Статья поможет понять из каких компонентов состоит 3d-визуализация и как ими управлять для достижения прогнозируемого результата.
Надеюсь, уровень сложности статьи позволит быть ей полезной для начинающих визуализаторов, так как я часто вижу системные ошибки и отсутствие знаний о базовых элементах 3d-графики (да, и графики в целом).
Вводные понятия и термины:
Я формулирую задачу 3d-визуализатора как: "Создание убедительного и недвусмысленного образа объекта или проекта". Это, в основном, справедливо для архивиза, но, с небольшими допущениями, верно для любой сферы 3d-графики.
Если еще упрощать, то задача визуализатора — это убедить того, кто принимает решение по картинке, что так оно и будет, как нарисовано, после реализации. Не важно, что на картинке: диван, спальная комната или дом в соснах.
Следующая вводная справедливая для 3д визуализации. Она всегда разрабатывается на основе пакета материалов, это и текстовые, и графические референсы, примеры, образцы или готовые куски (3d-модели в интерьер, например). Задача 3д визуализатора создать на основе таких исходных данных цельную единицу контента на выходе (читай картинку/ видео).
В процессе работы визуализатор применяя свои профессиональные навыки создает геометрию, материалы, освещение. Все это в сумме покажет итоговый результат. Количество работы над этими этапами всегда разное и зависит от тематики проекта. Где-то больше работы с геометрией, где-то работы с материалами, где-то сложный свет.
В этот статье я бы хотел подсветить именно работу в части материалов и освещения, геометрию имея уже готовой и достаточной для решения задачи.
Итоговое изображение всегда состоит из нескольких основных компонентов. Это:
1. Свойства освещения
2. Свойства поверхностей объектов
3. Свойства "камеры"
Важно. Все эти три компонента всегда рассматриваются вместе, именно под итоговый микс из этих компонент и "подгоняются" данные.
Если упрощая. Тому кто посмотрит на итог, не важно, что и как у вас происходило в процессе. Он видит только графический материал, который либо убедит его в том, что "так и будет" или нет. Процесс получения скрыт от смотрящего и не важен ему. Но важен нам — визуализаторам.
Визуализаторы с достаточным опытом редко в повседневной работе так разбивают компоненты на части, как мы будет делать тут. Но такая деталировка нужна, чтобы наглядно показать влияние каждого компонента на итог, тем, кто еще не видит этого в общей картине. Да и тем, кто уже видит детали в общем итоге, уверен, будет полезно увидеть их по частям.
Именно для этого я буду намеренно показывать компоненты по отдельности. Иногда даже гипертрофируя их влияние на результат.
Давайте разберем важные детали и приемы работы с каждой категорией.
1. Свойства освещения
Для начала я покажу вам только геометрию сцены, а все свойства материалов будут заменены на единый материал. Светильники в интерьере я оставлю неизменными по интенсивности, но заменю их "цвет" на белый. Временно исключим влияние "цвета" естественного освещения, оставив только чисто белый свет от окружения. Направление света будет задаваться только положением оконного проема, и его размером. Да, оно тоже важно, и способно задавать свое настроение по светотеневому рисунку, но пока это опустим.
Итак, вот как это выглядит:
То есть, в отсутствии данных о цвете поверхностей, и отсутствии данных о цвете освещения, у нас формируется только светотеневой рисунок (больше или меньше освещенные поверхности), в зависимости от их ориентировки на основные источники света. Грубо говоря, мы получили черно-белое изображение (что справедливо только для дефолтных параметров баланса белого (но об этом подробнее в момент, когда будем говорить о камере))
Важное отступление. В реальной работе, если вы используете такую подменку, важно понимать, что средне серый материал (128 по шкале яркости), обладает достаточно высоким параметром светопереноса. И не всегда, ваши итоговые материалы отделки и мебели с оборудованием, будут ему соответствовать. Старайтесь использовать общий светоперенос помещения близким к итоговому (если используете подменку для настройки освещения).
Общее правило таково - чем выше общий светоперенос, тем меньше резких теней и контрастных участков освещения. Свет очень медленно затухает. Пример распределения света при высоком светопереносе:
Чем ниже светоперенос, тем больше глубоких теней, и контрастных по освещению участков. Свет быстро затухает.
Пример распределения света при низком светопереносе:
Примеры в склейку:
Обратите внимание на мягкость света в одном случае, и жесткий контраст во втором. Повторюсь - разница только в светопереносе материала подменки. Свет одинаков для обоих примеров. Яркость скорректирована экспозицией (об этом подробнее позже)
Важно. Старайтесь учитывать светоперенос, при настройке света. Общее понимание о том, светлый ли у вас интерьер, или тёмный, вы поймете из вашего технического задания, так как в подавляющем большинстве случаев лицевые отделочные материалы и формируют львиную долю характера светопереноса.
