Загальні відомості про візуалізацію в тривимірній графіці

Візуалізація — це останній, а значить, найвідповідальніший етап створення тривимірного проекту. Невдало виконана візуалізація може звести нанівець всі багатоденні зусилля по моделюванню, освітленню і текстуруванню сцени. Якщо порівнювати роботу в 3ds max 7 з відеозйомкою, то важливість правильного вибору налаштувань візуалізатора можна зіставити з важливістю вибору плівки, на якій знімається матеріал. Точно так, як і на двох плівках різних фірм можуть виходити яскравий і бляклий знімки, результат роботи аніматора може бути красивим або посереднім, залежно від того, який алгоритм прорахунку зображення вибраний. Саме тому візуалізації приділяється особлива увага.

Візуалізація тривимірної сцени може мати безліч рішень, тому окрім стандартного алгоритму прорахунку існує безліч альтернативних візуалізаторов. Після прорахунку тривимірної сцени стають видно такі властивості матеріалів, як віддзеркалення, заломлення світла і ін. Якщо потрібно добитися високого ступеня реалістичності, то як алгоритм прорахунку слід використовувати альтернативні візуалізатори.

На тривалість процесу прорахунку тривимірної сцени впливає безліч чинників, серед яких кількість використовуваних в сцені джерел освітлення, спосіб візуалізації тіней, складність полігональної структури об'єктів і так далі

У програму 3ds max 7 інтегрований візуалізатор mental ray 3.3 який дозволяє імітувати всі основні візуальні ефекти — ефект каустики (Caustics), підповерхневого розсіювання (Sub-surface Scattering) і ефект глибини різкості (Depth of Field). Розглянемо їх докладніше.

Ефект каустики

Серед великої кількості робіт професійних творців тривимірної графіки найбільший інтерес завжди викликають ті, в яких зображені скляні предмети.

Найвідоміші виробники тривимірних редакторів і доповнень до них показують можливості своїх продуктів, продуктивність візуалізаторов на прикладі картинок з великою кількістю віддзеркалень і заломлення променів світла.

Щоб створений тривимірний скляний об'єкт виглядав реалістичним, над ним потрібно дуже довго працювати. Уручну підбирати налаштування візуалізатора дуже важко, адже для прорахунку кожного варіанту буде потрібно досить багато часу. Тому окрім великого бажання і художнього смаку, для створення реалістичного скла вам знадобляться елементарні знання фізики, зокрема про коефіцієнт заломлення.

Коефіцієнт заломлення безпосередньо залежить від типу матеріалу, для скла він має одне значення, для діаманта (наприклад, ви вирішили змоделювати кільце з діамантом) — зовсім інше. Таблицю із значеннями коефіцієнта заломлення можна знайти в будь-якому довіднику по фізиці, приведемо коротку таблицю для основних середовищ (таблиця. 7.1).

Таблиця 7.1. Коефіцієнти заломлення для різних середовищ

Середовище	Значення
Алмаз	2,42
Вода	1,33
Гліцерин	1,47
Лсд	1,31
Масло оливкове	1,46
Цукор	1,56
Слюда	1,56-1,60
Спирт етиловий	1,36
Стекло	1,5-2
Топаз	1,63

Чи знайомий вам термін каустику? Упевнені, що само явище ви спостерігали неодноразово, проте не всі знають його назву. Цим терміном називаються відблиски світла на поверхнях, отримані унаслідок проходження світла через прозоре середовище. Наприклад, сонячний зайчик від стакана з водою. Каустика буває двох видів: рефрактівная (отримана шляхом заломлення) і. рефлективна (отримана шляхом віддзеркалення). Також за каустику можна вважати ідеально заломлене (відбитий) світло.

Стандартний алгоритм прорахунку зображення в 3ds max 7 не враховує каустику, що разом з неможливістю коректного прорахунку тіней, є його головним недоліком. Як ми вже говорили в попередньому розділі, проблема прорахунку тіней вирішується за допомогою методу глобального освітлення, який присутній у всіх альтернативних візуалізаторах.

Зовнішні візуалізатори можуть запропонувати і вирішення для прорахунку каустики. Потрібно відзначити, що механізм прорахунку цього ефекту у всіх візуалізаторах один і той же. Для імітації каустики програми використовують алгоритм фотонного трасування, про який також йшла мова в попередньому розділі (див. разд. «Характеристики світла» гл. 6). Всі присутні в тривимірній сцені джерела світла починають випускати частинки. Візуалізатор простежує шлях таких частинок, виділяє області поверхні, на які потрапляють фотони, і на основі цього створює ефект каустики.

Якість отримуваного ефекту каустики залежить від багатьох налаштувань. Зокрема, потрібно враховувати кількість фотонів, глибину трасування, відстань від поверхні до джерела світла, на якому аналізуються фотони і так далі Проте у багатьох випадках має сенс використовувати ті налаштування, які встановлені для прорахунку ефекту каустики у візуалізаторах за умовчанням, оскільки велика частина значень параметрів підходить для будь-якої сцени.

ПРИМІТКА

Докладніше про створення ефекту каустики засобами візуалізатора mental ray читайте в разд. «Урок 17. Створення ефекту глибини різкості засобами візуалізатора mental ray» даного розділу.

Ефект підповерхневого розсіювання

Будь-який матеріал, що існує в природі, можна описати великою кількістю параметрів, що характеризують фактуру об'єкту. Велику частину цих параметрів можна побачити у вікні Material Editor (Редактор матеріалів). За допомогою цих налаштувань ви можете зробити поверхню об'єкту нерівною, прозорою, підсвічуючою, дзеркальною і так далі Не дивлячись на велику кількість налаштувань в Material Editor (Редактор матеріалів), деякі матеріали створити в 3ds max 7 досить складно.

