Размещение камер в сцене

После создания модели важно потратить некоторое время на нахождение возможных вариантов расположения камеры. Вы можете найти несколько желаемых видов, но это не значит, что в данной сцене не существует других расположений для получения такого же или лучшего результата.

Очень полезная функция в 3d max это выбор любого типа и размера линз. Если вы хотите поставить новую линзу, или изменить зуммирование, то добиться этого можно нажатием на одну кнопку. Но несмотря на этот простой способ изменения параметров экспозиции, желательно использовать линзы, подобные реально существующим (это добавит фотореалистичность к результату).
Фотографирование интерьера (установка камеры)может быть сложной задачей для фотографа (дизайнера), не определившегося с выбором размера линзы. Например вам может понадобиться очень широкий угол обзора камеры для того, чтобы запечатлеть маленькую ванную комнату, однако использование таких линз не должно быть единственным способом (не забывайте так же, что большинство камер имеют угол обзора 90 градусов или меньше). Достаточно часто применение наиболее узкого Поля зрения (Field of view) и акцентирование камеры на некоторых отдельных деталях сцены, приносят наилучший результат.
Одна из возможностей, которые имеют 3д дизайнеры в отличие от фотографов, это использование Плоскости отсечения (Clipping plane). Иногда помещение камеры за стеной, с последующим использованием плоскости отсечения позволяют использовать реальные типы линз. Перспектива в одну точку бывает чрезвычайно полезна в таких случаях, так как плоскость отсечения может быть параллельна стене, через которую ведется съемка. Если же плоскость отсечения не помогает, то существует возможность просто передвинуть некоторые вершины стены так, чтобы стена не загораживала обзор камеры, рисунки 62 и 63 – широкий угол поля зрения, а на рисунках 64 и 65 - узкий.

Рисунок 62

Для визуализации интерьера камеру обычно располагают ниже уровня глаз. Камера может быть всего в 90-120 сантиметрах от пола. Это помогает создать более натуральные линии перспективы, также многие элементы интерьера, такие как мебель, находятся ближе к этой высоте и будут более правильно представлены при визуализации. Это так же помогает избежать излишних искажений при использовании линз с широким углом обзора. А также позволяет визуализировать больше поверхности пола, чем поверхности потолка, рисунок 64.

Рисунок 63

Рисунок 64

Рисунок 65

Рисунок 66

В этой визуализации используется правило третей. По существу правило третей представляет собой разделение рисунка, получаемого камерой, на 9 равных частей путём построения двух вертикальных и двух горизонтальных линий. На пересечениях этих прямых будут лежать основные объекты сцены.
Это не значит, что все объекты сцены должны находиться точно на линиях или их пересечениях, но если, по возможности, придерживаться этого правила, то можно получить более живую и интересную композицию. Это также помогает убрать доминирующий объект из центра картины, не уменьшая его значимости в данной сцене, смотрите на приведенные рисунки 67 и 68.

Рисунок 67

Существует другое правило - правило диагоналей. Следуя ему объекты, находящиеся на диагоналях лучше воспринимаются, чем все остальные, рисунки 69 и 70.

Рисунок 68

Рисунок 69

Рисунок 70

Обратите внимание на места соприкосновения объектов. Композиция интерьера требует контроля за деталями сцены. Так как в примере имеется множество объектов мебели, украшений и тому подобного, то существует возможность расположить объекты, чтобы они не касались и друг друга. Наилучшим выходом будет расположить объекты так, чтобы они частично закрывали друг друга, рисунок 71, иди наоборот отодвинуть друг от друга, иначе теряется много деталей, рисунок 72. Иногда размещение объектов сцены может меняться в зависимости от направления камеры, в таком случае применение модификатора XForm (3 ds max) поможет избежать создания множества копий вашего файла.

Рисунок 71

Очень важно обращать внимание на отражения в сцене. Для примера, на рисунке 70 белая стена справа занимает большую часть картины и отвлекает внимание от остальных объектов сцены, рисунок 73а. Но если сделать эту стену зеркальной, то полученный результат будет выглядеть очень интересно, рисунок 73б.

