Общие сведения о визуализации в трехмерной графике

Визуализация — это последний, а значит, самый ответственный этап создания трехмерного проекта. Неудачно выполненная визуализация может свести на нет все многодневные усилия по моделированию, освещению и текстурированию сцены. Если сравнивать работу в 3ds max 7 с видеосъемкой, то важность правильного выбора настроек визуализатора можно сопоставить с важностью выбора пленки, на которой снимается материал. Точно так же, как на двух пленках разных фирм могут получаться яркий и блеклый снимки, результат работы аниматора может быть красивым или посредственным, в зависимости от того, какой алгоритм просчета изображения выбран. Именно поэтому визуализации уделяется особое внимание.

Визуализация трехмерной сцены может иметь множество решений, поэтому помимо стандартного алгоритма просчета существует множество альтернативных визуализаторов. После просчета трехмерной сцены становятся видны такие свойства материалов, как отражение, преломление света и др. Если требуется добиться высокой степени реалистичности, то в качестве алгоритма просчета следует использовать альтернативные визуализаторы.

На продолжительность процесса просчета трехмерной сцены влияет множество факторов, среди которых количество используемых в сцене источников освещения, способ визуализации теней, сложность полигональной структуры объектов и т. д.

В программу 3ds max 7 интегрирован визуализатор mental ray 3.3, который позволяет имитировать все основные визуальные эффекты — эффект каустики (Caustics), подповерхностного рассеивания (Sub-Surface Scattering) и эффект глубины резкости (Depth of Field). Рассмотрим их подробнее.

Эффект каустики

Среди большого количества работ профессиональных создателей трехмерной графики наибольший интерес всегда вызывают те, в которых изображены стеклянные предметы.

Самые известные производители трехмерных редакторов и дополнений к ним показывают возможности своих продуктов, производительность визуализаторов на примере картинок с большим количеством отражений и преломления лучей света.

Чтобы созданный трехмерный стеклянный объект выглядел реалистичным, над ним нужно очень долго работать. Вручную подбирать настройки визуализатора очень трудно, ведь для просчета каждого варианта потребуется довольно много времени. Поэтому кроме большого желания и художественного вкуса, для создания реалистичного стекла вам понадобятся элементарные знания физики, в частности о коэффициенте преломления.

Коэффициент преломления напрямую зависит от типа материала, для стекла он имеет одно значение, для бриллианта (например, вы решили смоделировать кольцо с бриллиантом) — совсем другое. Таблицу со значениями коэффициента преломления можно найти в любом справочнике по физике, приведем краткую таблицу для основных сред (табл. 7.1).

Таблица 7.1. Коэффициенты преломления для различных сред

Среда	Значение
Алмаз	2,42
Вода	1,33
Глицерин	1,47
Лсд	1,31
Масло оливковое	1,46
Сахар	1,56
Слюда	1,56-1,60
Спирт этиловый	1,36
Стекло	1,5-2
Топаз	1,63

Знаком ли вам термин каустика? Уверены, что само явление вы наблюдали неоднократно, однако не все знают его название. Этим термином называются блики света на поверхностях, полученные вследствие прохождения света через прозрачную среду. Например, солнечный зайчик от стакана с водой. Каустика бывает двух видов: рефрактивная (полученная путем преломления) и. рефлективная (полученная путем отражения). Также каустикой можно считать идеально преломленный (отраженный) свет.

Стандартный алгоритм просчета изображения в 3ds max 7 не учитывает каустику, что наряду с невозможностью корректного просчета теней, является его главным недостатком. Как мы уже говорили в предыдущей главе, проблема прочета теней решается при помощи метода глобального освещения, который присутствует во всех альтернативных визуализаторах.

Внешние визуализаторы могут предложить и решения для просчета каустики. Нужно отметить, что механизм просчета этого эффекта во всех визуализаторах один и тот же. Для имитации каустики программы используют алгоритм фотонной трассировки, о котором также шла речь в предыдущей главе (см. разд. «Характеристики света» гл. 6). Все присутствующие в трехмерной сцене источники света начинают испускать частицы. Визуализатор прослеживает путь таких частиц, выделяет области поверхности, на которые попадают фотоны, и на основе этого создает эффект каустики.

Качество получаемого эффекта каустики зависит от многих настроек. В частности, нужно учитывать количество фотонов, глубину трассировки, расстояние от поверхности до источника света, на котором анализируются фотоны и т. д. Однако во многих случаях имеет смысл использовать те настройки, которые установлены для просчета эффекта каустики в визуализаторах по умолчанию, так как большая часть значений параметров подходит для любой сцены.

ПРИМЕЧАНИЕ

Подробнее о создании эффекта каустики средствами визуализатора mental ray читайте в разд. «Урок 17. Создание эффекта глубины резкости средствами визуализатора mental ray» данной главы.

Эффект подповерхностного рассеивания

Любой материал, существующий в природе, можно описать большим количеством параметров, характеризующих фактуру объекта. Большую часть этих параметров можно увидеть в окне Material Editor (Редактор материалов). С помощью этих настроек вы можете сделать поверхность объекта неровной, прозрачной, подсвечивающейся, зеркальной и т. д. Несмотря на обилие настроек в Material Editor (Редактор материалов), некоторые материалы создать в 3ds max 7 довольно сложно.

