Světlo a stíny

Tento tutorial se bude zabývat teoretickou a praktickou částí v oblasti světel a stínů. Postupně projdeme trochu z teorie, přejdeme na světla v Blenderu a zakončíme tuto lekci ukázkami použití světel v praxi.

Teorie

Co se týče CG, tak je nasvícení jeho neoddělitelnou součástí. Najdou se v něm mistři, kteří kladou důraz na fotorealistické zachycení skutečnosti i ti, kteří kladou důraz na atmosféru nebo umělecký dojem. V čem tedy spočívá správné nasvícení, stejně jako u malířů v pozorováním okolí kolem nás. Studií her světel a stínů v reálném prostředí, která je neménně důležitá v 3D grafice. Dále zvládnutím nástroje tudíž znalost nastavení v Blenderu, cvikem a v neposlední řadě znalostmi působení světel na člověka. Nejde tedy o jednoduchou záležitost a člověk musí hodně studovat a experimentovat. Najdou se i scény, kde neplatí všeobecně platná pravidla a je nutno použít netradiční světelný setup, který podtrhne atmosféru scény svým osobitým způsobem.

Nasvětlování by se dalo přirovnat kompozici, jsou zde platná pravidla, ale většina grafiků pracuje s kompozicí i nasvícením postupem času intuitivně.

Co je to světlo? Světlo je jeden z nejdůležitějších aspektů pro vnímání estetické hodnoty díla, kterou provádí v první řadě zrak. Světlo je forma energie, díky níž dokážeme vnímat okolní prostředí kolem nás. Všechno co vnímáme zrakem je jenom odraz světel kolem nás kontrastující s jeho nedostatkem(stíny).

Rozdělení světel podle původu- přirozené zdroje světla(slunce) a umělé(lampa, svíčka, zářivka) v reálném světě se tyto zdroje různě kombinují například okno a lampa v místnosti.

Rozdělení stínu: přijímaný stín viz Obr 1.

Vržený stín je stín vržený předmětem na jiný předmět nebo plochu Obr 2.

Kvality světla:směr světla- důležitý pro různé druhy vystižení objemu předmětu.
množství světla- je důležité pro poměr světla a stínů, kontrastu.
kvalita světla- rozdíl mezi měkkými a ostrými stíny.
barva světla

Světla v Blenderu

Světla v Blenderu se dělí na raytracingové a shadowbufferové.

Rozdíl mezi shadowbufferovými a raytracingovými světly spočívá v jiném algoritmu pro jejich výpočet. Raytracingové stíny jsou náročnější na HW, než shadowbufferové, ale jsou přesnější.

Typy světel v Blenderu-Lamp, Sun, Spot, Hemi, Area. Jediné shadowbufferové světlo co vrhá v Blenderu stín je Spot a jediné co nevrhá stíny je Hemi. Bodová světla jsou Lamp, Spot a z části Hemi. Plošná světla jsou Sun a Area. Rozdíl mezi bodovými a plošnými světly spočíva v distribuci světla, buď z pomyslného bodu nebo plochy.

Lamp

Jediné všesměrové světlo, vhodné k simulaci světla lampy nebo svíčky. Může vrhat raytracingové ostré stíny Obr 3.

Spot

Zvládá shadowbufferové a raytracingové stíny. U shadowbufferových stínu se dá nastavit parametrem Soft jejich ostrost, což je výhodné oproti ostrým raytracingovým stínům. Je vhodné při osvětlování velkých exteriérů, dále se používá jako zdroj jednobodového světla např.z reflektorů aut. Ukázka spotu Obr 4.

Sun

Je nekonečné světlo, které scénu osvětluje rovnoměrně, vytváří rovnoměrné stíny. Vhodné pro simulaci záře měsíce, oblohy apod.

Hemi

Slouží k rovnoměrnému nasvícení, je podobný světlu Sun, nevytváří ostré přechody oproti sun. Dobré je ho použít jako podpůrné světlo do scény i pro ladění vaší scény do určitého barevného tónu.

Area

Jeho výhoda spočívá v tom, že dokáže vrhat jemné raytracingové stíny. Při práci s tímto druhem světla je důležité najít vhodný poměr mezi Dist a velikosti jeho plochy. Paprsky tohoto světla vyzařují z jeho plochy. Použití u interiéru je časově méně náročné než duplikováné spoty na icosphere.

