PDA

View Full Version : mental ray: источники света и мягкие тени


sg
02.09.2008, 20:20
В этой статье представлено применение шейдеров источников света, фотометрических и поверхностных источников света, а также теней, формируемых методом трассировки лучей в mental ray. В ней освещаются такие вопросы, как освещение рассеянным светом и тени, действующие на расстоянии, подробно рассматриваются опции шейдеров источника света, а также применение файлов профилей фотометрических источников света и внешних инструментов для просмотра профилей источников света. Кроме того, показано, каким образом шейдеры mental ray применяются в каждом из основных приложений (XSI, Maya, 3ds Max) и как они реализованы в отдельных источниках света этих приложений.

Фрагмент из книги "Mental ray для Maya, 3ds max и XSI" любездно предоставлен издательством Вильямс (http://www.williamspublishing.com/).





http://dlight.ru/images/mrbook.jpg




Mental ray для Maya, 3ds max и XSI
Boaz Livny
Издательство Вильямс (http://www.dialektika.com/books/978-5-8459-1452-1.html)
896 стр.

sg
02.09.2008, 20:40
Источники света в mental ray

В mental ray предоставляется основная модель освещения, позволяющая определить различные типы источников света для освещения прямым светом. К этим типам источников света относятся следующие: точечные, прожекторные, бесконечно удаленные, а также бесконечно удаленные с началом отсчета. Простота “исходной” модели освещения в mental ray становится очевидной из приведенного ниже фрагмента исходного кода затенителя источника света в XSI.

light "Light" = "soft_light" # применяемый затенитель источника света
# ниже следуют основные параметры настройки
origin 0 0 0
direction 0 0 -1
spread 0.866025
# ниже следуют дополнительные параметры настройки
# для карт теней и освещения отраженным светом
shadowmap on
shadowmap resolution 512
shadowmap softness 0.002
shadowmap samples 20
energy 7500 7500 7500
exponent 2
caustic photons 10000
globillum photons 10000
end light

Обратите внимание на то, что в приведенном выше фрагменте кода тип источника света не указывается явно. Вместо этого он определяется путем объявления определенного сочетания опций направления (direction), начала отсчета (origin) и распространения света (spread). Что же касается источников света в основном приложении, то для определения модели освещения используется определенное сочетание этих трех опций. В данном примере в приложении XSI объявлены все три упомянутые опции, и поэтому mental ray известно, что указанный источник является прожекторным. А для точечных источников света предоставляется только опция origin. Если же указывается только опция direction, то источник света является бесконечно удаленным, а если указываются опции origin и direction, то это бесконечно удаленный источник света с началом отсчета. Бесконечно удаленный источник света излучает параллельные лучи света из бесконечно удаленной точки в сцене независимо от места его расположения. А бесконечно удаленный источник света с началом отсчета является направленным и имеет “заднюю” сторону относительно начала отсчета, и поэтому он не освещает объекты, расположенные позади него (этот тип источников света поддерживается не во всех основных приложениях).

sg
03.09.2008, 10:57
Затенители источников света

Основная модель освещения действует как составляющий затенитель, что позволяет строить сложные модели затенения, объединяя разные составляющие затенители для ввода таких эффектов, как проецирование текстур, световые эффекты и профили источников света (используемые для имитации моделей настоящего освещения). Общим основанием для этого служит то обстоятельство, что в основной модели освещения сначала выбирается один из четырех перечисленных выше типов источников света, а затем она дополняется опциями или затенителями источников света для определения особых свойств источника света. В качестве примера в приведенном выше фрагменте исходного кода создается прожекторный источник света.

Основная модель освещения описывается следующими пятью основными опциями.

- Основные опции, определяющие тип источника света.
- Опции, определяющие поверхностный источник света.
- Опции, определяющие излучение фотонов.
- Опции, определяющие карты теней.
- Опции, определяющие дополнительный затенитель источника света, посредством которого применяются другие опции.

В упоминавшемся выше фрагменте исходного кода, описывающего основную модель освещения, для применения затенителя прожекторного источника света используется следующий оператор: light "Light" = "soft_light". Ниже приведено определение затенителя прожекторного источника света.

shader "soft_light" (
"mode" 1,
"color" 1 1 1 0,
"intensity" 0.75,
"shadow" on,
"factor" 0.75,
"atten" on,
"start" 1,
"stop" 100,
"spread" 5,
"use_color" off,
"energy_factor" 0.75)

Это стандартная для XSI реализация затенителя источника света, которая вводится вместе с каждым типом источника света (точечным, прожекторным и бесконечно удаленным), предоставляя дополнительные опции источника света. Как видите, данный затенитель предоставляет, в основном, параметры настройки, характерные для прожекторного источника света, в том числе ослабление и радиус конуса света, а также окраску света. К этому основному объявлению источника света могут быть добавлены самые разные затенители источников света как автоматически в основном приложении, так и вручную в файле формата .mi.

Нетрудно заметить, что в основном объявлении источника света и в затенителе источника света (независимо от используемого приложения) указываются параметры настройки для спада света на расстоянии, его распространение и спад полутени . Так, опция spread определяет радиус распространения света, указывая угол проецирования света. А затенители источника света (в данном случае — в XSI) вводят такие дополнительные свойства, как конус света, доступный из редактора свойств источника света в XSI и определяющий второй, внутренний радиус (полутени от источника света), обеспечивая мягкий спад вдоль внешнего радиуса конуса света. Опция factor определяет степень непрозрачности или прозрачности теней при их наложении на цвета поверхности, т.е. полутень. Все эти и другие типичные параметры настройки доступны в любом из упоминаемых здесь основных приложений, как будет показано далее в разделе “Параметры настройки источников света в основных приложениях”.

Когда тени активизируются посредством затенителей источников света, они по умолчанию формируются методом трассировки лучей, если в основной модели освещения явно не указана карта теней, как показано в приведенном выше фрагменте кода. Специальное указание варианта формирования теней методом проецирования карты теней предписывает mental ray не использовать тени, формируемые методом трассировки лучей. Поэтому если в затенителе источника света активизированы тени, то можно указать их формирование методом проецирования карты теней.

Еще одним важным свойством света является его затухание на расстоянии. Свет может быть сымитирован в основных приложениях без затухания, с линейным затуханием или же с затуханием по закону обратных квадратов, т.е. со спадом по экспоненциальному закону. Такой спад света по экспоненциальному закону определяется в mental ray различными способами и разными затенителями источников света, в том числе прожекторных, фотометрических и осветителей дневного света типа CIE D. Как правило, в основных затенителях источников света в mental ray используются начальное и конечное значения ослабления для определения пределов спада света, а в затенителях физически точных источников света используется спад света по закону обратных квадратов аналогично настоящим источникам света.

Для большинства собственных типов источников света в Maya и 3ds max имеются соответствующие затенители источников света в mental ray. Это позволяет эффективно применять и связывать их с альтернативными специфическими для mental ray затенителями, причем все они объявляются в основном приложении во время трансляции перед визуализацией.

Во всех основных приложениях предоставляются элементы управления, позволяющие определить влияние источника света на рассеянное затенение, зеркальное затенение или же и то и другое. Такая возможность особенно важна для выбора метода освещения, в том числе отраженным светом, чтобы указать влияние источника света только на одну составляющую затенения, например, рассеяние. Одна из трудностей реализации сложной схемы освещения связана со множеством зеркальных подсветок на объектах. По умолчанию все типы источников света оказывают влияние на зеркальность. Так, если в сцену вводятся источники заливающего света, то вместе с ними в сцену вводятся и дополнительные подсветки. Подобного рода “артефакт” служит характерным признаком плохой организации освещения, поскольку основное назначение источника заливающего света — не вводить подсветки, а помочь определить форму. Следовательно, в любой схеме освещения следует учитывать, какие именно источники света будут оказывать влияние как на рассеяние, так и на зеркальное отражение, и какие из них должны влиять только на рассеяние.

sg
03.09.2008, 11:01
Полная тень и полутень

Полутень представляет собой участок, где разграничительная линия отделяет свет от тени, как показано на рис. 6.1. Светлая полутень образуется на участке, частично загражденном от света, где происходит переход от полного отсутствия света (полной тени) к ничем не заграждаемому свету. Полутеневые переходы могут быть относительно плавными: как от полной тени к свету, так и вдоль разграничительной линии (см. изображение A на рис. 6.1).

http://dlight.ru/images/mrs01.jpg

Рис. 6.1. Определение участков полной тени и полутени

В отношении теней поверхностные источники света обладают преимуществом более правдоподобной имитации спада тени, чем карты теней или простейшие тени, формируемые методом трассировки лучей. В двух последних случаях тени получаются либо явно зернистыми, что является результатом проецирования карты глубин, либо слишком резкими или же неправдоподобно размытыми. Тень в изображении B на рис. 6.1 имитирует в определенной форме спад полутени с помощью мягкой тени от поверхностного источника света.

sg
03.09.2008, 11:04
Поверхностные источники света

В mental ray предоставляется ряд дополнительных опций, которые могут быть добавлены к опциям затенителей источников света для активизации поверхностного освещения (эти опции рассматриваются далее в разделе “Параметры настройки поверхностных источников света”). Поверхностные источники света могут быть активизированы независимо от типа источника света (что также является “опцией”), но в основной модели освещения следует явно указать тип источника света (точечного или прожекторного), чтобы поверхностные источники света не сочетались с бесконечно удаленными источниками.

