Realistické rendrování 3D objektů, 6. díl – tvorba rendrovaných obrázků

Přehled světel v rendrování

Způsob, kterým dopadá světlo na plochu, je ovlivněn úhlem plochy ke světlu a u bodových světel a reflektorů také vzdáleností plochy od světla. Odraz světla od plochy je ovlivněn kvalitou odrazu nastavenou pro materiál povrchu.

Úhel svíraný plochou se světlem

Čím více je plocha odkloněna od zdroje světla, tím plocha vypadá tmavěji. Plochy kolmé ke světelnému zdroji se zdají být nejjasnější; čím více je plocha odkloněna od úhlu 90 stupňů, tím je tmavější. Následující obrázek znázorňuje, jak ovlivňuje úhel světelného zdroje jas: každá plocha má stejnou délku; každý světelný zdroj vyzařuje osm světelných svazků. Světlost každého povrchu závisí jen na jeho úhlu vzhledem ke světelnému zdroji.

Na obrázku je plocha vlevo kolmá ke zdroji světla a dopadá na ni všech osm paprsků. Je ze všech tří ploch nejsvětlejší. Plocha uprostřed svírá se zdrojem světla největší úhel a dopadají na ni pouze čtyři paprsky. Je nejtmavší. Plocha vpravo svírá se zdrojem světla mírný úhel a dopadá na ni šest paprsků. Je tmavější než plocha vlevo.

Obr.: render05.gif

Pokud používáte vzdálené světlo, které vyzařuje rovnoběžné paprsky v jednom směru, všechny plochy se stejným úhlem jsou stejně světlé.

Obr.: render06.gif

Vzdálenost ploch od světel

Objekty vzdálené od bodových světel nebo reflektorů mohou být definovány tak, aby vypadaly tmavší. Objekty, které jsou blíže, mohou zase vypadat světleji. Vzdálená světla nejsou vzdáleností nijak ovlivněna. Efekt oslabování světla se vzdáleností je znám jako úbytek světla. Můžete si vybrat mezi dvěma poměry úbytku světla: lineárně nepřímo úměrná a kvadraticky nepřímo úměrná. Lze nastavit i nulový úbytek světla.

• Lineárně nepřímo úměrná vzdálenosti: Intenzita osvětlení se snižuje nepřímo úměrně se vzdáleností od světelného zdroje. To znamená, že pro vzdálenosti 2, 4, 6 a 8 jednotek získáte světlost 1/2, 1/4, 1/6 a 1/8 původní hodnoty.
• Kvadraticky nepřímo úměrná vzdálenosti: Intenzita osvětlení se snižuje nepřímo úměrně s druhou mocninou vzdálenosti od světelného zdroje. V tomto případě tedy pro vzdálenosti 2, 4, 6 a 8 jednotek od světelného zdroje získáte světlost 1/4,1/16,1/36 a 1/64 původní hodnoty.

Obr.: render07.gif

Objekty tmavnou rychleji při použití kvadratického úbytku světla než lineárního úbytku světla. Vybraná volba závisí na efektu, kterého chcete dosáhnout. Předpokládejme například, že chcete vytvořit jasně osvětlenou plochu. Pokud je vzdálenost světla od objektu 8 jednotek a úbytek světla je lineární, pak je třeba nastavit intenzitu na 8, aby byla při dopadu na cílovou plochu rovna hodnotě 1.

Systémy barev osvětlení

K nastavení barev světel a odrazu těchto světel od ploch můžete použít jeden ze dvou systémů barev: primární systém barev červeného, zeleného a modrého světla (RGB) nebo systém odstínu, jasu a sytosti (HLS).

Kombinováním primárních barev světla RGB získáte následující sekundární barvy: žlutá (červená a zelená), světle modrá (zelená a modrá) a fialová (červená a modrá). Všechny barvy světel dohromady vytvářejí bílou; nepřítomnost všech barev světla vytváří černou. Pokud používáte systém HLS, vyberete odstín barvy a potom jas (světlost) a sytost (množství černé v odstínu).