Одним з таких матеріалів є серпанковий. Прикладів використання такого матеріалу можна привести багато — воскова свічка, тонкі завіски, абажур торшера і навіть людське вухо. Для імітації такого матеріалу стандартними засобами використовується спосіб затінювання Translucent (Серпанковий). Промені світла, що потрапляють на такий матеріал, окрім заломлення і віддзеркалення, розсіваються в самому матеріалі. Цю особливість матеріалу важко відтворити навіть за допомогою цього способу затінювання. Основна проблема полягає в тому, що типу Translucent (Серпанковий) лише імітує дану властивість матеріалу, при цьому не завжди правильно відображає фізику процесу. Наприклад, налаштуваннями цього способу затінювання важко задати глибину розповсюдження світла.

Створення серпанкового матеріалу часто називають ефектом підповерхневою розсіювання. Цей ефект присутній майже у всіх візуалнзаторах, що підключаються.

Ефект глибини різкості

Велику частину робіт, створених з використанням тривимірної графіки, можна умовно розділити на дві частини: нефотореалістічниє і фотореалістичні. До перших відносяться, наприклад, телевізійні заставки, двомірна анімація, тривимірні логотипи і так далі До реалістичних робіт можна віднести інтер'єри, природні ландшафти, моделювання людини і ін. Зрозуміло, що вдалого нефотореалістічного зображення добитися набагато простіше, ніж реалістичного. Для цього використовують спеціальні візуалізатори, нефотореалістічниє способи затінювання, текстури з низькими дозволами, моделі з малою кількістю полігонів і так далі

При створенні реалістичного зображення все набагато складніше. Іноді буває так, що і модель хороша, і текстури ідеально підібрані, і джерела світла розставлені правильно, і візуалізатор точно прораховує освітленість, а сцена все одно виглядає неприродно. Наприклад, потрібно візуалізувати сцену, в якій крупним планом знімається яка-небудь комаха, допустимий, муха на столі. Якщо на картинці будуть однаково чітко промальовували всі об'єкти, розташовані на столі, включаючи муху, вилки, ложки, стакани і т. д., то таке зображення не виглядатиме реалістично. Причина криється в тому, що на візуалізованому зображенні не вистачає ефекту глибини різкості. Якби подібна сцена існувала насправді, і зйомка велася не віртуальною, а справжньою камерою, то у фокусі був би тільки головний об'єкт — муха. Все, що знаходиться на відстані від неї, виглядало б розмитим.

Ефект глибини різкості часто використовується в тих випадках, коли ведеться макрозйомка. Зображення, на якому сфокусирована різкість, привертає увагу глядача. Ефект глибини різкості можна використовувати і при анімації, коли в об'єктив камери потрапляє те, що бачить персонаж. В цьому випадку можна фокусувати погляд персонажа то на одному, то на іншому об'єкті.

Всі сучасні програми для роботи з тривимірною графікою мають в своєму розпорядженні засоби для створення ефекту глибини різкості. Оскільки прорахунок цього ефекту безпосередньо пов'язаний з алгоритмом візуалізації, то велика частина параметрів, що відносяться до ефекту глибини різкості, розташовується в налаштуваннях візуалізатора.

Для реалізації ефекту глибини різкості використовується віртуальна камера, яку необхідно додати в сцену.

ПРИМІТКА

Будь-яку тривимірну сцену можна візуалізувати з виду вікна проекції або через віртуальну камеру. Перший варіант тривимірної «зйомки» підходить тільки для прорахунку статичної картинки. Якщо ж потрібно відтворити анімацію, то для цієї мети краще використовувати віртуальну камеру. Приведемо простий приклад. Допустимо, потрібно створити відеоролик, що демонструє прогулянку по тривимірному будинку. Використовувати для цього візуалізацію з вікна проекції незручно. Щоб перетворювався вигляд у вікні, що візуалізувалося, необхідно багато разів змінювати позиції всіх об'єктів щодо крапки, з якої походить візуалізація, і встановлювати для кожної подальшій позиції ключовий кадр, що займе багато часу і сил. Якщо додати в створений проект додатковий об'єкт (віртуальну камеру), це завдання може бути вирішена дуже швидко. Встановивши для віртуальної камери декілька ключових положень для різних значень часу, ви задасте характер її руху. Після цього можна буде візуалізувати через її об'єктив, знявши необхідну анімацію.

Відеоматеріал, знятий реальною камерою, має особливості, пов'язані з її конструкцією. Щоб зображення, отримане в тривимірному редакторові в результаті візуалізації, виглядало якомога правдоподібніше, необхідно використовувати віртуальну камеру, багато параметрів якої збігаються з налаштуваннями справжніх камер.

Одне з головних налаштувань справжньої камери — апертура (Aperture). Апертурою називають величину отвору в камері, через який світло проникає на плівку або світлочутливий датчик. Багато камер дозволяють регулювати кількість світла, проникаючого всередину, змінюючи діаметр апертури. Величина апертури вимірюється в числах діафрагми (f-stop). При цьому слід мати на увазі, що більшому числу діафрагми відповідає менша апертура. Ще одна важлива характеристика камери — фокусна відстань від об'єктиву до точки зведення заломлених променів. Чим довше фокусна відстань об'єктиву, тим менша точка зору на прорахованому зображенні.

ПРИМІТКА

Докладніше про розробку ефекту глибини різкості читайте в разд. «Урок 17. Створення ефекту глибини різкості засобами візуалізатора mental ray» даного розділу.