Пример ТЗ, по которому примерно понятно, какой результирующий светоперенос будет у помещения. Такой точности хватает чтобы более менее адекватно получить характер света для комнаты. Да, без подменки, на альбедо пассе у предметов будут разные уровни светопереноса, но условно общий, сложится из смеси индивидуальных.
Сколько у вас в кадре занимает та или иная поверхность, понятно на уровне общей логики.
Вернитесь в это место после прочтения статьи. Обязательно учитывайте то, дают ли вам в ТЗ чистые цвета материалов, предметов. Или это фото, на котором пример, уже испытывает влияние освещения. Это важно. Перечитайте после прочтения основной статьи, поймете почему.
С подготовкой покончено. Теперь можно начинать вводить основные компоненты.
Давайте добавим к белому цвету с окружения солнце. Остальные источники света (окружение и интерьерные светильники - пока не трогаем).
Вот что получаем.
Казалось бы, разница не большая. Появилась лишь полоса света на постельном белье. Но на самом деле, появилось гораздо больше, появилось влияние "цвета" света. Так как солнце у нас изменяет свой свет в зависимости от положения на небосводе (в обычном режиме). Оно "теплое" по цвету (температуре).
Чтобы наглядно показывать такие вещи, я буду выкручивать параметр насыщенности в буффере рендера и показывать результат. Это очень хорошо показывает что мы получаем с точки зрения модели освещения.
Вот тут я кручу в 1:
Можете взять себе такой прием на вооружение, если сложновато видеть оттенки цветов в обычном режиме.
Собственно вот результат:
Напомню, это тот же результат что и выше, просто насыщенность выкручена в 1, чтобы гипертрофировать цвета. Один раз покажу склейку, далее не буду дублировать.
Что мы видим, что в нашу "стерильную" картинку ворвалась стена теплого света (что особенно видно если выкрутить насыщенность). То есть, теперь наше освещение искажает результирующие цвета. Представьте что нашей задачей было бы показать один материал на всю комнату, чтобы у смотрящего сложилось правильное мнение о его свойствах. В случае такого освещения, смотрящий бы сказал - желтит. И был бы во многом прав.
Но это лишь самое начало, и первый параметр. Едем дальше.
Вернем освещение от неба. И временно отключим солнце. Что мы получим?
А вот что:
Тут и без насыщенности видно, что освещение приобрело холодный оттенок, так как дефолтная карта Corona Sky имитирует холодный, равномерный цвет небесной сферы. Так же видим, что чисто белые источники света внутри помещения "спорят" с холодным оттенком неба, окрашивая его в более нейтральный цвет.
На всякий случай картинка с насыщенностью в 1.
Мы получили стену синего света, и его распространение гораздо более равномерное, чем освещение от солнца, которое более направленное по вектору солнца. Но все же, снова искажение, и если бы показывали наш серый материал, то скорее всего нам бы сказали что картинка "синит".
Следующим этапом включаем и солнце, и оставляем небо, и смотрим что получится.
А вот что:
Видим, что холодный свет неба, кое где разбавляется теплым от солнца.
Глобально это выглядит так:
Вклад солнца в общую картину есть но не значительно.
Отсюда следующее важное правило, баланс вклада источников света в освещение, визуализатор подбирает под задачу. Нет каких то универсальных значений, или параметров.
В данном случае, если мы говорим о том что наша задача показать белую комнату, я бы сильно прибавил солнце, относительно неба, почти 50 на 50. Вот как бы это выглядело:
В таком случае, на итоговой визуализации достаточно мест, где материал комнаты освещен холодным, теплым, и смешанным светом. Так же, по яркости (экспозиции) кадра, в нем есть и места глубоких теней, и достаточно сильно засвеченные участки, что позволяет полнее раскрыть материал.
Собственно, на выкрученной сатурации мы видим основную раскладку сил:
Еще раз повторюсь, так бы я освещал, если бы не было материалов комнаты. Но они есть. Поэтому переходим ко второй части.
2. Свойства поверхностей и объектов.
Вернем свет в состояние "всё белое".
Напомню, выглядит это так:
И, выключим подменку на материалах. Напоминаю, искажения цветов от света мы сейчас убрали. Все что появится по цветам - заслуга светопереноса материалов отделки и предметов в комнате.
Вот что получаем:
Видим что материалы отделки и мебели преимущественно теплые. Соответственно, так как свет переносит цветовой компоненты между поверхностями (светоперенос), то комната преимущественно становится теплой без влияния на нее световой цветовой (прости господи) компоненты.