Рассмотрим сначала некоторые свойства освещения поверхностными источниками света.

Поверхностные источники света дополнительно рассматриваются в главе 12 в связи с их применением для имитации правдоподобного и физически точного освещения.

sg
03.09.2008, 11:09
Свойства поверхностных источников света

Настоящий свет распространяется к освещаемой точке в разных направлениях и, разумеется, из источников света разного размера и формы. Источник света может быть крупным как открытое окно или же мелким как лампочка. При организации освещения в машинной графике отсутствует явная возможность правдоподобно воссоздать размер источника или отражение света, и поэтому приходится применять несколько источников заливающего света, чтобы как-то возместить недостаток физических свойств источника света.

Одно из преимуществ mental ray заключается в возможности организовать поверхностное освещение вместо освещения бесконечно малыми источниками света. Принцип, положенный в основу поверхностных источников света, состоит определении участка, излучающего свет из разных его точек аналогично применению массива бесконечно малых источников света.

В mental ray распределяются несколько источников света в пределах заданного участка поверхностного источника света. Количество произвольно распределяемых источников света может быть определено по ширине и высоте (координатам U и V) участка поверхностного источника света. Такой участок может иметь разную форму: трехмерную (сферическую) или двухмерную (плоскую прямоугольную). Подробнее об опциях распределения источников света и формах их поверхности речь пойдет далее в разделе “Параметры настройки поверхностных источников света”.

На рис. 6.2 показано распределение света от массива бесконечно малых точечных источников света по сравнению с поверхностным источником света. В качестве поверхностного источника света (см. изображение B) выбран массив 3×3 источников (выборок), аналогичный массиву 3×3 точечных источников света на такой же площади поверхности (см. изображение A). Обратите внимание в изображении A на участок, ограниченный белой рамкой, и простые круглые формы с постоянным затенением, которые обозначают местоположение точечных источников света. Стандартный точечный источник света не обеспечивает плавную интерполяцию перехода от тени к полутени, и поэтому тени от стульев оказываются сфокусированными, образуя резкие чередующиеся полосы на полу, что характерно для простейших теней, формируемых методом трассировки лучей и не рассеивающихся на расстоянии. Обратите также внимание на то, что в обоих случаях форма участков, охватываемых тенями, очень похожа, поскольку распространение света за стульями зависит от действия источника света, излучающего свет в этом направлении под определенным углом с поверхности заданного размера. Как видите, массив точечных источников света и поверхностный источник света охватывают одни и те же участки и дают тени сходной формы, но поверхностный источник света (см. изображение B) заметно улучшает освещение сцены в двух важных аспектах. Во-первых, свет и тени оказываются более мягкими, поскольку они выбираются намного более эффективным способом, обеспечивая более эстетичное освещение, воссоздающее естественное распространение света, в отличие от резких теней, явно заметных в изображении A. И во-вторых, рассеянные тени снижают также вероятность появления артефактов мерцания, которые могут быть вызваны резкими чередующимися полосами теней, как видно в изображении A.

http://dlight.ru/images/mrs02.jpg

Рис. 6.2. Поверхностные источники света имитируют массив источников света на заданном участке аналогично крупному источнику света. Они реализуют более эффективный процесс выборки, чем в массивах источников света, и поэтому дают более правдоподобные результаты как в отношении мягкого освещения, так и в отношении теней, действующих на расстоянии

Двумя главными преимуществами поверхностных источников света являются правдоподобное охватывание светом и тени, действующие на расстоянии. Оба эти преимущества оказываются возможными благодаря физическим размерам таких источников света, в отличие от моделей освещения стандартными бесконечно малыми источниками света, чаще всего применяемыми в приложениях трехмерного автоматизированного проектирования.

sg
03.09.2008, 11:14
Охватывание светом

Когда свет излучается из крупной поверхности, то, освещая объект, он охватывает его со всех сторон и тем самым обеспечивает рассеянное, мягкое, эстетичное и намного более качественное и правдоподобное освещение, чем упрощенное освещение бесконечно малыми источниками света. На рис. 6.3 показано, почему это происходит. Лучи света от бесконечно малых источников света распространяются только из заданной точки (см. изображение A), а не из крупного участка поверхности (см. изображения B и C). Для поверхностного источника света можно определить конкретный участок, что позволяет точнее сымитировать освещение рассеянным светом, охватывающее поверхности, а значит, осветить те участки, которые в противном случае оказываются в области полной тени. В итоге мягким получается не только освещение, но и тени. Как видите, лучи из обоих углов поверхностных источников света в изображениях B и C охватывают цилиндр в большей или меньшей степени в зависимости от размера источника. Из этого можно сделать вывод: освещение в заданной точке поверхности определяется несколькими лучами света, испускаемыми из разных точек излучения на участке поверхностного источника света, причем одни из этих лучей могут беспрепятственно распространяться по прямой линии или же пересекать заграждающие (и отбрасывающие тень) поверхности, а другие — проходить сквозь прозрачные поверхности (например, цветного стекла). Таким образом, общий поступающий свет (суммарная энергетическая освещенность) в заданной точке поверхности зависит от нескольких различных факторов, определяющих ее окраску и способствующих более правдоподобной визуализации света. Мы еще вернемся к рис. 6.3 при рассмотрении теней в последующих разделах.

На рис. 6.4 показано действие поверхностного источника света при освещении цилиндрической формы. Все нормали вершин цилиндра перпендикулярны их граням, обеспечивая ограненный вид, позволяющий легче распознать градации яркости на освещаемой поверхности геометрической формы. В изображении A на рис. 6.4 можно проследить взаимосвязь между размером поверхностного источника света (прямоугольной формы) и его влиянием на охватывание светом. Обратите внимание, как поверхностный источник света освещает цилиндрическую форму за пределами его средней точки (разграничительной линии), которая оказывается последней точкой, которой достигает свет при освещении бесконечно удаленным источником света, как показано в изображении B1. Обратите также внимание на рассеянный вид теней в изображении A, который соответствует изображению C на рис. 6.3. При увеличении размера поверхностного источника света освещается больше граней поверхности — даже те, что находятся за пределами ее средней точки, где нормали граней перпендикулярны основному направлению распространения света, как показано в изображениях B1–B5 на рис. 6.4, каждое из которых визуализировано с постепенным увеличением размера поверхностного источника света, чтобы показать нарастающий эффект охватывания цилиндра светом.

http://dlight.ru/images/mrs03.jpg

Рис. 6.3. Влияние размера источника света: A — бесконечно малый источник света; B и C — два поверхностных источника света, демонстрирующих свойства охватывания светом и теней, действующих на расстоянии

http://dlight.ru/images/mrs04.jpg

Рис. 6.4. Поверхностные источники света обеспечивают охватывание поверхностей светом — даже за пределами их средней точки, чего можно добиться при стандартном освещении только с помощью источников заливающего света

sg
03.09.2008, 11:31
Тени, действующие на расстоянии

Одной из самых ресурсоемких задач является смягчение спада тени с целью обеспечить более естественный вид мягких теней. Добиться мягких теней можно самыми разными способами в зависимости от выбранного метода их формирования (проецированием карты теней или трассировкой лучей), а также от поставленной цели — усилить реализм теней или только придать им художественно размытый вид, как это обычно делается в Photoshop с помощью эффекта размытия. Чем большего реализма теней требуется добиться, тем более ресурсоемкой становится задача их визуализации.

На рис. 6.5 приведены визуализированные эквиваленты изображений A, B и C из рис. 6.3. В частности, изображение A иллюстрирует простейшую тень, формируемую методом трассировки лучей, который дает только резкую и полную тень без каких-либо признаков полутени. Если увеличить размер источника света, сохранив его относительно малым по сравнению с освещаемым объектом, то появится незначительный спад полутени, а по мере увеличения размера участка поверхностного источника света область полной тени сокращается, имитируя спад тени, действующей на расстоянии. Тени, действующие на расстоянии , появляются в результате попадания в область тени лучей света, распространяющихся в разном направлении и дополнительно освещающих участки, находящиеся позади объектов, заграждающих свет, т.е. участки тени. Следовательно, данный эффект зависит от распространения света в разных направлениях, что напрямую связано с размерами поверхностных источников света.