Praktické příklady nasvícení

Zde máte k dispozici .blend s následujícími příklady(64KB) tady.

3 bodový světelný setup

Je vhodný pro zachycení objemu předmětu. Klíčové světlo tvoří Spot nasvětlující objekt z levé strany. Doplňkové světlo Hemi odstraňuje tzv. absolutní stíny a svítí z pravé strany předmětu, nevrhá stíny. Dále je tu zadní podpůrné světlo Hemi, které svítí zpoza předmětu a pomáhá vykreslit obrysy předmětu. U zadního světla je vhodné mít aktivované No Specular, zadní světlo nebude ovlivňovat případnou nechtěnnou specularitu viz Obr 8.

Žárovka v místnosti

Pro tento příklad si jako se zdrojem přímého světla a ostrých stínu vystačíme se světlem Lamp. Dále simulujeme nízkoenergetickými světly Hemi odraz od stěn Obr 9.

Lampa svítící přes mléčné sklo

Zde jsem si jako klíčové světlo zvolil světlo Area, díky možnosti nastavení měkkých stínů. Hemi zde plní úlohu jako v předchozím příkladě. Ukázka nasvícení je Obr 10.

Zářivky

Zářivka je umělý zdroj světla s jemnými stíny, jsou zde použity světla Area, též pro své měkké stíny pro každou zářivku zvlášt. Pro lepší kvalitu nastavte větší počet Samples. Hemi zde plní úlohu jako u předcházejících příkladů.

Svíčka

Svíčka je umělý zdroj světla s ostrými stíny, k vizualizaci jejího světla jsem použil světlo Lamp, protože je jediné všesměrové. Hemi světlo simuluje odražené světlo od stěny a slouží k odstranění absolutních stínů viz Obr 12.

Nasvícení exteriérů 1.

Pod nasvícení exteriérů spadá nasvícení oblohou, tudíž nepřímým světlem a nasvícení přímým slunečním světlem. V tomto případě jsem pro sluneční světlo zvolil Spot, pro svou HW nenáročnost a možností nastavovat ostrost stínů. Obdoba v Yafray by bylo světlo Area, ale s větší HW náročností. Podpůrné světlo zde simuluje nasvícení oblohou Hemi, pro realističtější nasvícení se jako nepřímý zdroj světla používá globální iluminace.

Nasvícení exteriérů 2.

Stejně jako v minulém příkladě jsem pro přímé sluneční světlo použil Spot. Násvícení oblohou zde simuluje Ambient Occlusion, dosáhnete realističtějších výsledků než jenom u Hemi, ale s většími nároky. Pro lepší kvalitu zvětšete parametr Samples u AO ve World Buttons. Ukázka Obr 14.

Nasvícení exteriérů 3.

Stejně jako u předchozích příkladů jsem i zde použil Spot pro sluneční světlo. Nasvícení oblohou simuluje Fake Radiosity, což jsou nízkoenergetické Spoty naparentované na Icosphere směřující do jeho středu.

Praktické ukázky nasvícení použité v mých scénách

K dobrému nasvícení je potřeba hodně experimentovat, zde můžete nahlédnout pod pokličku některých mých scén.

Kaple

Bral jsem v úvahu nasvícení oblohou pod mraky, kterou simuluje úspěšně globální iluminace v tomto případě Fake GI. Dále jako hlavní zdroj světla slunce, simulované spotem, a podpůrné světlo na dolaďění světla též spotem z opačné strany než slunce, které osvětluje původně neosvětlenou střechu nahoře napravo viz Obr 16.

Veranda

K předběžnému nasvícení jsem použil 4 spoty jako sluneční světlo a jedno hemi zespoda jako pomocné světlo. K finálnímu nasvícení k jemnějšímu stínu jsem použil parentované nízkoenergetické spot na upraveném subdividovaném Plane a též jedno hemi jako pomocné světlo Obr 17.

Továrna

Jako hlavní zdroj světla jsem použil spot simulující ostré sluneční světlo, podpůrné světlo rozbíjí tzv.absolutní stíny a dolaďuje stíny do modra. Podpůrné světlo svítí z opačné strany, než hlavní, aby nasvětlovalo stíny Obr 18.

Zátiší

Hlavní zdroj světla je též simulován spotem pro ostré sluneční světlo a podpůrné hemi Obr 19.

autor:G_Taurus(Martin Schrimpel)