Рисунок 72

а б

Рисунок 73

12.4. Освещение сцены

Освещение это одна из наиболее важных составляющих визуализации. Качественное освещение помогает не только получить красивую картинку, но и сделать её фотореалистичной. Освещение - фундаментальная составляющая выразительности вашей сцены. Сколь угодно качественная и сложная модель при плохом освещении ничем не выигрывает у любительских поделок. И наоборот, правильный, продуманный свет заставит поверить, что ваш чайник - настоящий (и необязательно делать его зеркальным).

Очень важно понимать, как свет ведет себя в реальном физическом мире. На рисунке 72 показан солнечный день. Главный источник света - солнце. Синее небо обеспечивает дополнительное освещение со своими особенностями. Немного отраженного от опорной поверхности света также создает третий своеобразный источник света, рисунок 74.

Рисунок 74

Солнце - отбрасывает острые четкие тени. Синее небо является очень большим по площади источником, и в результате создает мягкие тени (которые в данном случае не видны благодаря яркому солнцу). Следует помнить, что чем меньше источник света, тем четче тени.

Освещение от синего неба имеет очень сильное цветовое влияние на сцену в целом. Тень, отброшенная шаром, является синей, потому что теневая часть освещена небом. Части шара, которые не находятся под воздействием прямого солнечного света, также берут синий оттенок.

Наконец отраженный от пола свет, который подсвечивает нижнюю часть шарика, также является преобладающей синим (даже при том, что пол и шарик имеют белый цвет), так как опять в освещении участвует синее небо. Нижняя поверхность шарика получает больше отраженного света, потому что он ближе к отражающей поверхности.

Самые темные области в изображении - граница света и тени на поверхности шара - эту зону называют границей собственной тени. Центральная часть очень темна, потому что не получает никакого солнечного света, так же недостаточно получает небесного и совсем не получает отраженного освещения. Края этой области светлее, потому что сверху получают часть освещения от неба, и снизу – но уже отраженный от пола свет. Частично из-за контраста, будучи близко к очень яркой части шара кажется, что область собственной тени темнее. Она также темнее из-за отсутствия отраженного света. Поэтому, в отличие от остальной части шара, которая получает либо солнечный свет (верхняя часть), либо отраженный и небесный свет (нижняя часть), здесь главный и единственный источник освещения - синее небо.

Почему свет от неба - синий? Видимый свет состоит из фотонов, эти частицы имеют различные длины волн в зависимости от их цвета: синий свет включает частицы с более короткой длиной волны, а красный - частицы с более длинной волной. При прохождении через толщу атмосферы, фотоны с более короткими длинами волн рассеиваются. Атмосфера состоит из различных газов. Фотоны, проходящие через атмосферу, сталкиваются с атомными частицами, и отклоняются от своей первоначальной траектории. Фотоны с более короткими длинами волн отклоняются меньше, поэтому больше всего рассеиваются фотоны синей части спектра.

Более длинные волны (красные), могут дольше сохранять первоначальное направление в толще атмосферы. Вот почему закаты красные. Солнечный свет проникает через более толстый слой воздуха чем в дневное время, и много синего света теряется из-за рассеивания в более толстом слое атмосферы, поэтому преобладающий свет вечером - красный.

Эффект отражения от поверхностей синих фотонов во всех направлениях приводит к тому, что синим светом заполнено все вокруг. Он достаточно силен, чтобы осветить области, которые не находятся в области прямого солнечного света.

Когда свет попадает на поверхность, он либо отражается от нее, либо поглощается ею, в зависимости от свойств поверхности. Белый объект отразит все длины волн, тогда как черный объект поглотит их. Когда белый свет попадает на красную поверхность, синие и зеленые длины волны поглощаются, и красный свет отражается. Когда отраженные фотоны попадают на следующую поверхность, они будут освещать эту поверхность красным светом. Это явление называют глобальным освещением, и цвета рядом находящихся объектов будут друг на друга влиять, добавляя свои оттенки.

