Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование

Итак, к этому моменту вы уже изучили основы создания и анимации персонажей в Blender. Однако до того как вы увидите свою анимацию такой, какой её себе представляете, необходимо будет приложить усилия к представлению (presenting) и выводу (outputting) результатов вашей работы. В этой главе я дам вам краткий обзор типов ламп и осветительной системы Blender, немного расскажу о том, как освещать сцену и персонажей. Так же я опишу процесс визуализации и расскажу о его опциях. Наконец, я дам немного информации о редакторе видео последовательностей (Sequence Editor) и объясню, как вывести готовую анимацию в нужный формат.

Освещение, визуализация и редактирование — заслуживают гораздо большего внимания, чем уделено в этой книге. Эта глава даст вам самые начальные знания об этих аспектах компьютерной анимации вообще, и возможностей Blender в частности. Загляните в главу 18 — там приведены ссылки по этим темам.

Основы освещения

Пожалуй, компьютерная анимация более всего приближается к традиционному кинематографу именно в части освещения. Методы, используемые для освещения в компьютерной графике, очень напоминают методы, используемые в традиционном кинематографе. Суть освещения состоит в выборе и размещении источников света и настройке их значений.

Предпросмотр настроек света вы можете выполнить при помощи сокращённой или полной визуализации. Режимы отображения можно выбрать с помощью выпадающего меню с похожей на куб иконкой, справа от меню Mode Select, в заголовке окна 3D-вида.

В сплошном режиме (Solid view), объект хотя и выглядит «затенённым» (как на рисунке 11.1), но это затенение по умолчанию, дающее представление только о форме объекта. Оно не отражает влияния освещения сцены. Как видно, несмотря на то, что источник света расположен справа, объект выглядит освещённым слева. Это режим просмотра включен по умолчанию. На большинстве обычных компьютеров он работает гораздо быстрее всех прочих режимов, разумеется, за исключением каркасного (wireframe).

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_1.jpg

Рисунок 11.1 Режим сплошного вида

Чтобы получить представление о затенении, основанном на реальном освещении сцены, вы можете использовать режим отображения со светотенями вида (Shaded View), как показано на рисунке 11.2. Этот режим просмотра позволяет приблизительно оценить освещение объекта. Вы можете увидеть интенсивность и направление света, но тени не просчитываются, а поверхностные эффекты света только обозначаются. Этот вид будет обновляться в реальном времени при перемещении лампы, что требует серьёзных вычислений. В таком режиме на некоторых конфигурациях вы можете столкнуться с задержками.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_2.jpg

Рисунок 11.2 Режим затенённого вида

Наконец, существует окно предпросмотра, которое вызывается по Shift+P и выглядит, как показано на рисунке 11.3. Оно даёт вам наиболее точный предпросмотр того, что вы увидите после визуализации. Конечно, как вы можете увидеть на рисунке, оно является просто аппроксимацией поведения света на объекте. Более того, поскольку сферы вокруг глазных яблок Капитана Blender прозрачны, то для правильной их визуализации потребуется трассировка лучей. В предпросмотре нулевое значение альфы даёт пустоту на месте глазных яблок.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_3.jpg

Рисунок 11.3 Сплошной вид с окном предпросмотра

Эти разнообразные инструменты могут быть полезны при размещении источников света, но лично я считаю, что только полноценная визуализация может дать самое лучшее представление об освещении. Я редко пользуюсь режимом отображения со светотенями.

Обманки (cheats)

«Обманка» — это термин съёмочного освещения, означающий неестественное или неправдоподобное использование света для получения желаемого эффекта. Поскольку зрители видят сцену фильма в фиксированных границах и под ограниченными углами, то можно позволить себе большую свободу даже с реальными источниками света (добавлять несуществующие в природе источники света, перемещать источники света с их «настоящих» позиций на другие и так далее).

Обманки являются нормой даже в традиционном освещении, не говоря уже об освещении в компьютерной графике, где перемещение источников света не стоит ничего, а стоимость добавления дополнительных источников света измеряется только во времени визуализации. Тем не менее, неплохо было бы знать, когда нужно использовать обманки и учитывать, что окончательный эффект вашего освещения должен быть рассчитан на зрителя. Всегда имейте чёткое представление о том, каким должно быть освещение в 3D-сцене на самом деле, и как его должен воспринимать зритель. Обманки не должны быть очевидны зрителю.