Одним из таких материалов является просвечивающийся. Примеров использования такого материала можно привести много — восковая свеча, тонкие занавески, абажур торшера и даже человеческое ухо. Для имитации такого материала стандартными средствами используется способ затенения Translucent (Просвечивающийся). Лучи света, попадающие на такой материал, помимо преломления и отражения, рассеиваются в самом материале. Эту особенность материала трудно воссоздать даже с помощью этого способа затенения. Основная проблема заключается в том, что типа Translucent (Просвечивающийся) лишь имитирует данное свойство материала, при этом не всегда правильно отражает физику процесса. Например, настройками этого способа затенения трудно задать глубину распространения света.

Создание просвечивающегося материала часто называют эффектом подповерхностною рассеивания. Этот эффект присутствует почти во всех подключаемых визуалнзаторах.

Эффект глубины резкости

Большую часть работ, созданных с использованием трехмерной графики, можно условно разделить на две части: нефотореалистичные и фотореалистичные. К первым относятся, например, телевизионные заставки, двухмерная анимация, трехмерные логотипы и т. д. К реалистичным работам можно отнести интерьеры, природные ландшафты, моделирование человека и др. Понятно, что удачного нефотореалистичного изображения добиться гораздо проще, чем реалистичного. Для этого используют специальные визуализаторы, нефотореалистичные способы затенения, текстуры с низкими разрешениями, модели с малым количеством полигонов и т. д.

При создании реалистичного изображения все гораздо сложнее. Иногда бывает так, что и модель хорошая, и текстуры идеально подобраны, и источники света расставлены правильно, и визуализатор точно просчитывает освещенность, а сцена все равно выглядит неестественно. Например, требуется визуализировать сцену, в которой крупным планом снимается какое-нибудь насекомое, допустим, муха на столе. Если на картинке будут одинаково четко прорисованы все объекты, расположенные на столе, включая муху, вилки, ложки, стаканы и т. д., то такое изображение не будет выглядеть реалистично. Причина кроется в том, что на визуализированном изображении не хватает эффекта глубины резкости. Если бы подобная сцена существовала в действительности, и съемка велась не виртуальной, а настоящей камерой, то в фокусе был бы только главный объект — муха. Все, что находится на расстоянии от нее, выглядело бы размытым.

Эффект глубины резкости часто используется в тех случаях, когда ведется макросъемка. Изображение, на котором сфокусирована резкость, привлекает внимание зрителя. Эффект глубины резкости можно использовать и при анимации, когда в объектив камеры попадает то, что видит персонаж. В этом случае можно фокусировать взгляд персонажа то на одном, то на другом объекте.

Все современные программы для работы с трехмерной графикой располагают средствами для создания эффекта глубины резкости. Поскольку просчет этого эффекта напрямую связан с алгоритмом визуализации, то большая часть параметров, относящихся к эффекту глубины резкости, располагается в настройках визуализатора.

Для реализации эффекта глубины резкости используется виртуальная камера, которую необходимо добавить в сцену.

ПРИМЕЧАНИЕ

Любую трехмерную сцену можно визуализировать из вида окна проекции или через виртуальную камеру. Первый вариант трехмерной «съемки» подходит только для просчета статической картинки. Если же требуется воссоздать анимацию, то для этой цели лучше использовать виртуальную камеру. Приведем простой пример. Допустим, требуется создать видеоролик, демонстрирующий прогулку по трехмерному дому. Использовать для этого визуализацию из окна проекции неудобно. Чтобы преобразовывался вид в визуализируемом окне, необходимо многократно изменять позиции всех объектов относительно точки, из которой происходит визуализация, и устанавливать для каждой последующей позиции ключевой кадр, что займет много времени и сил. Если добавить в созданный проект дополнительный объект (виртуальную камеру), эта задача может быть решена очень быстро. Установив для виртуальной камеры несколько ключевых положений для различных значений времени, вы зададите характер ее движения. После этого можно будет визуализировать через ее объектив, отсняв требуемую анимацию.

Видеоматериал, отснятый реальной камерой, имеет особенности, связанные с ее конструкцией. Чтобы изображение, полученное в трехмерном редакторе в результате визуализации, выглядело как можно более правдоподобно, необходимо использовать виртуальную камеру, многие параметры которой совпадают с настройками настоящих камер.

Одна из главных настроек настоящей камеры — апертура (Aperture). Апертурой называют величину отверстия в камере, через которое свет проникает на пленку или светочувствительный датчик. Многие камеры позволяют регулировать количество света, проникающего внутрь, изменяя диаметр апертуры. Величина апертуры измеряется в числах диафрагмы (f-Stop). При этом следует иметь в виду, что большему числу диафрагмы соответствует меньшая апертура. Еще одна важная характеристика камеры — фокусное расстояние от объектива до точки сведения преломленных лучей. Чем длиннее фокусное расстояние объектива, тем меньший угол зрения на просчитанном изображении.

ПРИМЕЧАНИЕ

Подробнее о разработке эффекта глубины резкости читайте в разд. «Урок 17. Создание эффекта глубины резкости средствами визуализатора mental ray» данной главы.

Содержание

Вперед