Odraz

Fotorealistické rendrování využívá dva druhy odrazu – difúzní a zrcadlový.

Difúzní odraz

Některé povrchy (například savý papír nebo matné zdi) vytvářejí difúzní odraz. Světlo dopadající na zcela difúzní plochu se rovnoměrně rozptyluje do všech směrů. Na následujícím obrázku tři paprsky světla dopadající na matný povrch. Povrch odráží paprsky v mnoha různých směrech. Světlo se tedy odráží do bodů pohledu 1, 2 i 3. 

Obr.: render08.gif

Odraz od plochy je stále stejný bez ohledu na bod pohledu. Proto fotorealistické rendrování nebo rendrování Foto Raytrace při výpočtu odrazů neupravuje pozici bodu pohledu.

Zrcadlový odraz

Zrcadlový odraz odráží světlo v úzkém kuželu. Svazek světla dopadající na dokonale lesklou plochu (například zrcadlo) odráží světlo pouze v jednom směru. Na následujícím obrázku lze odraz dopadajícího světelného svazku pozorovat pouze z bodu 3.

Obr.: render09.gif

Úhel dopadu je úhel mezi dopadajícím svazkem světla a normálou plochy. Úhel odrazu je úhel mezi odraženým svazkem světla a normálou plochy. Zrcadlový odraz je viditelný pouze z bodu, kde mají oba dva tyto úhly shodnou velikost.

Tento princip vysvětluje, proč je plocha zrcadlového odrazu nejsvětlejším bodem na vejci, když na ně svítí světlo. Jestliže se posunujete kolem vajíčka, zesvětlení (bod odrazu) se pohybuje rovněž a zrcadlí bod pohledu.

Obr.: render10.gif

Při difúzním odrazu bere aplikace Render v úvahu pouze úhel naklonění plochy vzhledem ke světelnému zdroji. Při zrcadlovém odrazu (řízeno pomocí atributů rendrování Odraz a Nerovnost) je brán v úvahu úhel naklonění plochy vzhledem ke světelnému zdroji i bodu pohledu.

Obr.: render11.gif

V produktu pouze okolního světla nezískáte žádný kontrast. Samotný difúzní odraz zase nevyvolává žádná zvýraznění. Pokud máte model nastaven pouze pro zrcadlový odraz, obrázek bude zobrazen sice se zvýrazněními, ale bude velmi tmavý. Nejrealističtější pohled tedy vznikne, když zkombinujete účinky okolního, difúzního a zrcadlového odrazu.

Drsnost

Pomocí fotorealistických rendererů můžete řídit velikost oblasti zrcadlového odrazu tak, že příslušně nastavíte hodnotu drsnosti. Rozdíly v drsnosti můžete přirovnat k rozdílu mezi novou kovovou ložiskovou kuličkou (velmi lesklou) a značně opotřebovanou kuličkou. Obě oblasti jsou lesklé a mají vysoký stupeň zrcadlového odrazu; mají však odlišnou drsnost.

Čím je v rámci fotorealistického rendrovaného materiálu větší drsnost, tím je větší velikost zvýraznění.

Obr.: render12.gif

Vzdálenost a úbytek světla

Při cestě světla ze svého zdroje se stává méně jasné, proto platí, že čím je objekt vzdálenější od světelného zdroje, tím se jeví tmavší. Když použijete v tmavé místnosti blesk, objekty umístěné blízko blesku budou jasné; proti vzdálené zdi je světlo sotva viditelné. Tento jev snížení intenzity osvětlení se vzdáleností se označuje jako úbytek světla. Fotorealistické renderery počítají úbytek světla pro všechny typy osvětlení.

Pokud používáte fotorealistické rendrování, můžete si vybrat jeden ze tří způsobů pro výpočet úbytku světla: bez úbytku (žádný), lineárně nepřímo úměrný nebo kvadraticky nepřímo úměrný. Skutečné světlo slábne dle kvadratického úbytku, ten ale ne vždycky nabízí při rendrování požadovaný efekt.