Следует заметить, что по мере отдаления тени от поверхности, которая ее отбрасывает, увеличивается (размытый) участок полутени, а сама тень постепенно рассеивается по мере появления лучей света позади поверхности. Но если источник света имеет бесконечно малый размер (см. изображение A на рис. 6.5), то спад тени получается малоправдоподобным, поскольку ему недостает охватывания светом и мягкости теней. Изображения B и C иллюстрируют спад тени на расстоянии. В частности, изображение C, где используется поверхностный источник света, который оказывается крупнее заграждающей свет поверхности, иллюстрирует более правдоподобный спад тени, чем изображение B, где источник света оказывается мельче заграждающей свет поверхности. Аналогично, совершенно рассеянную тень дает очень крупный источник света в изображении A на рис. 6.4. Следовательно, для организации правдоподобного освещения и создания разного настроения и намека в сцене могут быть использованы поверхностные источники света различных размеров, например, колбовый источник света по сравнению с прожекторным.

http://dlight.ru/images/mrs05.jpg

Рис. 6.5. Сравнение разных методов формирования естественных мягких теней: A — элементарная тень, формируемая методом трассировки лучей; B — тень от поверхностного источника света, который меньше, чем заграждающий свет объект; C — тень от поверхностного источника света, который больше, чем заграждающий свет объект

По мере приближения источника света к поверхности сила его света возрастает, а тени становятся более резкими, а по мере отдаления источника света от поверхности освещение слабеет, и тени становятся более мягкими и рассеянными, требуя дополнительной выборки для получения качественных изображений.

sg
03.09.2008, 11:33
Поверхностные источники света точечного и прожекторного типов

Как упоминалось выше, поверхностные источники света могут быть точечного или прожекторного типа. Результат их действия сильно зависит от типа источника света. Как правило, поверхностные источники света точечного типа лучше имитируют продолговатые источники света (на люминесцентных лампах), обеспечивая освещение по заданной длине, а поверхностные источники света прожекторного типа лучше имитируют локализованные источники мягкого света, в том числе источники на галогенных лампах с отражателем, обеспечивая освещение в заданном направлении. Термин “продолговатый” относится только к форме поверхностных источников света, которая может иметь непропорциональные размеры. Свет от поверхностных источников прожекторного типа распространяется в форме конуса прожектора, становясь более локализованным по мере увеличения размера источника, как у прожекторного источника заливающего света. На рис. 6.6 показано отличие в освещении продолговатыми поверхностными источниками прожекторного и точечного типа (изображения A и B соответственно). Как видите, поверхностный источник света точечного типа (изображения B) обеспечивает более качественное освещение, чем аналогичный источник света прожекторного типа (изображения A), когда он имеет продолговатую форму. Обратите внимание на то, что поверхностный источник света прожекторного типа сохраняет угол конуса света, но “растягивает” излучение света по длине своей формы. Именно поэтому он лучше подходит для имитации источников света пропорциональной формы, чем для воссоздания источников света с вытянутой в длину поверхностью. Обратите также внимание на то, что тени в верхнем изображении B (с источником света точечного типа) точнее соответствуют теням от источников света на люминесцентных лампах, а свет распространяется позади поверхностей более правдоподобно, как и должно быть при освещении люминесцентными лампами. Тени от источника света прожекторного типа оказываются просто “преувеличенными” и неестественно растянутыми по длине формы данного источника света. А тени от поверхностных источников прожекторного типа образуются как от проекторов, воспроизводя тень от крупного или удаленного источника света пропорциональной формы (см. изображение A). Очевидно, что источники света точечного типа более точно имитируют тени от продолговатых поверхностных источников, чем источники света прожекторного типа.

sg
03.09.2008, 11:38
Параметры настройки поверхностных источников света

Поверхностные источники света активизируются в результате ввода дополнительных опций в блок объявлений источника света внутри файла формата .mi. Приведенный ниже фрагмент исходного кода показывает, каким образом прожекторный источник света преобразуется в поверхностный.

http://dlight.ru/images/mrs06.jpg

Рис. 6.6. Сравнение результатов применения поверхностных источников света прожекторного и точечного типа


light "spotLightShape1"
= "spotLightShape1:shader"
origin 0. 0. 0.
direction 0. 0. -1.
spread 0.93
# в следующих 4 строках объявляется поверхностный источник света
rectangle 0 2 0 # тип формы, координата U (ширина)
2 0 0 # координата V (высота в координатах xyz)
8 8 1 2 2 # высокоуровневая и низкоуровневая выборка
Visible # источник света виден в визуализированном изображении
end light


Как видите, опции поверхностного источника света дополняют опции основного затенителя источника света, описывающего основную модель освещения (в данном случае прожекторным источником света). В объявлении поверхностного источника света указываются три следующих опции, представленных в том же самом порядке, как и в приведенном выше фрагменте исходного кода.

[тип формы] [размеры формы] (*две первые строки)
[выборка по координатам u, v][низкий уровень выборки][низкоуровневая выборка по координатам U, V]
[видимость]

В приведенном выше фрагменте исходного кода представлены опции, определяющие поверхностный источник света прямоугольной формы (всегда отцентрированной по источнику), 2 единицы шириной (по координате U) и высотой (по координате V). Для различных поверхностных источников света устанавливаются разные параметры его размеров, как будет показано в следующем подразделе. Пять цифр (8 8 1 2 2) в приведенном выше фрагменте исходного кода обозначают параметры выборки, что оказывает существенное влияние на качество и продолжительность визуализации. В последующих разделах описывается настройка этих параметров, а также поясняется их влияние на процесс визуализации.

Следует иметь в виду, что здесь и далее рассматриваются только тени от поверхностных источников света, формируемые методом трассировки лучей. Карты теней в таких источниках света не применяются, хотя их активизация разрешается в основных приложениях.

sg
03.09.2008, 11:44
Формы поверхностных источников света

Имеется шесть типов поверхностных источников света , различаемых по форме, и, как будет показано ниже, все они доступны в каждом из упоминаемых здесь основных приложений. Они перечислены в табл. 6.1.

http://dlight.ru/images/mrst1.jpg

В зависимости от формы поверхностные источники света способны воссоздавать самые разные световые эффекты. Так, прямоугольные поверхностные источники света могут быть использованы для заполнения светом окон, имитируя крупный источник света, проникающего в помещение, или же для освещения продолговатыми люминесцентными лампами, излучающими свет вниз, как в магазине или на автостоянке. Дисковые поверхностные источники света позволяют воссоздавать крупные круглые проекторы и даже сильные фонарики, обеспечивающие более мягкое освещение. Двухмерные формы излучают свет на 180° по передней стороне поверхностного источника света и могут быть визуально представлены с резким переходом от света к тени, как иллюстрируют оба изображения в верхней части рис. 6.7.

http://dlight.ru/images/mrs07.jpg

Рис. 6.7. Влияние формы поверхностных источников на распространение света в сцене

Трехмерная форма поверхностных источников обеспечивает излучение света на 360°, что позволяет им освещать все, что находится вокруг них. Как правило, для имитации света неоновых ламп или других продолговатых источников используется цилиндрическая форма, а сферическая форма — для воссоздания всенаправленных источников света. Оба типа поверхностных источников света трехмерной формы, проецирующих свет во всех направлениях, показаны в нижней части рис. 6.7.

Очевидно, что форма и размер поверхностного источника света в трехмерной среде оказывают огромное влияние на результаты визуализации и ее эффективность.

sg
03.09.2008, 11:46
Видимость

Опция Visible делает видимой форму поверхностного источника света в визуализируемом изображении аналогично видимому источнику света, как иллюстрируют изображения на рис. 6.7. Независимо от видимости источника света для основных лучей, он виден в отражениях, создавая изящный световой эффект свечения, интенсивность которого определяется силой света данного источника. Такой отражающийся источник света можно наблюдать в целом ряде иллюстраций к этой главе.

sg
03.09.2008, 11:47
Выборка из поверхностных источников света

Как следует из приведенного выше фрагмента исходного кода, пять числовых значений (8 8 1 2 2), используемых для выборки , обозначают следующие опции.

- Выборка по координатам U, V
- Низкий уровень выборки
- Низкоуровневая выборка по координатам U, V

sg
03.09.2008, 11:53
ВЫБОРКА ПО КООРДИНАТАМ U, V

В поверхностных источниках света применяется внутренний механизм mental ray для расчета количества источников света, произвольно распределенных на участке поверхностного источника света. Плотность их распределения зависит от двух первых значений выборки (8 8), которые определяют характер распределения источников света по координатам U и V формы поверхностного источника света, например, по высоте и ширине прямоугольной формы такого источника. Для определения (путем расчетов) числа точек излучения на заданном участке поверхностного источника света выполняется выборка по координатам U, V. Благодаря этому контролируется качество визуализации света поверхностного источника, особенно при переходах через область полутени. Чем меньше значение выборки, тем больше артефактов может появиться в области полутени от данного источника света, поскольку выбирается меньше точек излучения. На рис. 6.8 демонстрируется отличие между большими и малыми значениями выборки. Как видите, чем больше эти значения (см. изображение A), тем больше выборок делается и более плавным оказывается переход через область полутени, в отличие от малых значений низкоуровневой выборки (изображение B).

Значения выборки в значительной степени определяются формой поверхностного источника света. Так, если используются трехмерные формы, то следует иметь в виду распределение света на 360° вокруг формы источника света. Это требует выборки на более крупных участках сцены, а значит, замедляет визуализацию.

http://dlight.ru/images/mrs08.jpg

Рис. 6.8. Выборка из источника света позволяет повысить качество перехода от света к тени через область полутени, а также качество мягких теней: A — при больших значениях выборки; B — при малых значениях выборки

Как известно, во всех типах форм в трехмерной среде используются координаты UV двухмерного пространства текстуры для определения способа проецирования текстуры на поверхность этих форм. А в mental ray распределение (или плотность) излучения света поверхностным источником определяется путем проецирования этого распределения на формы по координатам U и V. Такие формы поверхностных источников света, как прямоугольная или дисковая, имеют относительно пропорциональные размеры. Это позволяет задавать пропорциональные значения выборки по координатам U, V для равномерного распределения источников света по пропорциональным формам поверхностных источников света. Известно также, что если развернуть сферическую или цилиндрическую форму в плоскость, то она окажется длиннее по координате U. Координата U сферической или цилиндрической формы поверхностного источника света в mental ray проходит по “экватору” (рис. 6.9), а после развертки в двухмерном пространстве текстуры такая форма оказывается значительно длиннее по координате U, чем по координате V, т.е. по ширине, чем по высоте.

http://dlight.ru/images/mrs09.jpg

Рис. 6.9. Сферические и цилиндрические координаты UV текстуры не являются пропорциональными и поэтому требуют непропорционального распределения света в их относительных масштабах

Если приходится иметь дело с непропорциональными формами, особенно после масштабирования, например, с целью привести прямоугольную или цилиндрическую форму к форме источника света на люминесцентных лампах, то следует использовать то же самое соотношение значений выборки из поверхностного источника света по координатам U и V. Так, для поверхностного источника света, прямоугольная форма которого была изменена по ширине на 10 единиц и по высоте на 1 единицу в соответствии с формой источника света на люминесцентных лампах, следует использовать соотношение координат U и V 20:2 (или хотя бы 15:4), чтобы обеспечить больше выборок по более длинной координате. А если, с другой стороны, цилиндрическая форма используется для имитации продолговатых источников света, то для нее может подойти соотношение 20:8, поскольку охват координаты V составляет 360°, что требует больше рядов источников света (8) для охвата координаты U по всей ее длине. Как упоминалось выше, эти значения используются в mental ray для получения требуемого соотношения и плотности излучения света, хотя фактически используемое число источников света оказывается больше указанного.

