Modelovací nástroj SURFACE v 3DS Max - 3. díl - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

snek

snek

21. února 2003, 00.00 | V dnešním díle tutoriálu nebudeme modelovat žádné geometrické tvary pomocí nástroje SURFACE ani
žádných dalších technik. Dnes si vysvětlíme základní fyzikální vlastnosti světelného záření.

V první řadě musím uvést na pravou míru jednu nepřesnost v nadpise tohoto dílu. Dnes již nebudeme modelovat žádné geometrické tvary pomocí nástroje SURFACE ani žádných dalších technik. Nadpis jsem zvolil na základě názvů předchozích dvou dílů tak, aby byla patrná souvislost celého seriálu. Dnes si vysvětlíme základní fyzikální vlastnosti světelného záření. Nejprve si dobře prohlédněte následující obrázek.

Pro zvětšení klikněte na obrázek

Ten sice vznikl z modelu, který jsme si připravili v předchozích částech, ale výpočet byl proveden pomocí speciálního renderovacího modulu, který dokáže fyzikálně přesně distribuovat světlo. My však použijeme standardní renderer 3D studia. Tento obrázek nám poslouží jen jako předloha, které se pokusíme maximálně přiblížit za použití pouze základních možností Maxe. A mluvím zde o verzi 4.x, která nenabízí Radiositu ani Light Tracer. Výpočet tohoto obrázku o velikosti 1024 x 603 trval šílených 40 hodin!!!, takže když jsem na konci zjistil, že to není zcela podle mých představ, tak jsem ho znovu nepředělával.

Nyní opět trocha teorie fyziky, ale klid - nepůjde o nic složitého. Připravíme si scénu, která obsahuje jeden bílý box (podlaha), jednu červenou kouli a jedno světlo typu TARGET SPOT. Na přesných parametrech příliš nezáleží, neboť výpočty budou sloužit pouze pro pochopení tématu.

Následující obrázek byl vypočten pomocí DEFAULT SCANLINE RENDERERu:

Pokud studujete obrázky v různých 3D galeriích na webu a pokud si lámete hlavu, proč Vám některé připadají dokonalé jako fotografie a jiné okamžitě odhalíte jako 3D grafiku, pak nejspíš dokážete pojmenovat nedostatky tohoto obrázku. Je to 100% černý stín a 100% černá spodní část koule. Další obrázek je renderován ve speciálním modulu, který umí počítat s radiositou jednotlivých částí scény:"

Rozdíl je na první pohled patrný při zachování všech parametrů scény včetně intenzity osvětlení. Vtip spočívá v tom, že v reálném světě působí bílý podklad jako odrazná deska, která ač sama nevyzařuje, dokáže část dopadajícího světla odrazit zpět do prostoru, takže nám červenou kouli nasvítí i zespodu. Toto odražené světlo se po dopadu na kouli opět částečně odrazí zpět do prostoru, avšak tentokrát je jeho barevný charakter ovlivněn červeným materiálem koule, takže zpět na desku dopadá slabé červené světlo. A tak to pokračuje do vyčerpání veškeré energie světelného paprsku. Tento proces nám samozřejmě též ovlivní intenzitu okolních stínů. Z popisu je patrné proč se SCANLINE RENDERER vyhýbá tomuto způsobu osvětlení scény. Jeho náročnost na výpočet jej do nedávné minulosti odkazovala do profesionálních studií zabývajících se výrobou Hvězdných válek a podobných libůstek. Jen pro představu: výpočet prvního obrázku trval 1 sekundu a druhého 37 sekund.

Co ale s tím? Pokud budeme mít složitou scénu - a to my od minule máme - pak potřebujeme nějakou náhražku. Zkusíme přidat pár dalších světel, přičemž každému z nich zvolíme zvláštní charakteristiku. A toto je výsledek při použití SCANLINE renderování:

Délka výpočtu: 3 sekundy, počet světel: 3. Jak jsem to provedl? Následovně: Směrovému světlu, které jsem ve scéně ponechal, jsem pouze změnil intenzitu vrhaného stínu. Původní hodnota DENSITY. byla 1 a tu jsem změnil na 0,75. To nám zjemní stín vržený koulí. Z obrázku jste patrně vytušili, že tento zdroj svítí metodou Ray Trace.

Dále jsem do scény přidal jedno světlo typu OMNI. U něj nezáleží na přesném umístění. Zatrhneme totiž volbu AMBIENT ONLY, která nám provede zásadní změnu v charakteristice tohoto zdroje. Světlo nevrhá stín, vyplňuje veškerý prostor ať již ve stínu či v plném okolním osvětlení bez patrného úbytku intenzity. Hodnotu MULTIPLIER jsem zde nastavil jen na 0,4, to proto, abychom úplně nezničili působení hlavního světla. Kromě ambientního efektu jsem též ponechal působit efekt DIFUSE. Efekt SPECULAR jsem zrušil.

Třetí světlo použité ve scéně je typu TARGET DIRECTIONAL a nasměroval jsem jej kolmo dolů, přesně nad středem koule.

Velikost světelného kužele (nebo vlastně sloupce) jsem upravil takto: HOTSPOT/BEAM zhruba třetina průměru koule a FALOFF/FIELD přibližně jako celý průměr koule. Také jsem zakázal vrhání stínu. A teď přijde to podstatné. Intenzitu světla jsem nastavil na -0,3 a barvu světla na: R=111, G=188 a B=195, což, jak sami za chvilku poznáte, je taková mdlá, světle modrá barva. Zvolená intenzita se zápornou hodnotou nám způsobí zajímavý efekt. Zdroj nevrhá světlo, ale stín, který nezohledňuje předměty stojící mu v cestě (v našem případě kouli). Tento stín má tzv. doplňkovou barvu ke zvolené, tedy světlemodré, barvě.

Doplňková barva je taková, která leží na opačné straně spektrálního barevného kotouče. Takže proti červené barvě, kterou chceme získat je čistý azur. Jenže my tu barvu potřebujeme mít trochu ušmudlanou a proto necháme lehce zešednout i ten azur. Pro lepší pochopení jsem Vám připravil takový jednoduchý spektrální kruh, ze kterého si snadno onu doplňkovou barvu odvodíte.

Takže vidíte, že světelné efekty na našich objektech dokážeme poměrně věrně nasimulovat při mnohem příznivějších renderovacích časech. Když se nyní vrátíme k prvnímu obrázku, tak si uvědomíme, že většina důležitých částí scény je velice odrazivá. Myslím tím tmavě červený lak, okrový lak a samozřejmě chromové části vozu. To je sice zdlouhavější na výpočet, ale má to i své výhody. Pokud odrazivost podlahy v naší demonstrační scéně změníme na cca 100% Reflection, tak zjistíme zajímavou věc: ...

... efekt "obarvení" podlahy do červena je téměř neviditelný. Odpadne nám tím starost, jak namíchat simulační světlo mezi modrou oblohou, žlutým blatníkem a rudou kapotou. Tím pádem ušetříme zase na nějakých těch světýlkách. A tím samozřejmě na celkovém výpočetním čase.

To je pro dnešek vše. Teď bych byl rád, kdybyste si sami provedli pár pokusů na toto téma, neboť příště se nám budou znalosti a zkušenosti s nahrazováním radiozity hodit. Připravíme si textury na náš vůz a pomalu začneme přemýšlet o budoucím nasvícení scény.