Osvětlení interiéru, je libo radiozita? Díl první - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

21. března 2006, 00.00 | Jestli něco opravdu je znakem využití technologie globální iluminace, pak to jsou interiéry. Pravda, i ony se dají nasvítit normálními světly a nezřídka to je docela efektní způsob, ale pravdou také je, že ono tajemné „radiozita“ je jakýmsi zaklínadlem, které láká… A jaké že to je v CINEMĚ 4D R 9.5? Tak na to se podíváme.

Dnes se tedy podrobně podíváme na to, jak si principielně připravit nasvícení scény interiéru pomocí radiozity, avšak podíváme se také na množství voleb, které nám mohou ve výsledku pomoci a které jsou docela vhodné pro celkové vyladění scény.

Interiér, kde vzít a nekrást, toť otázka. No pokud si chceme vše jen a pouze vyzkoušet, tak doporučuji si stáhnout nějaký model, například ten, který posloužil ke stejným testům na cgtalk.com. Ke stažení jej naleznete ZDE.

My s modelem nebudeme dělat naprosto nic, jen jej nasvítíme. A vysvětlíme si při tom poměrně překvapivé množství nástrojů a nastavení, které nám s tím vším pomohou, abychom dosáhli požadovaného výsledku… A mimochodem, kameru ponecháme tak, jak je. Ale samozřejmě nemusíme.

První věcí, kterou potřebujeme pro dosažení kvalitního osvětlení, jsou světla. Světe div se! Jen jedna věc, barva světel a jejich intenzita vyplývá z toho, jaké osvětlení chceme vlastně vytvořit a tedy pokud budeme chtít jiné zabarvení interiéru, tedy jiná světla, není nic snazšího. Popisovaný princip je jen příkladem!

Tak tedy slunce. Pro slunce se mi jeví nejvhodnější typ světla Vzdálené a to ze dvou důvodů. Jednak tento typ světla již umí také stíny typu Oblast, a tak je pro sluneční svit ideální. Tedy světlo si natočíme tak, aby nám svítilo do okna místnosti (toto nastavení je vhodné samozřejmě jen tehdy, pokud slunce chceme, také jej používat nemusíme, jak jinak, pokud jej ale opravdu chceme, tak doporučuji tento postup, protože z druhé strany místnosti jsou „dveře“, kterými by případně jinak nastavené slunce mohlo dost nerealisticky zářit do místnosti). Osobně jsem použil rotaci HPB -75, -43, 0. Poloha samozřejmě 0, 0, 0 už proto, že tato hodnota není u tohoto světla důležitá. Intenzita a barva tohoto světla vychází z toho, jak slunce má vypadat, osobně jsem zvolil oranžovo-žlutou barvu (255, 210, 160) s vysokým jasem 220. Stín nastavíme na typ Oblast a pokud ponecháme volbu Nekonečného úhlu na stránce Detaily (tedy hodnotu rozšiřování plošného stínu) na 0,5, pak můžeme ponechat i nastavení vzorků stínu tak, jak je, bude dostatečné.

Vytvoříme si další světlo, tentokráte světlo plošné, které umístíme do okna přesně tak, jak je okno veliké. Tedy typ světla bude Plošný, na stránce Detaily zadáme, že tvar je Obdélník (ještě před finálním tenderem zvedneme hodnoty nastavení některých parametrů, ale zatím pro testy necháme vše, jak je). Světlo natočíme tak, aby směřovalo ve směru osy Z do naší místnosti a pomocí oranžových úchopek v editačním režimu Model jej přesně upravíme tak, aby zakrývalo celou plochu okna – skla. Poloha světla by také měla odpovídat oknu, tedy někde uprostřed rámu. Osobně jsem světlo umístil spíše ven než dovnitř, ale to si každý samozřejmě může udělat podle svého. Velikost světla (na stránce Detaily) je XY 213 a 157.6. Poloha světla je XYZ -391.2, 179.5 a 0.25. Rotace H=-90.

Nastavíme barvu světla opět podle toho, jaké osvětlení chceme simulovat, já jsem v tomto případě nastavil světlo na mírně teplou barvu RGB 255, 242, 235 a Jas na cca 70 až 75 %. Aby nám zbytečně okno negenerovalo odlesky, tak volbu odlesků na hlavní stránce vypneme. Důležité je, abychom zvolili správný typ stínu. Tím opět bude stín typu Oblast, přičemž v tomto případě doporučuji do okamžiku finálního renderu snížit nastavení vzorku stínu na stránce Stín. Vše proto, aby naše dolaďovací testy byly co nejrychlejší. Nastavit také můžeme barvu stínu (opět jsem volil skoro černý tón, který vycházel z barvy světla, tedy mírně do teplých tónů a velmi malý jas) a krytí (to jsem ale ponechal na 100%).

Poslední důležitou věcí, která je nezbytná u výše popisovaného typu světla, je nastavení úbytku na stránce Detaily. Jednoznačně matematicky nejpřirozenější typ úbytku je Inverzní kvadratický, který má tu vlastnost, že u okna dojde k přeexponování. K velkému přeexponování. To ale nevadí, i když z počátku se bude zdát, že ano. Délku úbytku nastavíme na 670. A ani po této vzdálenosti ale světlo nepřestane svítit, což opět vychází z principu exponenciální křivky (mimochodem si všimněme "flekovitých" přeexponovaných oblastí u okeního rámu, ty časem také odstraníme).