Рассмотрим далее возможности оптимизации выборки при поверхностном освещении в отражениях или преломлениях.

sg
03.09.2008, 11:57
НИЗКИЙ УРОВЕНЬ ВЫБОРКИ И НИЗКОУРОВНЕВАЯ ВЫБОРКА

Две дополнительные опции (низкий уровень выборки и низкоуровневая выборка) активизируются путем ввода их числового представления в оператор выборки — трех последних чисел (1 2 2) в приведенном выше фрагменте исходного кода. Эти опции указывать не обязательно. Если они не указаны, то используются большие значения (8 8) для высокоуровневой выборки из всего поверхностного источника света.

Низкий уровень выборки служит лишь для активизации низкоуровневой выборки аналогично переключателю. Если задано ненулевое значение (1) этой опции, то низкоуровневая выборка активизируется. Низкий уровень выборки определяет также уровень отражения вторичных лучей, использующих малые значения низкоуровневой выборки. Так, если установить значение 3 низкого уровня выборки, то после двух отражений (или преломлений) на третьем уровне отражений (или преломлений) будут использоваться малые значения низкоуровневой выборки вместо больших значений высокоуровневой выборки, а до тех пор текущий луч перестает отклоняться (отражаться) в сцене. Затем выполняется низкоуровневая выборка для определения качества выборки из поверхностного источника света при его появлении в отражениях (или преломлениях). Благодаря малым значениям выборки можно повысить эффективность визуализации. Поверхностные источники света, особенно те, что дают очень мягкие тени, способны существенно замедлить визуализацию, но в отражениях (или преломлениях) совсем не обязательно сохранять ту же самую целостность выборки, что и на участках, освещаемых прямым светом.

При использовании малых значений низкоуровневой выборки должно, как правило, сохраняться такое же соотношение, как и при больших значениях высокоуровневой выборки. Но это правило не следует считать незыблемым. Окончательное решение принимается на основании визуальных результатов.

На рис. 6.10 приводятся для сравнения результаты обычной и низкоуровневой выборки с отражениями. Изображение A иллюстрирует результат, полученный при отмененной низкоуровневой выборке, когда низкий уровень выборки равен 0. В этом случае одни и те же значения выборки были использованы для визуализации как прямого света и теней, так и отраженного света и теней. Изображения B и C иллюстрируют результат, полученный при активизированной низкоуровневой выборке, когда низкий уровень выборки равен 1. Но при этом для оптимизации внешнего вида поверхностного источника света в отражениях использовано намного меньшее значение выборки. Как видите, изображение B демонстрирует более прямое отражение с соотношением 1:1 и некоторые артефакты (зернистые тени и светлую полутень). Но как правило, отражение редко происходит с соотношением 1:1, поскольку отражающие поверхности могут иметь любую форму. Изображение C иллюстрирует более практический случай, когда полностью отражающая поверхность сферы искажает отражение, сокращая его до более мелкого участка. Следует заметить, что низкоуровневой выборки оказывается достаточно для сферы, и благодаря этому повышается эффективность визуализации. Большее число выборок выполняется там, где это требуется (для прямого света), а меньшее их число — для отраженного света.

http://dlight.ru/images/mrs10.jpg

Рис. 6.10. Преимущества низкоуровневой выборки для визуализации поверхностных источников света в отражениях (или в преломлениях)

Не следует забывать, что в трехмерной среде для воссоздания отражений вместо имитации зеркала используются “дополнительные изображения”, визуализируемые с точки зрения самих отражений. Следовательно, выборка более низкого уровня позволяет значительно сократить продолжительность визуализации.

sg
03.09.2008, 11:59
Параметры настройки источников света в основных приложениях

А теперь рассмотрим общие параметры настройки источников света в трех основных приложениях и, в частности поверхностных источников света. С поверхностными источниками света совместимы только тени, формируемые методом трассировки лучей, и поэтому далее будут упоминаться только они. А о картах теней вы узнаете из главы 7. Разумеется, среди глобальных параметров следует активизировать трассировку лучей с соответствующими пределами для отражения, преломления и теней в целях просмотра характеристик трассировки лучей.

В последнем разделе этой главы речь пойдет о применении профилей источников света в Maya и 3ds Max.

sg
03.09.2008, 12:09
Maya

В Maya предоставляются самые разные источники света, причем все они совместимы с mental ray, за исключением источников объемного освещения. Среди параметров точечных, прожекторных, поверхностных и направленных источников света в окне Attribute Editor имеется дополнительная вкладка mental ray со специальными атрибутами, как показано на рис. 6.11. Глобальные параметры настройки источников света доступны из свитка Spot Light Attributes (Атрибуты прожекторного источника света) или же из аналогичных свитков для источников света других типов. К числу этих параметров относятся Color (Окраска), Intensity (Интенсивность), Decay Rate (Степень затухания; определяет спад света), Penumbra Angle (Угол полутени; определяет конус света), Cone Angle (Угол конуса; определяет распространение света) и прочие параметры, зависящие от типа источника света (см. рис. 6.11). Параметры Cone Angle и Penumbra Angle характерны только для прожекторных источников света, а параметр Decay Rate недоступен для направленных источников света. В этой главе основное внимание уделяется атрибутам из свитков Area Light (Поверхностный источник света), Custom Shaders (Специальный затенитель) и Light Profi le (Профиль источника света; доступен только для точечных источников света) на вкладке mental ray, а также отбрасыванию теней, формируемых методом трассировки лучей.

http://dlight.ru/images/mrs11.jpg

Рис. 6.11. Атрибуты прожекторного источника света в Maya, среди которых имеется вкладка mental ray с параметрами специальной настройки источника света, совместимого с mental ray

В свитке Custom Shaders имеется атрибут Light Shader (Затенитель источника света), представляющий средства для назначения специальных затенителей источников света в mental ray. Такие затенители можно назначить, щелкнув на кнопке с изображением клетчатого рисунка, или же создав затенитель в окне Hypershade и перетащив его на пустую ссылку назначения. Затенители источников света в mental ray, приведенные на рис. 6.12, доступны из свитка MentalRay Lights (Источник света mental ray) на вкладке Create mental ray Nodes (Создание узлов mental ray) в окне Hypershade.

http://dlight.ru/images/mrs12.jpg

Рис. 6.12. Из свитка MentalRay Lights в окне Hypershade доступны раз личные затенители источников света в mental ray

sg
03.09.2008, 12:19
Специальные затенители источников света

Как только для атрибута Light Shader будет назначен специальный затенитель источника света , mental ray определит те параметры настройки источника света в Maya, которые должны быть переопределены этим затенителем во время визуализации. Некоторые из этих затенителей, в том числе mib_cie_d and mib_blackbody, предоставляют шкалу Кельвина для указания цветовой температуры и дополнительное скалярное значение, обозначающее яркость источника света. Затенитель mib_light_photometric позволяет указать профиль источника света (подробнее о применении профилей источников света в Maya — далее в разделе “Профили источников света”). Затенитель mia_physicalsun служит для реалистичной имитации источников света вместе с затенителем объектива mia_physicalsky и окончательной выборкой (подробнее об этом речь пойдет в главе 13).

Затенитель physical_light служит для имитации физически точных моделей освещения и применяется, главным образом, для воссоздания освещения отраженным светом, требующего точных расчетов. В этом затенителе внедряется реалистичный спад света по закону обратных квадратов и тени, формируемые методом трассировки лучей, причем отменить или изменить эти свойства нельзя. Ниже приведено краткое описание его атрибутов.

Атрибут Color позволяет регулировать силу света, исходя из световой энергии, обозначаемой значениями цвета RGB. Если щелкнуть на атрибуте Color, то откроется окно Color Chooser (Селектор цвета), где по умолчанию установлены значения 1000 цвета RGB. Аналогично реальной суммарной энергетической освещенности, световая энергия может быть обозначена значениями вне пределов от 0 до 1, чтобы обеспечить расширение динамического диапазона источника света в трехмерной среде.