Говоря проще - так бы выглядели предметы, если бы у нас на планете весь свет был белого цвета.
В выкрученном состоянии выглядит это так.
И повторим - это то, что несут сами свойства поверхностей. Свет дает только яркость поверхностям.Важно. От помещения к помещению параметры поверхностей свои. И иногда один предмет может сильно "увести" итоговый оттенок комнаты в сторону.
Вот что будет если в комнате появится зеленый шар:
Как видим, в комнате сразу сильно "похолодало", так как у шара большая площадь поверхности (вклад в цветовую картину), и высокий светоперенос, тк он довольно светлый.
Что подтверждается и выкрученной картинкой:
Причем, обратите внимание, что то, как блуждают цвета по картинке (помещению), в первую очередь зависит от светопереноса. Вот что будет если этот шар оставить таким же по насыщенности зеленого, но убрать яркость. Именно она, в первую очередь, влияет на то, как цвет будет мигрировать в стороны от объекта/поверхности:
Едем дальше. Пока отставим в сторону детали светопереноса от материалов в зависимости от типа отражения (диффуз или рефлект) и вернемся к нашей последней картинке без шара. Вот она:
Картинка получилась в теплом диапазоне, но очень "скучная" по освещению. Наши материалы показаны в своих истинных цветах, есть зоны где они подсвечены ярко, или находятся в полутени. Но зритель не увидит того, как ведет себя этот материал в разных условиях освещения.
Поэтому, возвращаем цветовую компоненту в свет. (Делаем солнце теплым, а небо холодным), и смотрим что получается:
Изображение стало гораздо богаче на оттенки, почти по всем основным поверхностям, мы получаем градиент по цвету, который получается за счет реалистичного освещения. Что мы видим и на выкрученном изображении:
По общему оттенку, мы видим что изображение все же более холодное, теплеет только часть потолка, хороший градиент на полу и внешней стене (если грубо смотреть).
Далее уже подключается личный подход визуализатора, и понимание задачи визуализации. Иногда, имеет смысл включить внутренние светильники по цвету. Это даст локальные градиенты.
Пример:
Выкрученное:
Добавились градиенты по свету в мелочах, и в отражениях.
Это не всегда возможно, не всегда физически корректно, но имеет место быть, так как сейчас часто делается "журнальная" подача, где светится все что может, и на фото реальных объектов, фотографы используют кучу доп. света, что делает такие световые схемы возможными и на визуализации.
Так же, можно перебалансировать солнце+небо. Уже более точно доведя итоговый результат до максимально информативного. На мой взгляд, это оптимально, так как в обычных схемах освещения (дневной свет/солнышко светит) влияние искусственного света минимально. Это видно по реальным фотографиям помещений (можете поанализировать на досуге для тренировки).
Вот пример:
Выкрученная насыщенность:
Как видим, итоговой настройкой мы скорее добиваем какие то нюансные мелочи, проявляем нужные нам оттенки, или маскируем не нужные. Основная картина идет от свойств света, или поверхностей, которая была проделана ранее.
И к третьей компоненте.
3. Свойства "камеры".
Я не просто так взял камеру в кавычки. Так как по сути, речь идет о имитации точки зрения смотрящего на предмет визуализации. Для интерьерных визуализаций логичнее всего всеми характеристиками имитировать угол зрения, или высоту размещения человека. Это помогает подчеркнуть реалистичность ракурса, и поддерживает остальные характеристики визуализации.
В рамках этой статья я бы хотел сосредоточиться больше о визуальных характеристиках изображения, которые контролируются камерой.
Первая характеристика, это экспозиция. Если говорить простым языком, вы определяете, как расположить содержимое кадра в яркостном диапазоне.
Яркость имеет 256 степеней, от черного для белого (говорим о видимом в пространстве большинства устройств (монитор, ТВ, смартфон) диапазоне).
По сути, каждый пиксель вашего изображения, имеет какую либо смесь основных цветовых компонент (RGB например), и, сколько то добавленного к ним темного, или светлого компонента. Ниже пример, одного и того же цвета, но разного по яркости.
В условиях реальной работы, ваши библиотечные цвета (текстуры, цепочки), так же дают на выходе некий цвет, который вы считаете за эталон соответствия референсу. Но важно понимать, что по яркости, и оттенку, вы будете иметь участки поверхности, с одним и тем же цветом в текстуре/материале. Но его итоговый вид - будет "плавать". И это норма, просто нужно в условиях, где вы знаете что свет нейтрален по яркости и оттенку, примерно подгонять итог под референс.
Если проще. на итоге диван должен быть настолько синим как референс, и настолько ярким/темным, где на него не светит сильно свет, и не имеет сильной цветовой окраски. Надеюсь, это не сильно сложно.
