой тени» (" shadow map"). Когда производится итоговый рендер карта теней используется для определения того, находится ли что-либо между объектом и источником света, и построения тени.

Возможно вы уже поняли почему тени, сгенерированные задним светом, получились зернистыми. Всё потому, что карта тени, будучи изображением, не обладает достаточным разрешением, чтобы покрыть всю необходимую поверхность сцены.

Мы можем контролировать размер карты тени при помощи ShadowBufferSize в панели Shadow and Spot. Выделите задний источник света и установите значение ShadowBufferSize на 2000. Отрендерьте чтобы убедиться, насколько лучше стали выглядеть тени.

Есть еще одна проблема связанная с задним светом, которую вы возможно и не заметили – свет проходит через вазу!

Рисунок LT.18: исправлено значение размера буфера теней, но свет проникает через вазу.

Почему это происходит? Не вникая в технические нюансы, будем считать, что стенки вазы не достаточно толстые, чтобы были учтены в расчетах. Как результат – неточная карта тени и не качественный рендер. Чтобы решить эту проблему понизьте значение Bias в панели Shadow and Spot до 0.3. Отрендерьте, проблема решена.

Рисунок LT.19: исправленный рендер. Намного лучше.

Возможно, вы подумаете, что настраивать буфер теней – это головная боль, и что проще было бы использовать постоянно ray shadows. Первая причина – это скорость рендера, вторая – пластичность. Если хотите, визуализируйте сцену используя буферизованные тени и отметьте время рендера. Затем замените в настройках buffered shadows на ray shadows, снова визуализируйте и посмотрите на разницу во времени. На моем компьютере она составила 20%.

Вторая причина, и вероятно самая важная, это пластичность. Буферизация теней позволяет делать их размытыми, что далает всё изображение мягче, реалистичнее. Чтобы увидеть этот эффект выставьте значение Soft для задней лампы на 10 и выполните визуализацию. Чтобы повысить качество изображения, можете увеличить значение Sample.

Рисунок LT.20: мягкие тени.

Во время работы с буферизованными тенями стоит быть особенно внимательным:

• Зернистые тени можно исправить если повысить значение ShadowBufferSize.
• Если свет проникает через объект, надо понизить значение Bias чтобы решить проблему.
• Тени можно размыть повысив значение Soft.

Есть еще два способа улучшить качество теней. Первый – это настроить конус источника Spot который вы видите в окне программы. Этот конус показывает освещаемый участок. Ничто вне этого конуса не получает от источника свет. Ваша задача, как светотехника в Blender, сделать этот конус настолько маленьким насколько это возможно, при этом, чтобы он охватывал объекты сцены.

Настройте площадь покрытия лампы Spot, уменьшая ползунок SpotSi (Spot Size) на вкладке Shadow and Spot. В нашем случае удалось сократить его до 15.00. Обратите внимание на рисунки, насколько меньше, чем раньше стал конус.

Рисунок LT.21: Конус света меньше. Постарайтесь добиться конуса света, который будет охватывать ваши объекты.

Вторая настройка, которая может оказать помощь с качеством Spot называется clipping (обрезание). Обрезание является всего лишь еще одним способом ограничить то, что видит теневой буфер в процессе создания. По умолчанию, вы можно увидеть в нижней части вкладки Shadow and Spot, 0.50 для ClipSta (Clip Start) и 40.00 для ClipEnd. Это означает, что Blender создаст карту теней для объектов, которые находятся между 0.50 и 40.00 единиц от лампы. Ничего вне этого диапазона не сможет отбрасывать тень. Как и размер конуса лампы Spot, мы хотим сохранить этот диапазон как можно меньше, но все еще охватывая все объекты, которые должны быть включены.

Новая версия Blender позволяет устанавливать значения этого обрезания автоматически. Чтобы сделать это, нажмите кнопку с изображением автомобиля в левой части каждого переключателя Clip на вкладке.

В элементарной сцене, например как наша, ни одна из этих оптимизаций не позволит увидеть разницы скорости рендера или качества. Для сложных сцен, с сотнями тысяч граней, и для тысячи рендеров в анимации, эти механизмы контроля действительно начнут доказывать свою полезность.

И последнее слово о буферизованных тенях. Если все эти параметры кажутся подавляющими, но вы хотите иметь быстрые буферизованные тени, то это вполне возможно. В дополнение к методу создания буферизованных теней по умолчанию (называемый Classic-Halfway по техническим причинам), существует еще один метод называемый Irregular (Нерегулярный).

Выберите ключевую лампу (номер 1) и измените выпадающее меню ниже кнопки Buf. Shadow на Irregular. ShadowBufferSize и некоторые другие средства управления исчезнут. Нерегулярные буферы тени дают очень хорошие края без использования трассировки лучей для обратной стороны. Отрегулируйте Bias (отклонение) для этой лампы на 0.300 и включите автоматическое обрезание (Auto clipping) для ClipSta и ClipEnd.