Атрибут Cone доступен только для обычных и поверхностных источников света прожекторного типа и определяет дополнительный внутренний угол конуса света. Он действует аналогично атрибутам Cone Angle и Penumbra Angle (при отрицательном значении) прожекторных источников света в Maya. При нулевом значении этого атрибута полутень получается резкой, а при единичном значении спад полутени оказывается более плавным.

Атрибут Threshold определяет минимальную степень освещения в процентах, ниже которой источник света не действует, т.е. не светит. При увеличении значения этого атрибута действие источника света ограничивается только наиболее яркими участками. Данный атрибут предназначен, в основном, для оптимизации визуализации, заключающейся в том, чтобы исключить из выборки те участки, на которые попадает очень мало света от данного источника.

Атрибут Cosine Exponent доступен только для поверхностных источников света (прямоугольной и дисковой формы) в mental ray и служит для ограничения освещаемого участка. Например, поверхностный источник света, направленный в помещении вниз, освещает стены с заданной высоты, и если увеличить значение данного атрибута, то действие такого источника света будет смещено вниз, а значит, он будет освещать более узкий участок стены. В какой-то степени этот атрибут действует аналогично атрибуту Cone Angle в Maya, определяя общий освещаемый участок, но в то же время он изменяет спад света от яркого к темному. На рис. 6.7 приведены два поверхностных источника света (прямоугольный и дисковый) с затенителем physical_light, атрибут Cosine Exponent которого служит для визуализации “более изящного” спада света от поверхностного источника наружу.

Большинство возможностей этих затенителей, в том числе степень затухания света по закону обратных квадратов и сила света, определяемая большими значениями цвета RGB, может быть реализовано и с помощью доступного в Maya затенителя источника света. Для более ясного понимания свойств света и упоминаемых здесь терминов рекомендуется обратиться к материалу главы 9.

sg
03.09.2008, 12:22
Тени в Maya

Как правило, тени в Maya активизируются в свитке Depth Map Shadow Attributes (Атрибуты теней, формируемых проецированием карты глубин) или же в свитке Raytrace Shadow Attributes (Атрибуты теней, формируемых методом трассировки лучей) ниже свитка Shadows выбранного источника света. Так, в свитке Raytrace Shadow Attributes, приведенном на рис. 6.13, активизируются тени, формируемые методом трассировки лучей как в Maya, так и в mental ray, независимо от типа источника света, будь он поверхностным или стандартным. Как и следовало ожидать, атрибут Shadow Color позволяет определить окраску тени. Но кроме того, он задает прозрачность полутени и вместе с тем прозрачность и окраску теней.

http://dlight.ru/images/mrs13.jpg

Рис. 6.13. В свитке Shadows активизируются тени, формируемые методом трассировки лучей в mental ray, а также имеются элементы управления окраской теней для всех типов источников света

sg
03.09.2008, 12:24
Мягкие тени, формируемые методом трассировки лучей

С помощью атрибутов из свитка Raytrace Shadow Attributes можно сымитировать тени, действующие на расстоянии. Так, увеличением значения атрибута Light Radius (Радиус действия света) обеспечивается спад полутени в области тени, как иллюстрируют изображения B и C на рис. 6.5. Благодаря этому удается добиться полуправдоподобной тени, имитирующей реальный размер источника света только для отбрасывания тени. Но несмотря на то что тени охватывают объект, сам источник света не проявляет никаких признаков охватывания светом, рассматривавшегося ранее в подразделе “Охватывание светом”. При увеличении значения атрибута Light Radius нарастает и размытость полутени, а следовательно, для сокращения видимой зернистости в области тени требуется больше выборок, повышающих качество визуализации. Дополнительные выборки вводятся с помощью атрибута Shadow Rays (Теневые лучи), значение 20 которого обычно служит неплохой отправной точкой для выборки.

sg
03.09.2008, 12:27
Пределы трассировки теней лучами в Maya

Атрибут Ray Depth Limit (Предел глубины трассировки лучей) играет очень важную роль. Он определяет, сколько раз тень, формируемая методом трассировки лучей, может отображаться на сцене. Значение этого атрибута следует увеличить вместе со значением атрибута Shadow Trace Depth (Глубина трассировки тени лучами) из свитка Raytracing на вкладке mental ray в окне Render Settings, выполняющего ту же функцию, но только на глобальном уровне. Если значение одного из этих атрибутов остается малым, то одного только увеличения значения другого атрибута оказывается недостаточно. Но оба атрибута по отдельности оказывают влияние на видимость теней, формируемых методом трассировки лучей, определяя число уровней для появления, проникновения и отражения теней на других поверхностях.

На рис. 6.14 показаны тени, формируемые при разных значениях атрибутов Ray Depth Limit и Shadow Trace Depth. Два верхних изображения (A и B) иллюстрируют эффект преломления света при расположении прозрачной плоскости над непрозрачной, а два нижних изображения (C и D) иллюстрируют отражения. Для визуализации изображений A и C выбрано значение 1 обоих атрибутов Ray Depth Limit и Shadow Trace Depth, и поэтому в них видны только эффекты взаимодействия прямого света и тени. Для изображений B и D это значение увеличено до 2 (как локально, так и глобально), и в итоге эффект света и тени наблюдается как в отражениях, так и в преломлениях. Благодаря увеличению значений обоих атрибутов тень становится видимой сквозь преломляющую поверхность (изображение B) и отражающую поверхность (изображение D).

http://dlight.ru/images/mrs14.jpg

Рис. 6.14. В Maya число преломлений или отражений теней (n) может быть ограничено локально и глобально с помощью атрибутов Ray Depth Limit и Shadow Trace Depth: A — преломление при значении 1 обоих атрибутов; B — преломление при значении 2 обоих атрибутов; C — отражение при значении 1 обоих атрибутов; D — отражение при значении 2 обоих атрибутов

sg
03.09.2008, 12:36
Атрибуты поверхностных источников света mental ray в Maya

Атрибуты для поверхностных, точечных или прожекторных источников света, поддерживаемых в mental ray, доступны по команде Attributes > mental ray > Area Light. На рис. 6.15 приведены атрибуты для активизации поверхностного освещения в mental ray прожекторным источником света.

http://dlight.ru/images/mrs15.jpg

Рис. 6.15. Атрибуты поверхностных источников mental ray, доступные в Maya после выбора команды Attributes > mental ray > Area Light

После установки флажка Area Light активизируются функции поверхностного источника света. Атрибут Type определяет геометрическую форму поверхностного источника света, которая сразу же становится видимой в видовом окне (по центру источника света). Для определения размеров такого источника света дос таточно масштабировать его в видовом окне аналогично любому другому объек ту или же ввести соответствующие числовые значения в поля атрибутов преобразования по осям X, Y и Z на панели каналов (изменение масштаба по оси Z доступно только для поверхностных источников света трехмерной формы).

Несмотря на возможность придать поверхностным источникам света непропорциональную форму, например, плоской сферы, при визуализации в mental ray поддерживаются только формы, определяемые атрибутом Type. Например, в mental ray используется радиус сферической формы, а следовательно, визуализируется пропорциональная сферическая форма источника света независимо от того, насколько непропорциональной она была определена. То же самое происходит и с цилиндрической формой поверхностного источника света, которая визуализируется, исходя из радиуса основания и высоты цилиндра, которая, впрочем, может быть непропорциональной при заданном радиусе основания цилиндра.

Для визуализации поверхностного источника света следует установить флажок Visible. При значении 1 или более атрибута High Sample Limit (Верхний предел выборки) доступен также атрибут Low Samples. Оба атрибута High Samples (Высокоуровневые выборки) и Low Samples (Низкоуровневые выборки) действуют аналогично описанному выше в подразделе “Выборка из поверхностных источников света”. В первом поле этих атрибутов указывается выборка по координате U (т.е. по ширине), а во втором поле — выборка по координате V (т.е. по высоте).

Начиная с версии 8, свиток Area Light был, к сожалению, удален в Maya из атрибутов точечных источников, и вместо этого теперь доступны атрибуты поверхностного источника света Maya. Но если сначала создать прожекторный источник света и активизировать атрибуты поверхностного источника света mental ray, а затем преобразовать его к точечному типу, то параметры настройки данного источника света сохранятся, хотя и не будут видны. Такой обходной прием пригоден, главным образом, для “старых” сцен, созданных с поверхностными источниками света точечного типа.

Поверхностный источник света в Maya не относится к числу поддерживаемых в mental ray, и поэтому во избежание недоразумений следует иметь в виду, что тип (форма) поверхностного источника света в Maya не имеет отношения к поверхностному источнику света в mental ray. Но если в свитке Area Light установлен флажок Use Light Shape (Использовать форму источника света), то форма поверхностного источника света mental ray появляется над формой поверхностного источника света Maya, причем преобладает форма первого из них. У обоих разновидностей поверхностных источников света отличаются также параметры настройки. Так, у атрибутов High Samples и Low Samples поверхностного источника света в Maya имеется только одно поле для ввода числа выборок по координате U. Начиная с версии 8, экспорт поверхностного источника света в Maya осуществляется только со значением n выборок по координате U и устанавливаемым по умолчанию единичным значением для выборок по координате V независимо от намерений пользователя. Кроме того, начиная с версии 8, при сохранении и перезагрузке сцены в Maya параметры настройки поверхностных источников света сбрасываются (т.е. их настройки теряются). Для исправления этого недостатка можно загрузить специальный корректирующий сценарий, доступный по адресу http://www.Highend3D.com, где его следует искать в разделе Maya > Downloads > Mel Scripts > Lighting.

sg
03.09.2008, 12:41
XSI

Все типы источников света в XSI поддерживаются и в mental ray. Столь тесная интеграция означает, что многие базовые составляющие затенители встроены в свойства источников света XSI, а не доступны в виде отдельных затенителей источников света в mental ray. В XSI имеются три основных типа источников света: бесконечно удаленные, точечные и прожекторные. Кроме того, в этом приложении доступны два дополнительных поверхностных источника света: неоновый и световой короб, а также имеется возможность для создания осветительной оснастки из нескольких бесконечно удаленных источников света, сила света которых определяется значениями цвета изображения (особенно с расширенным динамическим диапазоном) — такой метод называется освещением по изображению .