Лампы

Источники света представлены объектом типа Lamp, у которого есть следующие подтипы:

  • Lamp (лампа)

  • Spot (прожектор)

  • Hemispheric Lamp (полусферическая лампа)

  • Area (излучающая плоскость)

  • Sun (солнце)

Область кнопок Lamp является подконтекстом области кнопок Shading, как вы можете видеть на рисунке 11.4. На этом рисунке показан типичный пример кнопок и значений параметров для направленного источника света (spotlight). В левой панели выбран тип лампы. В средней панели доступны такие параметры, как Distance (расстояние до лампы), Energy (энергия, сила света лампы) и цветовые RGB-значения лампы. В правой панели, в случае направленного источника света, вы можете настроить размер и резкость светового пятна и свойства теней.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_4.jpg

Рисунок 11.4 Кнопки Lamp

Управление свойствами теней — это одна из тех областей, в которых освещение компьютерной графики значительно отличается от традиционного кинематографического освещения. В отличие от реального мира, вы можете включать или выключать тени, отбрасываемые лампой, независимо от самой лампы. Более того, вы можете выбирать между несколькими разными методами просчёта теней. Вы можете использовать либо буферизированные тени (buffer shadows), которые относительно быстро просчитываются и аппроксимируются, или трассированные тени (ray shadows) которые более точно отражают формы объектов, отбрасывающих тень. Ниже вы увидите конкретный практический пример, показывающий различие между ними.

Графическое представление света в 3D-виде говорит вам, что опции тени для света активны. На рисунке 11.5 вы можете видеть три активных опции для прожектора в таком порядке: без тени, буферизированная тень и трассированная тень. Трассированная и буферизированная тени являются взаимоисключающими, так что на среднем рисунке показана только буферизированная тень.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_5.jpg

Рисунок 11.5 Опции отсутствия теней, буферизированных теней и трассированных теней (ray shadow) для источника света

У каждого из типов ламп есть специфические свойства и опции, и каждый из них на практике используется своим особым образом. В этом разделе мы кратко рассмотрим различные лампы и их эффекты.

Lamp

Лампа по умолчанию — это ненаправленная лампа, которая может отбрасывать трассированные тени, которые можно полностью отключить, но у которой нет опции буферизированных теней. Лампа по умолчанию не предоставляет инструмента управления направлением светового потока. Пример освещения лампой по умолчанию можно увидеть на рисунке 11.6 (используется опция трассированной тени).

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_6.jpg

Рисунок 11.6 Освещение одной лампой

Хотя ненаправленные источники света напоминают собой домашние лампы и уличные фонари, на съёмочной площадке или театральных подмостках у вас не получится найти особо много ненаправленных осветительных приборов. Вместо них используется множество прожекторов. Причина этого проста: освещение требует контроля того, куда падает свет. Прожекторы такой контроль обеспечивают, обычные же лампы — нет.

В данном случае, когда одна лампа освещает один объект, различие не бросается в глаза. Однако когда у вас несколько объектов и вам нужно убедительно осветить различные части сцены с тенями, подсветкой и заполняющим светом, вы очень быстро попадёте в ситуацию, где ничего нельзя сделать, не прибегая к контролируемым прожекторам. Кроме того, поскольку лампа по умолчанию излучает свет из одной точки, она совсем не подходит для использования в качестве окружающего света (ambient light) и малопригодна для создания мягкого заполняющего света.

Так что, по причине очевидной своей неопределённости, область практического применения лампы по умолчанию весьма ограничена. Она полезна в качестве опорной подсветки (prop light) — когда у вас в сцене есть лампа, которая должна давать ненаправленный свет. Но для актуального освещения я очень редко пользуюсь лампой по умолчанию.

Spot

Прожектор (spotlight) это самый часто используемый тип освещения в большинстве ситуаций. Сам по себе его свет обладает теми же качествами, что и у лампы по умолчанию, но его луч можно контролировать. Направление, дистанция, ширина и резкость луча — все эти параметры можно задать в области кнопок лампы.

На рисунке 11.7 показана настройка прожектора для визуализаций, которые вы увидите на рисунках 11.8, 11.9 и 11.10. Обратите внимание, что световой конус прожектора чётко виден в окне 3D-вида.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_7.jpg

Рисунок 11.7 Настройка прожектора в 3D-виде

В отличие от лампы по умолчанию, у лампы прожектора есть три опции теней. У этих опций есть различные применения и несколько потенциальных проблем, которых нужно остерегаться.