Inverzně kvadratický úbytek

Zmínili jsme se o tom, že inverzně kvadratický úbytek je z hlediska matematického a částečně i fyzikálního nejpřirozenější a to je pravda, důležité ale je pochopení proč tomu tak je a také toho, jak se světlo u inverzně exponenciálních úbytcích chová za hranicí maximálního dosahu, protože i za touto hranicí světlo svítí.
Nejdříve musíme pochopit exponenciální funkci. Klasickou exponenciální funkcí je například y=x². Tedy pokud je x=0, pak je také y=0, když je x=1, pak je y=1, x=2, pak je y=4, x=3, y=9 a tak dále. Tohle všichni znají. Výsledkem je parabola. Pokud máme funkci, která je inverzí exponenciální funkce, pak je vzorec jiný, i když velmi podobný, náš vzorec zní y=1/ x². Celá situace je v principu stejná s tím výsledkem, že výsledek x je po propočtu mocniny jmenovatelem zlomku 1/ xⁿ. Pokud si vezmeme výše uvedenou řadu výpočtů, pak je tabulka dílčích výsledků následující (v závorce je vždy pár odpovídajících hodnot) (x=1, y=1), (x=2, y=1/4), (x=3, y=1/9), (x=4, y=1/16). Ať budeme hodnotu x zvyšovat sebevíc, tak hodnota y nikdy nebude 0. A to teoreticky ani v případě, že x bude nekonečně velké číslo, výsledkem jen bude, že y bude nekonečně malé číslo, avšak nikoliv 0. Tím jsme si právě vysvětlili, proč u těchto typů úbytku nelze dosáhnout stavu, kdy světlo „svítí jen někam“, tedy do oblasti maximálního dosahu. Z uvedeného principu je jasné, že světlo bude svítit dále než za uvedenou hodnotu, i když se stále se snižující intenzitou. Světlo se chová podle hyperbolické křivky.
Nyní víme, co se děje na „pravém konci“ křivky, ale co se děje na „levém konci“, tedy v oblasti u hodnoty x=0? No můžeme si do našeho vzorce dosadit nejdříve kladnou hodnotu X<1, například 0.5. Tedy y=1/0,5x0.5, což je 1/0.25 a to jsou 4. Pokud si dosadíme za x=0.3, pak je výsledek 1/09, což je y=11,11, při x=0.2 je výsledek y=25 a při 0? No jistě, nulou nedělíme, protože výsledek je příliš velký, no jak velký, fakt velký, no o moc větší než fotbalové hřiště, i než dvě, je to nekonečno. A to nám vysvětluje, proč je u inverzně kvadratického úbytku, který ctí výše uvedené principy, intenzita světla v místě jeho působení tak velká, že dochází k jeho přeexponování.
Může se zdát, že uvedené chování světla není příliš použitelné, protože výsledné osvětlení bude přespříliš kontrastní a také to je pravdou, proto máme také k dispozici další úbytky, které jsou sice založené na stejném principu, které ale „omezují“ počáteční přeexponované hodnoty. My jsme však použili inverzně kvadratický úbytek bez omezení a vůbec nám to nevadí. Nevadí to proto, že exponent světel a jejich vlivu si upravíme jedním velmi šikovným efektem, který v CINEMĚ 4D R 9.5 je a výsledek tak bude velmi přirozený…

Scéna nyní má poměrně slušný základ (o tom přeexponování tedy ještě později), ale fakt je, že by toho na radiozitě „viselo“ stále zbytečně mnoho, proto si trochu pomůžeme. Dáme do scény další světlo. Tentokrát to bude světlo nejjednodušší, světlo Všesměrové. Světlu zadáme mírně studenou barvu (na vyvážení) 247, 247, 255 a také velmi malý Jas=20%. A co ještě? Stín mít světlo nebude, jen nám pomáhá s přisvětlením scény a také nebude mít odlesk, tedy na stránce Hlavní zadání světla vypneme volbu Odlesk.

Světlo si umístíme do místa, kde ničemu „nepřekáží“, tedy někam do prostřed místnosti, nebo směrem ke kameře, jako v mém případě. Umístění světla jsem zadal XYZ -15.5, 122 a 90. Tedy někam vpravo před kameru.

Je asi načase, abychom si poprvé vyrenderovali scénu (v připravených náhledech je obloha již umístěná z důvodu větší přehlednosti zejména v prvním náhledu). Jistě, ještě nám do základního nastavení chybí obloha, ale jak to všechno bude vypadat si klidně můžeme vyzkoušet již nyní...

Připravíme si nový objekt, objekt Objekty > Scéna > Obloha. Tomuto objektu vytvoříme nový materiál ve Správci materiálů, otevřeme si jej a nastavíme.

Naší oblohu do výpočtu interiéru také zařadíme, ale nebudeme se prát s hdri mapou, místo ní použijeme zcela normální přechod, kterým nastavíme všechny parametry barvy oblohy. Přechod dáme do kanálu Svítivost, který ostatně bude jediným kanálem materiálu (tedy kdybychom chtěli více „zjasnit“ přechod, pak můžeme také to samé nahrát do kanálu Barva, nastavit režim na Násobení a snížit Jas kanálu a tím řídit celkový jas přechodu, pamatujme na to, že expozičně se obsahy kanálů Barva a Svítivost v tomto případě sčítají!).

Pokud bychom chtěli, tak si pomocí shaderů můžeme vytvořit oblohu, která je podobnější klasické, ale to není v tomto případě zas až tak moc zapotřebí (a i kdyby, tak bychom mohli použít klasickou hdri mapu). Samozřejmě, že aplikujeme materiál na oblohu a pokud je to potřeba (máme v obloze „sluneční flek“, tak oblohu natočíme tak, aby odpovídala světlu).

A ještě jeden test, na závěr, než vrhneme se do testů a nastavení radiozity. Že si zatím náš test není podobný s výsledkem, který požadujeme? Nebojme se, on bude. Slibuji.

Ale k tomu, tedy k radiozitě samotné, se dostaneme až příště, ve čvrtek...