Если посмотреть на параметры настройки любого из источников света в XSI (на рис. 6.16 приведены параметры прожекторного источника света), то можно обнаружить, каким образом в этом приложении реализуется стандартный затенитель источника света. В свитке Light находятся четыре вкладки свойств источника света: General (Общие свойства), Shadow Map (Карта теней), Area (Поверхностный источник света) и Photon (Фотонный источник). Общим для всех этих вкладок является то обстоятельство, что они являются частью структуры базового затенителя mental ray, а не затенителя источника света. Следовательно, параметры настройки на всех этих вкладках верхнего уровня равнозначны опциям затенителя источника света, приведенным во фрагменте исходного кода в самом начале этой главы. Так, свойства из свитка soft_light (источник рассеянного света) фактически равнозначны опциям, добавляемым к основной модели освещения на основе затенителя источника света, применяемого в XSI по умолчанию.

http://dlight.ru/images/mrs16.jpg

Рис. 6.16. Основные параметры настройки источника света и затенителя источника рассеянного света в XSI

В этой главе рассматриваются параметры настройки источников света из вкладок General и Area. Так, на вкладке General находятся параметры настройки, соответствующие таким опциям базового затенителя mental ray, как origin, direction и spread, и, в частности, раскрывающийся список Light Type (Тип источника света) и поле Cone Angle.

В поле Exponent указывается “пустое” значение, которое служит в некоторых затенителях mental ray для определения характера затухания света. В примере, приведенном на рис. 6.16, это значение используется стандартным затенителем источника рассеянного света, автоматически создаваемым вместе с каждым примитивным источником света.

В области Light Attenuation (Ослабление света) из свитка soft_light имеется флажок Light Falloff (Спад света), с помощью которого выбирается линейное или нелинейное затухание света. Так, если флажок Light Falloff установлен, то при выборе варианта Use Light Exponent (Использовать ослабление света по экспоненциальному закону) из раскрывающегося списка Mode (Режим) используется значение из поля свойства Exponent на вкладке General для управления затуханием света; значение 2 в этом поле обозначает затухание по закону обратных квадратов, рекомендуемое для физически точной имитации света. Если же из раскрывающегося списка Mode выбран вариант Linear, то для указания пределов спада света по линейному закону используются поля свойств Start Falloff (Начало спада) и End Falloff (Конец спада).

sg
03.09.2008, 12:42
Затенитель источника рассеянного света

Затенитель источника рассеянного света , появляющийся в каждой иерархии источников света в XSI, имеет определенное сочетание различных параметров настройки источника света, аналогично составляющим затенителям источников света в mental ray и затенителям теней (рассматриваемым в следующей главе). Если в области Shadows из свитка soft_light установлен флажок Enabled, то в XSI визуализируются тени. По умолчанию тени формируются методом трассировки лучей, если явно не указаны карты теней. Следовательно, флажок Enabled служит в качестве глобального переключателя теней. В полях свойства Umbra (Полная тень) указывается значение цвета и степень прозрачности теней. Помимо стандартного затенителя источника света, в XSI доступны также физические затенители солнца и неба (из библиотеки архитектурных затенителей), подробнее рассматриваемые в главе 13.

sg
03.09.2008, 12:50
Поверхностные источники света в XSI

В XSI имеются два “готовых” поверхностных источника света. В частности, световой короб представляет собой поверхностный источник света прямоугольной формы, образуемый из прожекторного источника света с пропорциональными размерами (квадратного) светящегося участка по ширине и высоте. Неоновый источник света также представляет собой поверхностный источник света прямоугольной формы, но с непропорциональными размерами светящегося участка, который может быть больше по ширине, имитируя осветительный прибор продолговатой формы. Иными словами, оба эти источника света являются и точечными и прожекторными, но с активизированными свойствами поверхностного освещения.

Независимо от выбранного типа источника света свойства поверхностного источника света активизируются на вкладке Area в свитке Light, как показано на рис. 6.17. Следует иметь в виду, что для бесконечно удаленных источников света эти свойства недоступны, поскольку в mental ray бесконечно удаленные поверхностные источник света не поддерживаются. Как видите, на вкладке Area доступна большая часть типичных параметров настройки поверхностного источника света.

http://dlight.ru/images/mrs17.jpg

Рис. 6.17. Вкладка Area для активизации поверхностных источников света в XSI

Флажок Visible in Render (Видимый в результате визуализации) делает поверхностный источник света видимым, а в раскрывающемся списке Geometry (Геометрическая форма) имеются на выбор четыре стандартные формы, кроме объектной и пользовательской.

В полях свойств из области Samples указываются общие значения выборки по координатам U и V, т.е. ширине и высоте, как упоминалось выше. К сожалению, на момент написания этой книги низкоуровневая выборка в XSI не была реализована. Тем не менее, такую выборку можно указать в файле формата .mi при визуализации в автономном режиме mental ray. В последующих версиях XSI можно ожидать появления непосредственной поддержки низкоуровневой выборки.

В полях свойств X, Y, Z из областей Scaling (Масштабирование) и Rotation (Вращение) определяются размеры формы поверхностного источника света в зависимости от ее типа. Так, если в раскрывающемся списке Geometry выбрана сферическая (Sphere) или дисковая (Disc) форма, то для определения радиуса такой формы используется только значение из поля X. При выборе цилиндрической (Cylinder) формы используются значения из полей X и Y для определения высоты и радиуса основания цилиндра, а если выбрана прямоугольная (Rectangle) форма, то значения из полей X и Y определяют ширину и высоту этой формы. Все четыре формы поверхностных источников света отображаются в видовом окне, а для их ориентации в пространстве служат значения из полей свойств в области Rotation. Тем не менее поверхностный источник света рекомендуется ориентировать на сцене как единый объект, поскольку вращение с использованием полей из области Rotation может привести к непредсказуемым результатам.

После выбора источника света в XSI с помощью клавиши <B> можно активизировать режим визуального видоизменения свойства этого источника на сцене, в том числе внутреннего и внешнего конуса света, распространения света, полутени и размера поверхностного источника света. С помощью клавиши табуляции можно переходить непосредственно от одних видоизменяемых свойств источника света к другим. После создания примитивного точечного или прожекторного источника света (с активизированным поверхностным освещением) нажмите клавишу <B>, чтобы активизировать данный режим, а затем клавишу табуляции, чтобы перейти в режим видоизменения свойств поверхностного источника света. Как только контур формы поверхностного источника света станет ярче (и заметно толще), поместите курсор на этот контур и нажмите левую кнопку мыши, чтобы затем визуально поправить размер поверхностного источника света в диалоговом режиме непосредственно в видовом окне.

sg
03.09.2008, 12:53
3ds Max

В 3ds Max доступны как стандартные, так и фотометрические источники света, причем и те и другие поддерживаются в mental ray, в том числе и для освещения в системе дневного света. Но не все параметры настройки этих источников света используются в mental ray. Если создать любой точечный, прожекторный или направленный источник света и перейти к панели Modify, то наряду с другими свитками на этой панели появятся параметры, поддерживаемые в mental ray (два нижних свитка на рис. 6.18).

http://dlight.ru/images/mrs18.jpg

Рис. 6.18. Не все из многочисленных параметров источников света в 3ds Max поддерживаются в mental ray

В свитке Spotlight Parameters (Параметры прожекторного источника света; аналогичные свитки доступны и для источников света других типов) находятся поля Hotspot/Beam (Яркое пятно/Луч света) и Falloff /Field (Спад/Поле действия), равнозначные соответственно опциям spread и cone в mental ray. К другим примечательным параметрам из этого свитка относятся кнопки-переключатели Circle и Rectangular, определяющие круглую и прямоугольную форму конуса света соответственно. Параметр Overshoot (Выход за край) в mental ray не поддерживается. Направленные источники света действуют в 3ds Max как бесконечно удаленные источники света с началом отсчета. Это означает, что если поместить такой источник света между двумя объектами, то освещенным окажется только нижний объект.

sg
03.09.2008, 12:59
Фотометрические источники света

К одним из самых главных преимуществ 3ds Max относится поддержка всех фотометрических источников света в mental ray, включая и реализацию затенителей mr sky и mr sun, которые эквивалентны затенителям источников света, имитирующих солнце и небо по классификации Общества инженеров-светотехников США (IES). Они могут быть использованы в системе дневного света и методе окончательной выборки (Final Gather) для воссоздания правдоподобного освещения. Система дневного света совершенствует метод воссоздания конкретного освещения с учетом конкретного времени дня и географического местоположения, а также допускает расширение диапазона яркости света. Затенитель mr sky применяется в системе дневного света для имитации сильного источника направленного (солнечного) света, а затенитель mr sun — для имитации окружения, используемого, как правило, в методах освещения по изображению (подробнее об этом речь пойдет в главе 13).