No shadow

Использование ламп с выключенными тенями это классическая обманка компьютерной графики. На рисунке 11.8 вы видите визуализацию с отключенными тенями. Обратите внимание, что некоторые места на этой визуализации остаются затенёнными. На них свет просто не падает. Этим компьютерная графика существенно отличается от физического мира. Тени, отбрасываемые одним объектом на другой, рассчитываются отдельно от освещённости поверхностей, обращённых к источнику света.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_8.jpg

Рисунок 11.8 Прожектор без теней

Возможность выключить отбрасывание теней может быть весьма полезна, поскольку ненужные тени — это бич сложных осветительных установок в традиционном освещении. Однако есть вещи, которых нужно избегать. Как и прочие обманки, эта обманка становится заметной, если используется неправильно.

Если ваш персонаж идёт по пустыне под палящим солнцем, то при отключенных тенях он будет выглядеть неестественно. В общем, источник света, который ваша аудитория считает основным источником света (и который может быть — а может и не быть основным на самом деле) должен отбрасывать тени. Бестеневые источники света хороши для заполняющего освещения (fill lights), поскольку они уничтожают существующую в реальном мире проблему с двойными тенями, возникающими благодаря источникам заполняющего освещения.

При отключенных тенях свет воздействует на отдельные объекты естественным образом, но тени, отбрасываемые на другие объекты, не рассчитываются. В результате эти объекты становятся прозрачными по отношению к другим объектам. Заметьте, какой эффект это даёт на волосах Капитана Blender на рисунке 11.8. Мы и не ожидали, что волосы с правой стороны его головы будут освещены настолько ярко. Но, поскольку сетка головы Капитана Blender тени не отбрасывает, то эти частицы начинают выглядеть так, как если бы они были освещены напрямую. Хуже того, они выглядят, как будто освещающий их свет исходит прямо из затенённой части головы.

В данном случае эффект относительно слаб, поскольку волосы Капитана Blender представляют собой небольшую его часть. Но в случае пышноволосых персонажей, этот эффект может привести к серьёзным проблемам, приводя к неестественному свечению волос персонажа. Поэтому нужно быть особо внимательным в случаях, когда бестеневое освещение используется совместно с волосами из частиц.

Buffer shadow

Для буферизированных теней осуществляется маленький чёрно-белый рендер окружающих объектов из точки зрения источника света, после чего это изображение накладывается на поверхности за объектом. Тень, отброшенная головой персонажа на его правое плечо на рисунке 11.9 — это буферизированная тень.

Обратите внимание на контраст с неестественной подсветкой на рисунке 11.8, где тени были выключены. Буферизированные тени зачастую довольно быстро рассчитываются и при этом достаточно эффективны. Однако в некоторых случаях проявляются ограничения буферизированных теней.

Резкость и темнота буферизированных теней не полностью зависят от условий освещения, как это бывает в жизни. На более плотных областях сетки образуются более тёмные буферизированные тени, могущие быть довольно заметными. Кроме того, буферизированные тени с недостаточным разрешением не затрагивают частицы, что приводит к тем же проблемам с волосами на рисунке 11.9, что мы ранее наблюдали на рисунке 11.8.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_9.jpg

Рисунок 11.9 Прожектор с буферизированными тенями

Ray shadow

Трассированные тени рассчитываются при помощи трассировки лучей, излучённых лампой, методом, наиболее точно аппроксимирующим траекторию падения настоящих теней в реальности. Это даёт наиболее реалистические тени: качество теней полностью зависят от условий освещения.

Тени на рисунке 11.10 были сгенерированы с помощью трассированных теней. Поскольку здесь только один источник света, они получаются тёмными и резкими, как и должны быть в данном случае. Более того, они корректно взаимодействуют с частицами волос, давая в результате аккуратный узор теней на голове Капитана Blender.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_10.jpg

