Как устроен свет в 3D-моделировании

Типы освещения в 3D-графике

В реальном мире свет солнца и свет от лампы или прожектора будут сильно отличаться, и в 3D-графике эта разница тоже заметна. Поэтому в программах есть разные типы источников света, которые имитируют реальное освещение.

• Point light (точечное освещение). Это тип освещения, при котором лучи света расходятся во всех направлениях. Объекты, которые ближе к источнику света, выглядят ярче тех, что вдали. Разница в освещении показывает, что между объектами большое расстояние. Point light не имеет конкретной формы и используется, чтобы имитировать единичные источники света. Например, свечу или лампочку.
• Directional light (направленный свет). Он противоположен точечному освещению – лучи света освещают все объекты с одинаковой мощностью и идут параллельно друг другу. Сам источник света находится на расстоянии от объекта. Directional light применяется для имитации солнечного или лунного света. Цвет и положение светового источника можно менять.
• Spotlight (прожектор). В отличие от Point light, который имеет форму четкого светового пятна, прожекторный свет исходит в форме конуса. Центр конуса самый яркий, а ближе к краям свет смягчается и тускнеет. Такой параметр помогает воссоздать свет фар, уличных фонарей и настольных ламп.
• Emissive light (излученный свет). Этот источник света имитирует способность объекта отражать яркий свет, поэтому обычно компонуется с другими типами освещения. Чаще всего его используют для придания объекту эффекта реалистичности. Например, это может быть фонарей или ярких вывесок в стеклянной витрине.
• Ambient light (окружающий свет). Это мягкий и ненаправленный источник света с лучами, исходящими в разные стороны. От параметров выше он отличается тем, что не исходит из определенной точки, а занимает пространство между несколькими источниками. Например, в комнате две лампы, которые светят четко сверху вниз, но в в помещении все равно светло. Это и есть Ambient light. Его можно использовать как основной источник света, но в сочетании с другими. 
• Diffuse light (рассеянный свет). Это направленный свет, который рассеивается на всех поверхностях с одинаковой интенсивностью и отражается от тусклых поверхностей. Например, его источником может стать лампа, висящая высоко над объектом. 
• Specular light (зеркальный свет). По другому его можно назвать бликами. Это тип света, который отражается от блестящего объекта. В отличие от Emissive light этот параметр дает не мягкое растушеванное отражение, а четкое и равномерное. Его яркость зависит от близости к основному источнику света и материала объекта.

Как создавать объем с помощью разных источников света

Для создания эффекта трехмерности важно количество источников света, ведь в реальной жизни редко бывает только один источник — их всегда несколько. Даже если в помещении горит всего одна лампа, ее свет может отражаться от светлых обоев или одежды. И тогда источника света будет уже два.

Освещение с одним источником

Это самый простой и понятный прием, с которым удобно использовать большинство указанных выше световых схем. Объект освещается единственным и главным, то есть ключевым светом.

Двухточечное освещение

Здесь к ключевому источнику света добавился второй — заполняющий. Он расположен справа. Его задача — заполнить оставшееся неосвещенное пространство и убрать лишние тени.

Освещение с тремя источниками

Один из самых популярных в 3D-рендинге тип освещения, который создает максимальный объем. Первые два источника света направлены на объект спереди и сбоку, чтобы хорошо осветить его, но не оставить лишних теней. А третий подсвечивает объект сзади, чтобы отделить его от фона.

Настройка света в популярных программах на примере Blender 3D и Autodesk 3Ds Max

Blender 3D

Это профессиональная программа для работы с трехмерной графикой, которую используют дизайнеры интерьера, модельеры и веб-дизайнеры. В Blender существуют четыре параметра света:

• Point (точечный)
• Sun (солнечный)
• Spot (прожектор)
• Area (областной)

Point. Как и следует из названия, этот параметр выпускает света из одной точки. На панели справа в меню «Colour» можно выбрать цвет освещения, например, синий.

Sun. Солнечный свет мягко и равномерно покрывает всю область. Кнопкой слева можно вращать источник света и выбирать направление тени.

Spot. Ползунком Size на панели слева можно выбрать размер освещенной области. А кнопкой Blend регулируется переход от света к тени. Его можно сделать мягким или наоборот очень контрастным.

Area. Параметр света, при котором лучи выходят из одной фигуры. С его помощью удобно моделировать свет из окна. Не обязательно останавливаться на прямоугольнике. Кнопкой Shape на панели слева можно выбрать форму: овал, квадрат, прямоугольник и круг. Размер каждого регулируется отдельно.

Autodesk 3Ds Max

Это программа для проектирования, создания анимаций, моделирования и визуализации при разработке игр. В ней шесть основных источников света.

Omni (точечный). Источник со светом, исходящим из одной точки. Направление и угол наклона света можно изменять.