Независимо от системы дневного света, фотометрические источники света имеют расширенный набор параметров для имитации естественного и искусственного освещения прямым светом. Все фотометрические источники света подчиняются законам физики, излучая свет со спадом по закону обратных квадратов и учитывая реальный динамический диапазон яркости света. Некоторые из этих источников света очень похожи на специальные затенители источников света в mental ray, в том числе на затенитель осветителя дневного света типа CIE D, что дает возможность указывать окраску света с помощью цветовой температуры по стандартной шкале Кельвина, а также яркость света. Световая энергия (яркость) может быть даже указана в канделах (фотометрических единицах силы света), как показано на рис. 6.19, а из раскрывающегося списка Color можно выбрать различные стандартные модели освещения , нередко используемые в архитектуре. В примере, приведенном на рис. 6.19, в списке Color выбран вариант D65White (Осветитель белого дневного света типа D65), что соответствует цветовой температуре 6500 К, или стандартному источнику белого дневного света. Свойства света, в том числе и цветовая температура, измеряемая по шкале Кельвина, подробнее рассматриваются в главе 9. Фотометрические источники света 3ds Max, как и фотометрические затенители mental ray, поддерживают также профили источников света, о которых речь пойдет в конце этой главы.

http://dlight.ru/images/mrs19.jpg

Рис. 6.19. В 3ds Max имеются различные фотометрические источники света с расширенным набором параметров для более реалистичного воссоздания окраски и яркости света, причем все они поддерживаются в mental ray

sg
03.09.2008, 13:03
Свитки параметров, поддерживаемых в mental ray

В 3ds Max имеются четыре свитка параметров, поддерживаемых в mental ray. Два из них приведены на рис. 6.18. Свиток mental ray Indirect Illumination (Освещение отраженным светом в mental ray) подробнее рассматривается в главе 12, а в свитке mental ray Light Shader (Затенитель света mental ray), показанном развернутым на рис. 6.18, имеется возможность назначить в качестве карты специфические для mental ray затенители источников света. Так, если выбрать кнопку, расположенную ниже метки Light Shader, то откроется окно Material/Map Browser со стандартными для mental ray затенителями точечных, прожекторных и бесконечно удаленных источников света. Здесь же можно найти затенитель заграждения общего света, дающий эффект глобального заграждения света по всей сцене, а не на уровне отдельных объектов. Методы заграждения света подробнее рассматриваются в главе 13. Если назначить затенитель заграждения света (или же любой другой затенитель) в качестве карты для параметра Light Shader, то доступ к его параметрам можно получить, щелкнув сначала на кнопке Get Material (Получить материал) в редакторе материалов, затем на кнопке-переключателе Scene в окне Material/Map Browser и выбрав требуемый затенитель из появляющегося списка.

Параметры настройки затенителя прожекторного источника света в mental ray, назначенного для параметра Light Shader, приведены на рис. 6.20, где можно без особого труда выявить все рассматривавшиеся ранее параметры окраски света, тени, прозрачности тени, начала и конца ослабления света и коэффициента спада света. Использовать все эти затенители вместо источников света в 3ds Max не имеет практического смысла, кроме тех случаев, когда применяется специальный затенитель, расширяющий существующие возможности источников света в 3ds Max. Но если требуется поближе познакомиться с затенителями mental ray, то описанный выше способ их назначения является одним из самых удобных для этих целей.

http://dlight.ru/images/mrs20.jpg

Рис. 6.20. Параметры настройки затенителя прожекторного источника света в mental ray, доступные в окне редактора материалов в 3ds Max

В свитке mental ray Light Shader, приведенном на рис. 6.18, следует непременно установить флажок Enable, чтобы иметь возможность работать с затенителем источника света. О необходимости устанавливать этот флажок часто забывают.

sg
03.09.2008, 13:06
Тени в mental ray

Если выбрать из раскрывающегося списка Shadows в свитке General Parameters (Общие параметры) вариант mental ray Shadow Maps (Карты теней в mental ray), то появится дополнительный свиток mental ray Shadow Map — единственное место в 3ds Max, где находятся элементы управления картами теней в mental ray для формирования теней с помощью этих карт. Подробнее карты теней рассматриваются в главе 7. Если же тени требуется сформировать методом трассировки лучей, то из упомянутого выше списка следует выбрать вариант Ray Traced Shadows. При этом появляется дополнительный свиток Ray Traced Shadow Params (Параметры формирования теней методом трассировки лучей) с параметрами настройки теней данного типа. Параметр Color из свитка Shadow Parameters (Параметры тени) определяет окраску и прозрачность тени. Если выбран черный цвет окраски тени, она получается совершенно непрозрачной, а если выбран белый цвет, — полностью прозрачной. Тени формируются методом трассировки лучей как от стандартных, так и от поверхностных источников света.

sg
03.09.2008, 13:09
Поверхностные источники света mental ray

В 3ds Max поверхностные источники света mental ray доступны в раскрывающемся списке Lights на вкладке Create из панели Modify в виде двух дополнительных стандартных источников света: прожекторного (mr Area Spot) и всенаправленного (mr Area Omni). Источник света mr Area Spot может иметь только двухмерные плоские формы поверхности (дисковую или прямоугольную), а источник света mr Area Omni — трехмерные формы (сферическую и цилиндрическую). На самом деле поверхностные источники света доступны в 3ds Max лишь в качестве дополнительной возможности, и поэтому отличаются от стандартных прожекторных и всенаправленных источников света лишь функциями поверхностных источников mental ray. Если же в 3ds Max выбраны другие средства визуализации, то эти источники функционируют как прожекторные или всенаправленные, но без свойств поверхностного освещения в mental ray.

При создании одного из упомянутых выше поверхностных источников света mental ray (mr Area Omni или mr Area Spot) появляется дополнительный свиток Area Light Parameters (Параметры поверхностного источника света), где находятся параметры их настройки, как показано на рис. 6.21. Если установить курсор над полем Height или Width в этом свитке и нажать, не отпуская, левую кнопку мыши, то вокруг поверхностного источника света в видовом окне временно появится изображение участка поверхности этого источника, что дает возможность поправить его размер визуально.

http://dlight.ru/images/mrs21.jpg

Рис. 6.21. Свиток параметров поверхностного источника света mental ray в 3ds Max

Флажок On (Включить) активизирует поверхностный источник света, а флажок Show Icon in Renderer (Показывать пиктограмму в средстве визуализации) делает этот источник видимым в визуализируемом изображении. Форма поверхностного источника света выбирается из раскрывающегося списка Type. В полях Radius или Height и Width определяется размер светящегося участка данного источника в зависимости от его формы. А в полях из области Samples указывается число выборок по координатам U (ширине) или V (высоте). Возможность низкоуровневой выборки на момент написания этой книги в 3ds Max отсутствовала.

sg
03.09.2008, 13:16
Профили источников света

В специальном затенителе фотометрического источника света в mental ray поддерживается возможность ввода реалистичных моделей освещения с помощью профилей источников света , называемых файлами фотометрических данных IES (Общества инженеров-светотехников США), или профилями Eulumdat. Такие профили представляют собой описания силы и спада света открытым текстом и предоставляются производителями осветительного оборудования для разных типов источников света и конструкций осветительных приборов. Они служат для правдоподобного и физически точного воссоздания освещения в архитектурных визуализациях или имитациях освещения. Описания осветительных приборов позволяют сымитировать как прямой, так и отраженный свет. Термином отраженный в данном контексте обозначается свет, не направленный прямо в окружение. Это означает, что свет от осветительных приборов распространяется, в том числе, и вверх на стены, а затем отражается, в результате чего окружение освещается рассеянным светом. По существу, профили источников света позволяют описывать модели освещения настоящими источниками прямого, отраженного или того и другого света для воссоздания основного освещения прямым светом и дополнительно — отраженным светом.

Следовательно, профили источников света позволяют представить физическую форму сложных осветительных приборов, а не только лампочек. На самом деле они являются еще одной разновидностью поверхностных источников света со встроенной формой, определяющей освещение прямым или отраженным светом. Форма таких источников света не оказывает влияния на тени, как у поверхностных источников света в mental ray, и поэтому тени от таких источников распространяются не совсем верно, а действующие на расстоянии мягкие тени в них не поддерживаются. Профили источников света не следует применять вместе с поверхностными источниками света, поскольку они не вполне сочетаются друг с другом.

Профили источников света могут быть введены только в точечные источники света mental ray и допускают излучение света под углами и в направлениях, определенных в описании профиля (что касается характера и формы излучения света). Такие профили представляют самые разные источники света, в том числе на люминесцентных и галогенных лампах, лампах накаливания, а также более сложные осветительные приборы, отражатели света (например, отражатели прожекторов, фокусирующие свет), а также источники заливающего света, распространяющие свет в конкретном направлении и с заданной силой, как иллюстрирует изображение A в окне Render на рис. 6.22.