Рисунок 11.10 Прожектор с трассированными тенями

Полусферическое освещение

Полусферическое освещение даёт очень рассеянный источник света, в том смысле, что лучи света разбросаны и движутся во множестве различных направлений. Это типично для света во многих условиях реального мира, в которых большую часть света мы видим в отражённом состоянии. В этом отношении полусферические источники света одновременно и более «естественны», чем прожекторы, и менее естественны, поскольку в природе не существует ламп, которые могли бы давать освещение такого рода. На рисунке 11.11 вы можете видеть фигуру, освещённую одной полусферической лампой (hemi lamp), расположенной в том же месте, что и прожектор из предыдущего примера. Обратите внимание: несмотря на то, что подсвечена, в основном, левая сторона фигуры, а затенена, в основном, правая, на фигуре нет ни одной полностью неосвещённой области.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_11.jpg

Рисунок 11.11 Полусферическая лампа (Hemi lamp)

Полусферы полезны для освещения с невыразимым, утилитарным назначением. Помещение полусферы в файл с моделью даёт в результате безобидную и полностью видимую визуализацию вашей модели. Он будет хорошим выбором для освещения по умолчанию для выразительной модели. Но это не лучший выбор для серьёзного освещения, поскольку результат выглядит плоским и безжизненным, как на рисунке 11.11. В общем, такой свет не слишком подходит для «выставочного» освещения (showcasing) объектов или для освещения сложных сцен.

Однако при работе с анимацией, где вы пытаетесь как можно сильнее уменьшить время визуализации каждого кадра, полусферическое освещение может быть полезно как быстрое, хотя и не очень точное, заполняющее освещение на открытом пространстве. Будучи настроенным на низкую интенсивность и при совмещении с хорошим ключевым освещением, играющим роль солнца, оно может помочь получить неплохой результат быстрее, чем прочие методы.

Полусферическая лампа, расположенная в трёхмерном пространстве, освещает всю визуализируемую область. Не имеет значения, где лампа находится на самом деле. Она чувствительна только к углу, под которым расположена. Все предметы сцены будут освещены под одним и тем же углом независимо от их положения по отношению к полусферической лампе. На рисунке 11.12 вы можете видеть полусферическую лампу расположенную так, что она направлена прямо вниз. Хотя свет не расположен непосредственно над персонажем Капитана Blender, освещение персонажа направлено прямо вниз, что можно увидеть на рисунке 11.13.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_12.jpg

Рисунок 11.12 Полусферическая лампа установлена так, чтобы светить по вертикали

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_13.jpg

Рисунок 11.13 Капитан Blender освещён вертикальной полусферой

Sun

Солнечная лампа (sun lamp) обладает теми же свойствами однонаправленности, что и полусферическая лампа. Точно так же она создаёт освещение всех предметов сцены под одним и тем же углом независимо от расположения лампы в трёхмерном пространстве. Значение имеет только угол лампы. Это делает солнечную лампу похожей на настоящее солнце, свет которого, из-за большого расстояния до самого источника света, воспринимается как однонаправленный. Различие между полусферической и солнечной лампами состоит в том, что солнечный свет излучается только в одном направлении и в солнечной лампе возможно использование трассированных теней. Как вы можете видеть на рисунке 11.14, это освещение более совершенно, чем у полусферической лампы.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_14.jpg

Рисунок 11.14 Солнечная лампа

Несмотря на своё название, солнечная лампа не должна ошибочно приниматься за настоящее солнце. Возможно, вам потребуется несколько солнечных ламп для того, чтобы убедительно осветить солнечную сцену на открытом пространстве. Основное применение солнечной лампы состоит в освещении нескольких объектов с одного направления, например, для отбрасывания параллельных теней от одного источника света.

Area

Поверхностные лампы (area lamps) представляют свет, который излучается из большой поверхности и в некоторых обстоятельствах могут использоваться для представления света, исходящего от солнца, луны или взрыва. Это освещение также часто используется в архитектурной визуализации, чтобы показать свет из окон или от плоскостных флуоресцентных ламп, при предметной визуализации или в любой ситуации, где настоящий фотограф или оператор пользовался бы рассеивателями (diffusers).

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_15.jpg

Рисунок 11.15 Поверхностное освещение

Как вы можете видеть на рисунке 11.15, поверхностное освещение может быть полезно для освещения кого-то, заглядывающего в холодильник или похищаемого пришельцами, но в большинстве ситуаций она не станет лучшим выбором для освещения персонажей.

Установка освещения

В большинстве случаев рекомендуется использовать для освещения предметов более одной лампы. В более сложных сценах это становится необходимым. Для простейшего освещения можно использовать одну полусферическую лампу, но результат не впечатляет.