Target direct (направленные лучи). Здесь лучи света направлены в одну сторону и исходят не из одной точки, а из плоскости. Как и Blender, Autodesk 3Ds Max позволяет выбрать для плоскости форму.

Target shot (направленный прожектор). Такой источник дает свет в форме конуса, самая яркая часть которого – точка излучения. Если на панели настроек справа (Spotlight Parameters) выбрать опцию Show cone, конус распространения света будет виден даже без выделения источника освещения. Так будет удобней комбинировать направление света, если источников несколько. Еще в настройках можно поменять форму светового пятна, резкость и размер.

Free direct (свободные лучи). Источник света схожий с Target Direct. Он также излучает лучи из плоскости, но без привязки к направлению.

Free spot (свободный прожектор). Этот источник света напоминает Target Shot. Он настраивается почти идентично, но чтобы поменять угол освещения, придется наклонять источник света. Прицеливаться на объект здесь нельзя.

Skylight (небесный свет). Этот источник имитирует естественное освещение, поэтому свет падает на объект сверху вниз и планомерно освещает все поверхности. Для него можно выбрать настройки яркость или цвета.

Что такое световые схемы и как их использовать

В типах освещения несложно запутаться, особенно новичку, но на помощь приходят световые схемы — сочетания света и теней, которые влияют на внешний вид объекта. Их часто используют в своей работе фотографы и операторы, так что эти студийные приемы и способы расстановки света можно взять на заметку и для работы с 3D.

Прямой свет

Чтобы подсветить модель, самым очевидным кажется просто направить свет прямо на ее лицо. Так оно будет равномерно освещенным, ярким, но плоским. С освещенного места пропадут все тени и текстуры, будут плохо видны контуры носа и скул. А вот Такой же результат получится и с работой в редакторе, если выставить свет напротив лица. Это освещение полезно, если вам важно показать не детализированное лицо, а, например, яркий узор на одежде.

«Бабочка»

Если поднять свет выше и немного отдалить от модели, ее лицо заметно преображается. Оно выглядит гораздо стройнее. Такой эффект дали тени под скулами. Также из-за них хорошо очерчены нос и подбородок. «Бабочкой» часто пользуются при фотосъемке моделей для журналов и постеров. Второе название этого приема — «Paramount». Оно появилось благодаря одноименной телекомпании, которая любила снимать своих актрис в этом выгодном ракурсе.

Свет над объектом

Если установить свет ещё выше, тени от надбровных дуг скроют глаза, а нижняя часть лица и вовсе пропадет. Лицо сразу приобретет мрачный злодейский вид. Если свет не слишком мощный, глаза не исчезнут в тени полностью, но под ними залягут темные круги. Такое освещение подойдет для изображения уставшего или удрученного героя.

Освещение снизу

Еще одна идея для создания мрачной атмосферы — расположить источник света ниже объекта. Такой свет кажется неестественным и тревожным, ведь мы привыкли, что источники света находятся сверху, а не снизу. У объекта выделяются нижняя часть лица, носогубные складки и пространство под бровями. Это придает ему странный и даже пугающий вид.

Боковое или сплит-освещение

Для такого приема источник света нужно поставить сбоку от объекта. Тогда одна сторона окажется ярко освещенной, а другая полностью скроется в тени. Эта техника пригодится, если модель расположена рядом с окном и свет освещает ее только наполовину. В кино такой прием используется для того, чтобы добавить герою загадочности или показать его скрытность.

Свет за объектом

Если расположить источник света позади, рассмотреть детали или текстуры модели не получится, зато будет четко виден ее контур. В фотографии такой свет называется «контровой». Но если еще пару источников света установить спереди, то получится и очерченный контур и видимые детали.

Освещение Рембрандта

Прием использовал в своих картинах знаменитый голландский художник. Есть теория, что героев своих работ Рембрандт сажал у окна в одной и той же комнате. И в похожих позах. Поэтому у него появился свой характерный стиль светового рисунка. Такая схема освещения делает лицо модели гораздо глубже, выразительней и драматичней.

Еще его называют «45 градусов». Именно под таким углом расположен источник света. Так часть лица полностью освещена, а другая находится в тени, но с характерным треугольником света на щеке. Это удобный тип освещения, который можно использовать как для имитации солнечного света, так и ламп в помещении. 

Мы рассказали о самых популярных световых схемах, но их существует гораздо больше. Это не четкие инструкции, от которых нельзя отклоняться, но они будут полезной базой для начала проекта.

Как можно отработать световые схемы в 3D?

Так как фотографы и 3D-дизайнеры пользуются схожими техниками, одним из самых удобных вариантов для освоения техник 3D-света будет виртуальная фотостудия, в которой можно потренироваться выставлять свет на 3D-модели.

Например, для этого подойдет программа set.a.light 3D. В ней имитируется фотостудия с реалистичной моделью, разным оборудованием и типами освещения, которое можно выставлять по своему усмотрению.