Рисунок LT.22: Окончательный рендер по методу трехточечного освещения.

Это достойная настройка освещения для нашей сцены. Мы хотели бы сделать еще одну, но мы провели столько времени над этой, что кажется неправильным, полностью отказаться от неё. Лучше мы просто получим её другим способом. Выделите все три лампы, затем нажмите клавишу M, которая, если вы помните, из главы Object, отображает панель Layer (Слои).

Используйте мышь или нажмите клавишу 2, чтобы переместить лампы на 2 слой. Если они не находятся на видимом слое, лампы не будут добавлять свет для сцены. Таким образом, использование слоев для создания различных наборов ламп, это отличный способ управлять освещением различных установок.

После перемещения этих ламп на 2 слой, давайте создадим новую лампу прямо над сценой. На этот раз, выберите лампу Hemi из набора инструментов. Если вы создаете лампу в виде сверху, она будет светить прямо вниз. Если это не так, воспользуйтесь Alt+R для устранения каких-либо вращений.

Рисунок LT.23: Новая лампа Hemi. Лампа Hemi светит из воображаемой полусферы.

Цель лампы Hemi состоит в том, чтобы осветить каждый объект в сцене, как если бы это было в середине гигантского, освещающего полушария. Для ламп Hemi, как и для Sun, местоположение не имеет значения - только их ориентация. Лампы Hemi не дают тени.

Здесь рендер сцены с настройками лампы Hemi по умолчанию.

Рисунок LT.24: Hemi освещает сцену. Сцена освещается от одной лампы Hemi.

Очевидно, лампы Hemi не очень подходят сами по себе. Однако, они являются хорошими, чтобы добавить немного света к сцене, затененные области которой кажутся слишком темными, или для придания цветного оттенка.

Так как мы будем использовать это, как своего рода второстепенное освещение, давайте уменьшим ползунок Energy до приблизительно 0.4, и выключим блеск, нажав кнопку No Specular.

Теперь мы добавим последний вид лампы - Area. Создайте одну лампу с панели инструментов и разместите её, как показано на рисунке.

Рисунок LT.25: Добавленная лампа Area.

Лампа Area направленного действия, поэтому мы должны направить её на вазу. Быстрый способ сделать это состоит в том, чтобы сначала выбрать лампу, а затем Shift+ПКМ выбрать вазу и нажать Ctrl+T. Выберите TrackTo Constraint из меню, которое появится. Ctrl+T указывает выделенному объекту направление на активный объект, независимо от того, где он находится. Лампа, которая отслеживает цель таким образом, будет даже автоматически следовать за анимированным объектом.

Для лампы Area включите Ray Shadow на вкладке Shadow and Spot. Установите Samples на 4, когда включите Ray Shadow. Установите Energy на 0.25.

Рисунок LT.26: Настройки лампы Area

Когда вы отрендерите, вы должны увидеть что-то вроде этого:

Рисунок LT.27: Рендер с лампой Area

Заметили размытые тени? Хотя используется трассировка лучей для вычисления теней, они не являются резкими. Почему нет? Лампа Area моделирует то, что случилось бы, если бы вы имели массив ламп Sun с трассировкой лучей. Переключатель Samples говорит лампе сколько ламп с трассировкой луча включать в ее вычисления. В этом случае, мы установили значение 4, которое создает массив с 4 на 4 лампами, давая в общей сложности шестнадцать ламп.

Рисунок LT.27.1: Фальшивые лампы Sun, с рендером. Рендер из массива ламп Sun, аналогичный лампе Area.

Здесь вы можете увидеть реальные лампы Sun организованные в массив 4x4. В результате рендер выглядит почти так же, как с одной лампой Area.

Лампы Area могут дать реалистический эффект относительно затенения и теней, но это увеличивает расходы на вычисления. Поскольку их тени вычисляются с помощью трассировки лучей, рендер может быть медленным. При увеличении значения Samples, повышается качество, но страдает скорость.

Другой вопрос с лампами Area, это то, что расстояние от предмета может быть важным. Оно настраивается для оптимальных условий освещения на расстоянии, указанном в Dist на вкладке Lamp. Эта величина показывает центральную линию ориентации, направленную от лампы в 3D окне. Перемещение лампы гораздо ближе или дальше от предмета, чем её установленное значение Dist, может оказать сильное увеличение или снижение уровней энергии.

Прежде чем мы перейдем к окончательному методу освещения сцены, мы добавим еще одну хитрость для улучшения техники наших знаний о лампах. Хотя мы сделаем это для лампы Area, это будет работать для любого типа ламп в Blender.

Рисунок LT.27.2: Вкладка Texture and Input для лампы.