Освещение тремя источниками света

Освещение тремя источниками света предполагает использование трёх ламп, обычно прожекторов, где основное освещение представляет собой ключевой свет (key light), тени смягчаются неярким заполняющим светом (fill light), а подсветка вокруг затенённых участков формы выполняется обратным светом (backlighting), как показано на рисунке 11.16.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_16.jpg

Рисунок 11.16 Установка освещения тремя источниками

В любом руководстве для начинающих по освещению для фильмов, фотографии или компьютерной графики непременно говорится об освещении тремя источниками. Этот подход к освещению настолько повсеместен и узнаваем, что уже превратился в клише. Этот факт, в сочетании с тем, что такое освещение не встречается в природе, вызвал отторжение у режиссёров, работающих в натуралистических стилях, и привёл к негативному отношению среди cg-художников.

Освещение тремя источниками нереалистично. Как нереалистичны выпученные глаза, медленно летящие пули или растягивающиеся человеческие головы. Во всех этих случаях творчество жертвует реалистичностью для достижения визуального эффекта. Точно так же освещение тремя источниками может применяться очень эффективно.

Оно было разработано в качестве средства использования света для подсветки и определения формы, что было важной целью в раннем кинематографе и остаётся таковой в трёхмерной анимации. Освещение тремя источниками должно рассматриваться как важный инструмент, но вы должны постоянно помнить, что такое идеальное освещение может придать вашей работе вид «студийного портрета», так что пользоваться им следует осторожно.

Три изображения, показанные на рисунке 11.17, демонстрируют назначение каждой из трёх ламп при трёхточечном освещении. На первом изображении включено только ключевое освещение. Оно главным образом освещает предмет, но оставляет дальнюю сторону тёмной и неопределённой. Во втором изображении добавлено неяркое заполняющее освещение правой стороны персонажа. Это уменьшает интенсивность теней и делает видимой оставшуюся часть лица.

Заметьте, что даже с двумя прожекторами изображение выглядит значительно лучше, чем с одной полусферической лампой. Обратите внимание, что заполняющий свет настроен так, чтобы не отбрасывать теней. Нам не нужны двойные тени. На третьем изображении добавлена обратная подсветка, очерчивающая затенённые области и добавляет сцене драматический аспект, отсутствовавший при освещении только ключевым и заполняющим светом.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_17.jpg

Рисунок 11.17 Раскладка освещения тремя источниками. Ключевой свет; ключевой и заполняющий; ключевой, заполняющий и обратный

Заполнение при помощи полусферической лампы

Менее драматический и более естественный свет (как в видео о Капитане Blender, прилагающемся к этой книге), получается при помощи маломощной полусферической лампы, используемой в качестве источника заполняющего света. При этом в качестве основного света используется прожектор, как показано на рисунке 11.18. Результатом является рисунок 11.19. Это простейшее, из известных мне осветительных решений, дающее приемлемые результаты. Заметьте, как отличаются пряди волос, не освещённые прожектором, от аналогичных, освещённых только полусферой (визуализация, показанная на рисунке 11.11).

Использование слоёв

При освещении тремя источниками, как показано на рисунке 11.17, как правило нежелательно, чтобы заполняющий свет отбрасывал тени. Тем не менее, простое отключение теней для заполняющего света может привести к проблемам, связанным с неправильно освещёнными частицами. Для того чтобы этих проблем избежать, мы просто ограничим освещение заполняющего света его собственным слоем, нажав кнопку Layer в окне кнопок Lamp. Это ещё один классический трюк, доступный творцам компьютерной графики, но не реальным осветителям. В данном случае источник света находится на том же слое, что и сетка Капитана Blender, а эмиттеры частиц для волос находятся на другом уровне, где их не коснётся свет этой лампы.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_18.jpg

Рисунок 11.18 Установка освещения прожектором и полусферой

Ещё один метод ограничения освещения определённых объектов состоит во включении опции Group на палитре Shaders кнопок материала. Будучи активированной, эта опция позволяет освещать части сетки, использующие этот материал, только тем источникам света, которые входят в указанную группу.

Анимация в Blender: освещение, визуализация и редактирование 11_19.jpg

Рисунок 11.19 Капитан Blender, освещённый прожектором и полусферой

Страница: 1 2
Поделиться в: Опубликовать в twitter Опубликовать в своем блоге livejournal.com