Большинство дизайнерских решений требует равный баланс света и тени, с некоторым среднеарифметическим освещением, потому что это привычное освещение, которое мы видим ежедневно. Однако бывают ситуации, где некоторые объекты требуют показать себя в ярком или наоборот, темном свете, например туман, снега, или вечернее время суток.

Яркие и контрастные изображения имеют господство белых или очень светлых тонов и имеют тенденцию выглядеть легкими и воздушными. Яркое освещение часто смягчает детали, или делает их вообще невидимыми. В природе яркое освещение присутствует в тумане и снегу, где даже тени светлые, из-за многократного отражения лучей от яркой среды.

Изображения со слабой освещенностью имеют по природе очень мало света. Контраст обычно высок и освещение слабое. Низкое освещение может создать очень напряженную атмосферу и часто используется именно для этого. Самое очевидное время для такого освещения - вечернее, но оно так же может присутствовать, например, в изображении шторма или в интерьерах.

Большинство источников света, имеет цветовой оттенок, однако человеческий мозг очень хорошо адаптируется к этому. Пока есть неопределенная смесь трех первичных светов, наш мозг интерпретирует это освещение как белое. Даже при освещении с очень сильным цветом мы способны фильтровать информацию, которую наши глаза получают, и чувствовать их в относительном, а не абсолютном смысле. Человек не воспринимает искусственное освещение как окрашенное – желтое, голубое или оранжевое. Но если выйти на улицу в темное время и посмотреть на горящие окна, вы увидите, что каждое окно окрашено определенным светом.

Самая распространенный метод освещения – трехточечная. Этот метод освещения используется не только в трехмерной графике, но также в кино, фото и театральном деле. Во многих случаях такая расстановка служит основой для создания более сложных осветительных систем. Чаще всего этот метод используется, когда надо осветить отдельный объект или компактную группу объектов, и может быть с успехом использован при работе с программами трехмерной графики.

Базовая расстановка содержит три осветителя: ключевой, заполняющий и обратный. Каждый из этих световых источников решает свои задачи.

Расположение всех трех источников изображено на рисунке 73.

Рисунок 73

Ключевой свет, как видно из названия, является основным осветителем сцены. Обычно этот ключевой источник ставят в сцене первым. Чаще всего это прожектор Target Spot.

Одного источника недостаточно, потому что с теневой стороны появиляется провал - не видно нижнюю часть плафона. Это происходит из-за того, что в реальном мире поверхности отражают свет, а стандартный визуализатор 3ds max этого делать не умеет. Следовательно, придется смоделировать свет, который должен был отразиться от поверхности и осветить грушу с теневой стороны. Для этого ставится второй источник.

Второй световой источник - заполняющий. Главная роль этого источника - ослабить контраст и выявить детали, находящиеся в тени объекта. Он должен быть слабее и располагаться на противоположной стороне от ключевого источника. Обычно в качестве заполняющего света ставится лампочка (Omni) мощностью 0,2—0,5.

Чтобы передать объем объектов, ставится еще один источник - источник обратного света. Иногда его еще называют силуэтным. Он имеет две главные задачи. Во-первых, он добавляет глубины к сцене, отделяя объекты переднего плана от фона, что является важной задачей, если фон достаточно сложно организован. Во-вторых, этот осветитель используется для того, чтобы осветить контуры объекта. Обратный свет обычно располагается позади и выше объекта и направлен точно против камеры.

Самая большая проблема с этой установкой состоит в том, что она искусственная и не отражает действительность. Использование контурного освещения нужно только для определенного эффекта драматизма или для подчеркивания деталей. Теневое освещение может быть очень эффективным, но должно использоваться с умом, а не вслепую в каждой ситуации.