На вкладке Texture and Input на панели Lamp, воспользуйтесь меню выбора, ниже кнопки Add New, чтобы найти текстуру, которая называется Branches (Ветки). Затем нажмите на кнопку View (Просмотр) ниже селектора текстур, чтобы изменить способ наложения текстуры на лампу. Лампы могут использовать стандартные Blender текстуры для наложения, и эти текстуры можно использовать для изменения цвета освещения. Одно из лучших использований для этого является имитация того, что свет проходит через ветви дерева и листьев.

Конечно, вы могли бы смоделировать реальное дерево с листьями, и свет лампы, проходя через него, создавал бы реальные тени. Но в большинстве случаев, использование таких трудностей, не стоит разницы в результате рендера.

Cнова отрендерьте, и посмотрите, как влияет на свет текстура Branches.

Рисунок LT.27.3: Рендер с ветками. Образ веток из текстуры, примененной к лампе.

Branches текстура была уже создана для вас, но вы можете использовать любые инструменты текстурирования, рассмотренные в главе Материалы и Текстурирование, чтобы создавать текстуры для вашей лампы. Они могут состоять из слоев, как и материалы, а также их масштабы и смещения могут корректироваться и анимироватся отдельно. Например, если вы хотите сделать достаточно убедительным анимацию теней от веток при движении ветра, можно создать три разные текстуры ветвей, поместить их в стек, и анимировать каждую различными путями. Хотя это, вероятно, не было бы удовлетворительным, если бы это был характерный элемент части сцены, но этого, безусловно, будет достаточно для фоновой работы.

На данный момент, вы можете нажать кнопку Clear (Очистить) для удаления текстуры из лампы.

Помимо ламп, есть еще один способ добавления света для сцены. Это производит превосходные результаты, но может быть медленным. Видите ли вы здесь тенденцию?

[править]

Ambient Occlusion (Объемное окружение)

Выберите и удалите лампу Hemi которую вы создали ранее. Выберите лампу Area и перенесите её на 3 уровень, чтобы не использовать её сейчас.

Найдите панель World buttons (F8), которая является еще одной подпанелью, панели Shading buttons, такой как, например, Lamps. Нажмите на вкладку Amb Occ чтобы отобразить её. Ambient Occlusion относится к технике, при которой рендеры трассировки лучей могут использовать для работы грани, которые находятся рядом, и указывают в направлении других граней, чтобы отобразить их темнее, а грани находящиеся далеко, или направленные на другие грани, сделать светлее. Чтобы увидеть эффект на практике, нажмите на кнопку Ambient Occlusion на вкладке Amb Occ, а затем отрендерьте.

Рисунок LT.28: Вкладка Amb Occ с настройками. Настройки Ambient Occlusion по умолчанию.

Рендер зернистый, но показывает, как плитка под вазой имеет тонкие затенения на ней, как будто ваза имеет незначительные тени. Кроме того, в нижней части ваза темнее, чем наверху, так как её нижние грани направлены на керамическую плитку, а грани верхней части направленны на " небо". И все это без каких-либо ламп! Этот метод освещения сцены может быть превосходным, когда вы хотите правдоподобность с очень небольшой настройкой и имеете время для рендера.

Рисунок LT.29: Amb Occ рендер с настройками по умолчанию. Рендер только с Ambient Occlusion.

Повышение значения Samples для Ambient Occlusion сглаживает зернистость, но занимает больше времени. Весьма обычно работать со сценой, которая содержит Ambient Occlusion с очень низким значением Samples, например 2, чтобы увеличить скорость, в то время как вы хотите настроить остальную часть сцены. После этого, вы можете увеличить это, до приблизительно 10 для вашего финального рендера и наливаете себе чашку кофе.

Чтобы демонстрировать, как правдоподобность в изображении может быть значительно увеличена при использовании Ambient Occlusion (часто, как правило называют AO), давайте вернем нашу лампу Area. Включите слой 3 (Shift+ЛКМ на кнопке 3 слоя на заголовке 3D окна, или используйте Shift+3), и отрендерьте. Так как AO уже добавляет существенное количество света к сцене, уменьшите ползунок Energy лампы Area ещё больше до 0.1. Отрендерьте.

Результат - мягко освещенная сцена с высокой степенью правдоподобности. Если вы хотели бы действительно удалить зернистость в рендере, измените Samples AO на 10 и проверьте новый результат. Samples AO могут быть увеличены до 16, но превосходные результаты обычно достижимы с меньшими значениями.

Рисунок LT.30: Окончательный рендер.

[править]

Заключение

Освещение само по себе является искусством. Крупные компании имеют художников в штате, которые делают только освещение. Это сложный вопрос, который может создать или загубить сцену. В то время как мы показали вам механизмы, используемые в Blender инструментов освещения в этом туториале, мы рекомендуем вам изучить раздел обсуждение этой главы, и искать другие ресурсы для расширения ваших художественных способностей.