Характеристики світла і методи візуалізації тіней

Світло має три головні характеристики: яскравість (Multiplier), колір (Color) і відкидані від освітлених ним об'єктів тіні (Shadows).

При розстановці джерел світла в сцені обов'язково звернете увагу на їх колір. Джерела денного світла мають блакитний відтінок, для створення ж джерела штучного світла потрібно додати йому жовтуватий колір.

Також слід брати до уваги, що колір джерела, що імітує вуличне світло, залежить від часу доби. Тому якщо сюжет сцени має на увазі вечірній час, освітлення може бути в червонуватих відтінках літнього заходу.

Різні візуалізатори пропонують свої алгоритми формування тіней. Відкидана від об'єкту тінь може сказати про багато що — як високо він знаходиться над землею, яка структура поверхні, на яку падає тінь, яким джерелом освітлений об'єкт і так далі

Окрім цього тінь може підкреслити контраст між переднім і заднім планом, а також «видати» об'єкт, який не потрапив у поле зору об'єктиву віртуальної камери.

Залежно від форми відкиданої об'єктом тіні сцена може виглядати реалістично (мал. 6.6) або не зовсім правдоподібно (мал. 6.7).

Як ми вже говорили вище, справжній промінь світла зазнає велика кількість віддзеркалень і заломлень, тому реальні тіні завжди мають розмиті краї. У тривимірній графіці використовується спеціальний термін, яким позначають такі тіні — м'які тіні.

Добитися м'яких тіней досить складно. Багато візуалізатори вирішують проблему м'яких тіней, додаючи в інтерфейс 3ds max 7 неточкове джерело світла, що має прямокутну або іншу форму. Таке джерело випромінює світло не з однієї крапки, а з кожної точки поверхні. При цьому чим більше площа джерела світла, тим більше м'якими виходять тіні при візуалізації.

Існують різні підходи до візуалізації тіней: використання карти тіней (Shadow Map), трасування (Raytraced) і глобальне освітлення (Global Illumination). Розглянемо їх по порядку.

Мал. 6.6. Об'єкт з м'якими тінями

Мал. 6.7. Об'єкт з різкими тінями

Мал. 6.8. Сувій налаштувань Shadow Map Params (Параметри карти тіней) джерела світла

Використання карти тіней дозволяє отримати розмиті тіні

з нечіткими краями. Головне налаштування Shadow Map (Карта тіней) — це розмір карти тіней (параметр Size (Розмір)) у свиті налаштувань Shadow Map Params (Параметри карти тіней) (мал. 6.8). Якщо розмір карти зменшити, чіткість отриманих тіней також знизиться.

Метод трасування дозволяє отримати ідеальні формою тіні, які, проте, виглядають неприродно із-за свого різкого контура. Трасуванням називають отслежіваніраженії. Цей метод є альтернативою трасуванню освітлення. Якщо метод трасування візуалізує тільки ті ділянки сцени, на які потрапляють промені світла, то метод глобального освітлення прораховує рассєїваємость світла і в неосвітлених або таких, що знаходяться в тіні ділянках сцени на основі аналізу кожного піксела зображення. При цьому враховуються всі віддзеркалення променів світла в сцені. ПОРАДУ Глобальне освітлення дозволяє отримати реалістичне зображення, проте процес візуалізації сильно навантажує робочу станцію і, до того ж вимагає багато часу. Тому в деяких випадках має сенс використовувати систему освітлення, що імітує ефект розсіюваного світла. При цьому джерела світла мають бути розміщені так, щоб їх положення збігалося з місцями прямого попадання світла. Такі джерела не повинні створювати тіней і повинні мати невелику яскравість. При такому методі, безумовно, не виходить настільки ж реалістичне зображення, як можна отримати, використовуючи справжній метод глобального освітлення. Проте в сценах, які мають просту геометрію, він цілком може стати в нагоді. Алгоритмів прорахунку глобального освітлення існує декілька, один із способів розрахунку відбитого світла — фотонне трасування (Photon Mapping). Цей метод має на увазі розрахунок глобального освітлення, заснований на створенні так званої карти фотонів. Карта фотонів є інформацією про освітленість сцени, зібрану за допомогою трасування. Перевага методу фотонного трасування полягає в тому, що одного разу збережені у вигляді карти фотонів результати фотонного трасування згодом можуть використовуватися для створення ефекту глобального освітлення в сценах тривимірної анімації. Якість глобального освітлення, прорахована за допомогою фотонного трасування, залежить від кількості фотонів, а також глибини трасування. За допомогою фотонного трасування можна також здійснювати прорахунок ефекту каустики (докладніше про ефект каустики читайте в разд. «Загальні відомості про візуалізацію в тривимірній графіці» гл. 7).