Направление источника света очень сильно влияет на наше восприятие освещения и того, какие объекты как в сцене воспринимаются. Выбор в направлении освещения - одно из самых важных решений, которые вы можете сделать, так как это возымеет большое действие на зрителя, на то, как сцена проявит себя, и также на эмоции, которые могут возникнуть при просмотре.

Рассмотрим некоторые другие методы освещения.

Фронтальное освещение - источник света находится позади зрителя. Обычно присутствует в фотографиях сделанных со вспышкой, и они часто довольно непривлекательны если источник света маленький и четкий. Но в небольшом количестве случаев очень привлекательные изображения могут получиться от рассеянного фронтального освещения.

Фронтальное освещение делает все, чтобы испортить представление о предмете и его деталях. Однако мягкое рассеянное фронтальное освещение может быть весьма полезным для некоторых предметов по этой же самой причине - оно может скрыть морщины, трещины и вмятины, и поэтому весьма часто используется в фотографии предметов и в портретной съемке. Фронтальное освещение может сделать картинку плоской, так как не подчеркивает форму и текстуры.

Боковое освещение очень хорошо для показа формы и фактуры, оно создает объем в изображении. Тени видны, и изображение контрастно и ярко. Боковое освещение может использоваться для драматических теней на стенах и для создания атмосферы.

Потенциальные недостатки использования такого освещения состоят в том, что некоторые области изображения могут находится в тени. Это может быть нежелательным, например в случае морщин. В фотографии портретов например этот тип освещения вообще используется больше на мужчинах, чем женщинах, потому что это может выявить резкие, "мужественные" черты. Длинные тени поперек изображения помогают добавить помещению глубину и объем.

Контурное освещение находится там, куда зритель смотрит, и объекты будут иметь яркие контурные грани, подчеркивающие форму, или будут освещены только им, находясь в полумраке, что придаст им таинственность и призрачность. Если источник света будет под небольшим углом относительно точки зрения, то объект будет иметь тонкий светящийся ореол, подчеркивающий края, и чем более яркий источник света, тем резче и контрастнее будут края.

Сцены с контурной подсветкой обычно содержат много теней, если источник света не рассеянный. Большая часть изображения будет в тени, драматично сочетаясь со светом. Подсвеченные грани, которые возникают в такой ситуации, могут быть очень полезными для того, чтобы подчеркнуть формы объектов среди теневой части изображения. Другая особенность этого вида света – подчеркивание полупрозрачности и любых других деталей или текстур, которые будут играть в таком свете.

Освещение сверху - более обычная ситуация, характерная для пасмурных или дневных сцен. С этим можно также столкнуться в полдень, в некоторых интерьерах. В рассеянном освещении это эффективный способ показать форму. Для пасмурного дневного света, это самая реалистичная установка, где небо - большой рассеянный вертикальный источник света.

Освещение снизу встречается редко, что, делает его еще более необычным. В естественной ситуации это могло бы случиться, если бы кто-то стоял рядом с походным костром или камином. Отраженный свет может также исходить снизу, например от воды. Редкость этого вида освещения может использоваться для реализации творческих задач. Мы инстинктивно верим вещам, которые видим, и если эти вещи не кажутся правильными - это может создать определенные, не сочетающиеся с данным предметом настроения.

Теперь несколько практических советов по установке света в различных программах 3-D графики.

Во многих программах направленные источники света по умолчанию имеют довольно большую область максимальной освещенности (hot spot), немногим меньшую, чем граница затухания (fallow of). В реальной жизни таких источников не бывает, особенно если речь идет о лампах накаливания и других точечных источниках. В результате появляются характерные пересвеченные области на больших плоскостях, и мертвые зоны абсолютно однородного освещения, придающие картинке неестественный, жесткий компьютерный вид, рисунок 76а.

а б

Рисунок 76

Возьмите себе за правило любому вновь созданному направленному источнику света задавать минимальное значение "hot spot", рисунок 76б.