Пример двух материалов, взятых с разных участков изображения, с наложением изначальной текстуры:
Как видим, "Эталонное" изображение, находится примерно посередине тех вариаций, которое принимает поверхность, материал, предмет в итоговых условиях. И в этом и заключается оптимальный выбор экспозиции. Вы не искажаете чистый цвет и яркость предмета, для равномерно интенсивного цвета, с нейтральным окрасом.
Если проще - не сопоставляйте эталон с участком в пересвете солнца, или в мышином темном углу.
Пример неверной экспозиции - ниже.
Видно что эталонный цвет нигде не присутствует в сцене. то есть мы вводим смотрящего в заблуждение, говоря о том что наш цвет нигде не будет соответствовать референсу. ни в ярком свете, ни в ровном освещении, ни в тени.
Важно понимать, что говоря о выборе оптимальной экспозиции вы всегда выбираете что именно вы хотите показать. Чаще всего, это те цвета и поверхности, которые важны для принятия решения по вашей визуализации.
В нашем примере, мы видим что пространство балкона уехало за абсолютно белый (в видимом диапазоне). Но это нормально, так как мы раскладываем в видимом диапазоне содержимое комнаты. Что видно на гистограмме:
Мы четко видим где клипует наша область балкона в светлом, видим наши близкие к черному тени по углам, остальные материалы и поверхности, разложены достаточно ровно по гистограмме, с акцентом на темную область из за левой стены (она темная в базе), и правой стены и потолка (они светлые), остальное болтается посередине, но нам есть чем показывать эту информацию с точки зрения яркости.
Если же , пока изображение находится в буффере, и имеет высокую битность (информации в том числе о яркости), мы открутим экспозицию , и покажем детали на балконе, то яркостного диапазона (видимого в одном моменте на устройстве вывода), не хватит для отображения основных деталей комнаты:
Понятно, что ценности от визуализации в первом варианте больше. Хотя оба изображения являются истиной, и зависят лишь от выбора рабочего диапазона по яркости.
Постараюсь просто подвести итог по экспозиции.
В вашем кадре находится десяток основных материалов, о которых вы знаете что светлее, что темнее. И ваша задача, общей "яркостью", сделать так, чтобы в кадре были участки где есть и участки где поверхности темнее эталона (углы, ниши), так и светлее (под солнцем, на блике). Это грубое объяснение, но работает всюду. Если какой то материал не вписывается в систему, и не хочет выглядеть нормально в кадре, в системе соседних материалов, проверяйте его светоперенос. Возможно он сильно завышен, или занижен.
По балансу белого.
Тут в целом все идет в поддержку общему балансу световой температуры (цвета), и изначальных свойств поверхностей.
Как уже говорилось выше, обычно работает схема, при которой мы имеем в кадре много примеров поверхностей с разным освещением и температурой.
То есть, если у нас классическая тепло-холодная схема освещения, и сами материалы теплые, странно крутить ББ в холодный итог:
Проверка тут обычно простая. Если в условиях нейтрального освещения, предмет белого цвета выглядит как белый - ББ в порядке. Обычно, везде есть белый потолок, на котором градиент от холодного до теплого, так что взять пробу есть откуда. Ну и со временем это и без цифр видно.
До той поры, даже если напортачили в световом балансе, или ББ, выкручиваем насыщенность в максимум, ловим чтоб по белому был градиент температуры от синего до желтого, и скорее всего результата хватит для большинства рабочих задач. Пример:
Понятно что в ваших задачах, и выбранных схемах освещения, вы все время будут лавировать в возможной "вилке" правильных решений. Кто-то вообще, будет отдавать предпочтение своей авторской подаче, опираясь на изложенное выше лишь отчасти. Но как показывает практика тысяч людей, применение тех основ которые я сегодня привел, помогает практически не включая голову, получать технически нормальный результат, и уже докручивать его под рабочую задачу.
Принципы описанные выше применимы в любой сфере 3д графики, изменяются лишь детали.
Как итог.
Тот графический результат что видят ваши клиенты на картинке, должен раскрывать ключевые особенности того объекта/проекта. Над которым вы работали. Ключевые особенности это всегда сочетание геометрии, свойств материала, освещения, и настроек "камеры". Зная их основные компоненты, и умея с ними работать. Вы максимально эффективно, и без случайностей, будете приходить к нужному результату, и получать за него оплату.
Будьте профессионалами, мы поможем.
Любые мысли, предложения, замечания по материалу приветствуются в комментариях. Отметьте статью реакцией, если по сложности она была оптимальной для вас. Всем доброго дня.
Комментарии (16)