Профили источников света можно просмотреть в предварительно визуализированном виде наряду с построенной диаграммой распределения силы света в программе просмотра профилей IES . Такую программу просмотра можно найти в Интернете по критерию IES viewers. Андрей Леготин любезно предоставил собственную программу просмотра (см. рис. 6.22), доступную по следующей ссылке (для предварительного просмотра потребуется загрузить программу установки).

http://www.cgarena.com/freestuff/tutorials/max/ieslights/

На рис. 6.22 приведен интерфейс такой программы просмотра. После выбора профиля в окне браузера этот профиль отображается в виде диаграммы в ортогональной проекции, как иллюстрирует изображение B на рис. 6.22. Далее можно щелкнуть на кнопке, обозначенной на этом рисунке буквой C, чтобы посмотреть в предварительно визуализированном виде рассеяние света в данном профиле. В этом примере источник света из выбранного профиля рассеивает как прямой, так и отраженный свет. Следовательно, линии на диаграмме обозначают направление рассеяния и затухание света. В частности, внутренняя темная линия (выделенная красным цветом в программе просмотра) может рассматриваться в качестве начальной точки ослабления света, а более светлая внешняя линия обозначает направленность и интенсивность спада света в сторону конечной точки ослабления света. При визуализации таких источников света с эффектам причастных сред (в mental ray) или же с эффектами объемного освещения (в 3ds Max) полученный результат оказывается аналогичным отображаемому в программе просмотра выбранного профиля.

http://dlight.ru/images/mrs22.jpg

Рис. 6.22. Программа просмотра профилей IES Андрея Леготина, отображающая в ортогональной проекции диаграмму рассеяния света и предварительно визуализированный вид профиля источника света, выбранного из файла IES

На рис. 6.23 и 6.24 приведено одно и то же изображение, визуализированное с помощью разных профилей источников света для иллюстрирования освещения как прямым, так и отраженным светом. Верхние изображения на рис. 6.23 иллюстрируют освещение источником света на лампах накаливания, причем слева показана диаграмма рассеяния света и предварительно визуализированный вид профиля данного источника света, а справа — результат визуализации объемного освещения в 3ds Max с помощью данного профиля. Аналогично, нижние изображения на рис. 6.23 иллюстрируют рассеяние в разных направлениях света в профиле сильного источника наружного освещения. Справа на рис. 6.24 видны отражатели, а также источники отраженного света на стенах. Как видите, свет распространяется вверх от точечных источников света, а слева на рис. 6.24 использовано освещение прямым светом люминесцентных ламп. Нетрудно заметить, что качество распределения света в обоих изображения заметно отличается.

http://dlight.ru/images/mrs23.jpg

Рис. 6.23. Два примера использования профилей источников света. В каждом из рядов изображений используются разные профили источников света и показаны их диаграммы рассеяния света, а также визуализированные результаты предварительного просмотра профилей и их применения при объемном освещении в 3ds Max

Тем не менее помещение на рис. 6.24 выглядит темным, а следовательно, для полного его освещения придется воспользоваться дополнительными источниками заливающего света или же организовать освещение отраженным светом, чтобы более правдоподобно воссоздать распределение света в этом помещении. Применяя профили источников света , следует также иметь в виду, что они определяют затухание света в реальных единицах, и поэтому сцену, возможно, придется строить в реальных масштабах, соответствующих правильному распределению света. Если же профили источников света применяются исключительно в художественных целях, то согласования масштабов может и не потребоваться, поскольку силу и спад света можно дополнительно откорректировать с помощью параметров настройки затенителя источника света.

http://dlight.ru/images/mrs24.jpg

Рис. 6.24. В изображении слева для освещения помещения использованы профили источников света на люминесцентных лампах, а в изображении справа — отражатели света. Характеристики источников света получены из разных файлов профилей IES и поэтому в обоих случаях отличаются

Файлы профилей источников света можно загрузить из Web-сайтов производителей осветительного оборудования, например, по следующим адресам.

http://www.lsi-industries.com/products.asp
http://www.lightolier.com/
http://www.lithonia.com/

sg
03.09.2008, 13:19
Профили источников света в Maya

В Maya в качестве затенителя для точечного источника света можно выбрать фотометрический затенитель mental ray и с его помощью присоединить профиль источника света . А еще лучше присоединить профили IES непосредственно к точечному источнику света (и только к нему), используя атрибуты Light Profi le из свитка Light Profi le на вкладке mental ray в окне Attribute Editor выбранного источника света, как показано на рис.6.25.

http://dlight.ru/images/mrs25.jpg

Рис. 6.25. Для точечного источника света в Maya предоставляется дополнительный свиток Light Profi le, в котором можно назначить профили IES с помощью фотометрического затенителя mental ray

После назначения профиля для атрибута Light Profi le создается специальный узел профиля источника света mental ray , как показано на рис.6.26. Этот узел позволяет загрузить файлы профилей IES или Eulumdat, где, как упоминалось выше, описываются характеристики источников света. Чаще всего такие файлы загружаются из Web-сайтов производителей осветительного оборудования.

http://dlight.ru/images/mrs26.jpg

Рис. 6.26. В Maya предоставляется специальный узел профиля источника света, где можно загрузить файлы профилей IES или Eulumdat для фотометрического затенителя mental ray или же атрибута Light Profi le точечного источника света

Следует иметь в виду, что ориентация точечного источника света приобретает особое значение при использовании профилей источников света, поскольку они обозначают направленность света из такого источника. После присоединения профиля источника света можно активизировать тени, формируемые методом трассировки лучей, и воспользоваться общими параметрами настройки источника света, чтобы определить его окраску и интенсивность. При использовании профилей источников света в Maya особенно полезным оказывается атрибут Radius, позволяющий сделать тени мягкими, поскольку по умолчанию профили источников света дают неправдоподобно резкие тени.

sg
03.09.2008, 13:23
Профили источников света в 3ds Max

В 3ds Max профили присоединяются к фотометрическим источникам света. Как упоминалось выше, профили не годятся для фотометрических поверхностных источников света (как свободно направленных, так и нацеленных), несмотря на то что формально это допускается. Следует также иметь в виду, что фотометрические поверхностные источники света экспортируются как точечные источники с активизированными свойствами поверхностного освещения, как было показано на примерах поверхностных источников света mental ray ранее в этой главе. Следовательно, такие источники света могут быть использованы в mental ray, но без профилей источников света. Управление выборкой в данном случае осуществляется с помощью параметров из области Num. Samples (Число выборок) в свитке Light Sampling (Выборка из источника света), но только по координате U, а не координате V, как и для поверхностных источников света mental ray.

Для присоединения профиля к фотометрическому источнику света следует сначала создать такой источник (линейного или точечного типа), а затем перейти к свитку Intensity/Color/Distribution (Интенсивность/Окраска/Распределение) на вкладке Modify и выбрать из раскрывающегося списка Distribution вариант Web (Паутинчатое распределение света), как показано на рис. 6.27. После этого можно загрузить профиль, выбрав кнопку Web File (Файл профиля паутинчатого распределения света) в свитке Web Parameters (на рис. 6.27 показано назначение профиля 95111702).

http://dlight.ru/images/mrs27.jpg

Рис. 6.27. Параметры фотометрического источника света в 3ds Max, используемые для профилей источников света

После присоединения профиля к фотометрическому источнику света в 3ds Max геометрическая форма такого источника изменяется в видовом окне в соответствии с характеристиками рассеяния света, описываемыми в профиле. Эта форма определяется внешней линией диаграммы рассеяния света в профиле, как показано на рис. 6.22 и 6.23. Форма помогает оценить направление рассеяния света и другие характеристики источника света, чтобы правильно нацелить и сориентировать его на сцене.

Следует также заметить, что линии, нанесенные на диаграмме рассеяния света в ортогональной проекции в программе просмотра профилей IES, предоставляют сведения о силе света в фотометрических и радиометрических единицах измерения. Эти единицы измерения, например, люмены, определяющие световой поток и обозначаемые как lm с пиктограммой лампочки в верхнем ряду над диаграммой в программе просмотра профилей, имеют соответствующие значения в свитке Intensity/Color/Distribution в 3ds Max, но для полного соответствия значений светового потока следует выбрать кнопку-переключатель lm в данном свитке. С помощью параметра Multiplier (Множитель) можно пропорционально изменить силу света источника в ту или иную сторону для освещения конкретной сцены.

В свитке Atmospheres & Eff ects (Атмосферные явления и эффекты) могут быть активизированы эффекты объемного освещения . Это позволяет наглядно представить характеристики рассеяния света для конкретного источника, а также добиться более качественной визуализации освещения при использовании профилей источников света.

sg
03.09.2008, 13:24
Фрагмент из книги "Mental ray для Maya, 3ds max и XSI" любездно предоставлен издательством Вильямс (http://www.williamspublishing.com/).



http://dlight.ru/images/mrbook.jpg



Mental ray для Maya, 3ds max и XSI
Boaz Livny
Издательство Вильямс (http://www.dialektika.com/books/978-5-8459-1452-1.html)
896 стр.

sg
03.09.2008, 13:25
Напишите свои комментарии о статье.
Нам важно Ваше мнение.

Vadim V
05.11.2008, 02:06
Полезная статья, спасибо)))

Fanomat
08.06.2009, 03:31
Прелесть mental ray в Revit состоится в том что об этом не надо думать и не надо знать. Просто задал материал больше 50-ти шейдеров для создания своего материала, выбрал для чего тебе рендер печать или экран, выбрал качество рендера или настроил вручную 6-7 параметров, указал источник света солнце, лампы или оба и нажал на кнопку.
Судя по выполнению рендера ФГ тут хорошо поработал но могу ошибаться, не изучал mr детально.
Тема очень интересная и предлагаю создать соответствующую.