Полное отсутствие вторичного освещения, возникающего за счет отражения падающего света от светлых поверхностей, гарантировано только в открытом космосе у объекта, рядом с которым нет ничего. Именно такое освещение при освещении сцены единственным источником света. В реальной жизни любой объект освещен, помимо основного источника, массой рефлексов (вторичное освещение) от своего окружения. Например, ярко освещенный настольной лампой шарик всегда подсвечен снизу светом, отраженным от поверхности стола (не путайте рефлекс с зеркальным отражением). Чтобы имитировать рефлекс поставьте под стол маломощный источник света (не забудьте отключить у него функцию отбрасывания теней, т.к. он виртуальный – его в сцене нет), и пусть он освещает ваш объект снизу, и немного спереди. Если стол цветной, то не забудьте назначить ему цвет, совпадающий с цветом отражающей поверхности (стола). На рисунке 77 обратите внимание на цветной рефлекс, отбрасываемый кубом на боковую затененную сторону цилиндра.

Рисунок 77

В реальности не бывает бесцветных источников света. Всегда есть оттенок, придающий холод свету неоновой лампы, и теплоту солнечному свету и лампам накаливания. В 3- D программах по умолчанию источники бесцветно серо-белые. Сцена с таким светом будет обладать малой выразительностью.

Придайте основному вашему источнику оранжевой желтизны, и в сцену проникнет солнечное настроение. Если ваш объект дизайна - логотип заказчика, или упаковка его продукции, то сам бог велит осветить его цветным светом. В этом случае, особенно если применяется яркое контрастное освещение, следует позаботиться и о цвете дополнительного и контурного освещения и теней.

Наше зрение устроено так, что темные области при контрастном освещении нам кажутся окрашенными в цвет, дополнительный к цвету основного освещения. К счастью, во многих современных программах есть возможность задать цвет тени. В крайнем случае, нужно просто подсветить теневые области цветными источниками, рисунок 78.

Рисунок 78

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите основные этапы создания дизайнерского проекта.

2. Каковы основные принципы фотореализма?

3. Правила установки камер в сцене и контроль за деталями сцены.

4. Каким образом объекты освещаются в реальной жизни?

5. Что такое глобальное освещение?

6. Опишите трехточечное освещение сцены.

7. Какие еще методы освещения вы можете назвать и описать?

Список литературы

1. Айден К., Фибельман X., Крамер М. Аппаратные средства PC. - СПб.: BHV - Санкт-Петербург, 1996.

2. Айриг С., Айриг Э. Подготовка цифровых изображений для печати. -Минск: Попурри, 1997.

3. Кодеры и декодеры MPEG, А. Ануфриев. Информационно-технический журнал - изд. ООО «Издательство 625», №7, 2003.

4. Банах Д.Т., Джонс Т. Autodesk Inventor – М. Лори. 2002.

5. Барг П. Цифровая фотография. – М. Гранд.2005.

6. Информатика. Базовый курс. Под ред. Симоновича С.М. - Санкт-Петербург. Питер, 2001.

7. Кравченя Э.М., Абрагимович Т.И.Компьютерная графика. Новое знание. 2006 г.

8. Люкшин Б.А. Компьютерная графика. Учебное пособие. – Томск, 2005.

9. Мак-Клелланд Д. Adobe Photoshop 7. Библия пользователя. – М. Диалектика, 2001.

10. Маров М. 3ds max 4. – Санкт-Петербург. Питер, 2002.

11. Пантюхин П.Я., Быков А.В., Репинская А.В. Компьютерная графика: В 2 ч. Ч. 2: Пособие для преподавателя. В 2-х ч Ч:2 Учебное пособие для ССУЗов. Феникс. 2006 г.

12. Петров М.Н., Молочков В.П. Компьютерная графика. Учебник для вузов. - Санкт-Петербург. Питер, 2006.

13. Пономаренко С. И. Adobe Photoshop 6 в подлиннике. - СПб.: БХВ-Петербург, 2001.

14. Шлихт Г. Ю. Цифровая обработка цветных изображений. - М.: ЭКОМ, 1997.