Работа со светом в 3D

Настройка направления и размера источников освещения.

Разбираем основные принципы освещения в 3D на примерах.

   В 2019 году Эндрю Прайс, известный создатель онлайн-ресурсов Blender Guru и Poliigon, разработал видеокурс, который предназначен для новичков в области 3D-художественной работы и посвящен работе со светом.

   В своих лекциях Эндрю излагает пять основных правил освещения, которые помогут художникам создавать реалистичные изображения персонажей и окружающей среды. Он подкрепляет теорию конкретными примерами из визуализаций, фотографий, живописи и фильмов. В данной статье мы представляем основные идеи из этого курса, включая советы по настройке направления и размера источников света.

Лекции по освещению от Эндрю Прайса

В первой части:

• Часто в книгах и курсах по работе со светом остаются некоторые важные аспекты, которые не уделяют должного внимания. Эти упущения могут включать в себя специфические проблемы или ситуации, которые могут возникнуть при работе с освещением.

• Направление света играет важную роль в создании атмосферы и настроения в сценах с персонажами и окружением. Оно может подчеркивать форму объектов, создавать эффекты теней и подсветки, а также вносить глубину и объем в изображение. Работа с направлением света требует внимательности и творческого подхода, чтобы достичь желаемого эффекта.

• Выбор правильного размера источника освещения также имеет важное значение. Маленький источник света создает резкие тени и яркие контрасты, что может быть полезно для создания драматичных эффектов. Большой источник света, напротив, создает более мягкие тени и более равномерную освещенность, что может быть предпочтительно при создании более естественного и реалистичного вида.

• Золотой час, время около рассвета или заката, считается часто наилучшим выбором для съемки ландшафтов. В это время дня свет становится более мягким, с оттенками теплых и золотистых цветов. Это придает ландшафтам особую атмосферу и создает красивые длинные тени. Однако, есть исключения, когда и другие времена суток могут быть предпочтительны, в зависимости от конкретного настроения, эффекта или истории, которую вы хотите передать через фотографию или изображение ландшафта.

   Каждый 3D-художник, несомненно, сталкивался с ситуациями, когда небольшое изменение положения источника света значительно улучшало визуальное восприятие рендера персонажа. То же самое относится и к ландшафтным сценам: просто измените направление солнечного света, и рендер оживет новыми красками.

   Существуют изображения, которые вызывают скучное впечатление, и есть те, от которых невозможно оторвать глаза. Часто это зависит не только от содержания сцены или привлекательности персонажей, но также от освещения, которое играет важную роль.      Всегда можно изменить цвет теней или подсветить определенные области, чтобы придать им глубину, как это делали художники прошлых эпох на своих полотнах, выражая свою собственную визию.

   Существует множество книг и курсов, посвященных работе со светом, и все они имеют свои преимущества. Однако, при изучении этих материалов Эндрю обратил внимание на один недостаток: они часто предлагают специфические методы, например, расстановку трех источников света для одного персонажа.

   Проблема заключается в том, что художнику может быть сложно определить, как поступить, если его ситуация отличается от приведенных примеров. Что делать, если в сцене присутствуют не один, а два персонажа, один из которых на переднем плане, а другой — на заднем? А если они находятся в 3D-окружении, например, в городе? Руководства не обсуждают, как работать со светом в таких ситуациях.

   Однако, есть пять основных элементов, на основе которых можно создать впечатляющее освещение в любой композиции. Эти элементы включают направление света, его размер, цвет, считываемость и акцент. Понимая принципы работы с каждым из них, 3D-художник будет знать, какие шаги предпринять для достижения конкретных результатов.

 Эндрю Прайс в своих уроках собрал ответы на ряд распространенных вопросов, связанных с освещением:

• Как изменение различных элементов освещения повлияет на композицию?
• Почему в определенных ситуациях перемещение источника света может быть нежелательным?
• Как правильно использовать большие и малые источники света?
• Какие варианты освещения наиболее подходят для персонажей и окружения?

   В этих уроках Эндрю рассматривает, как изменение освещения может влиять на общую композицию сцены. Он также объясняет, почему в некоторых случаях перемещение источника света может нарушить желаемый эффект. Кроме того, Эндрю дает рекомендации по использованию различных размеров источников света, объясняя, как они могут влиять на восприятие и создание нужной атмосферы. Наконец, он рассматривает различные варианты освещения, которые подходят для персонажей и окружения, помогая художникам выбрать наиболее подходящий стиль освещения для своих проектов.

Направление

   Направление света имеет огромное влияние на восприятие объектов. Мы все видели, как меняется лицо человека, если на него направить фонарик снизу или сбоку. Это пример того, как световые лучи могут изменить форму и восприятие объекта. Например, даже без каких-либо дополнительных пояснений, при взгляде на изображение ниже мы легко можем определить его как круг. 

   Однако, когда мы узнаем, что это объемная фигура, мы уже не можем определить ее без каких-либо подсказок, так как без освещения невозможно определить форму объекта. Хотя мы можем предположить, что это может быть сфера, на самом деле это может быть конус, диск, цилиндр или другая форма. Истинная форма объекта становится ясной только через тени, которые возникают благодаря направлению света.

   Одной из важных вещей, которые новичок должен усвоить, является то, что необходимо использовать тени, а не избегать их. Тени являются неотъемлемой частью работы 3D-художника и имеют такое же значение, как и освещение. Они играют важную роль в определении формы объекта и общей композиции. Без теней невозможно полноценно воспринять форму объекта и оценить его в контексте сцены.

Освещение персонажа

   Когда дело касается освещения персонажа, важно избегать расположения основного источника света спереди объекта. Это является ошибкой, так как передний свет может сделать форму плоской и лишить ее объемности.

   Например, если у вас есть мускулистый персонаж, на котором вы тщательно работали, и вы размещаете источник света спереди, то мелкие детали, такие как выступающие кубики на животе, могут быть незаметными для зрителя. Однако, если переместить источник света в верхний левый угол, тогда создастся тень, которая визуально выделит неровности поверхности модели и добавит объемности.
 

   С помощью правильного направления источника света можно подчеркнуть все детали: пресс, грудные мышцы, вены на руках и другие выступающие части мускулатуры. Однако, также существует противоположный эффект. Когда освещение сверху, тени могут подчеркнуть нежелательные формы.

   Давайте рассмотрим некоторые практические приемы работы со светом.

   При освещении переднего плана, если свет расположен напротив лица прямо за камерой, оно может выглядеть плоским. Зритель не будет иметь представления о форме носа, скул, расположении ушей и т. д. Такой вид освещения часто создает эффект снимка с вспышкой, который в большинстве случаев не желателен, так как «сплющивает» форму лица.

   Несмотря на указанные недостатки, существуют случаи, когда именно такое освещение требуется и является целевым. Например, при съемках для каталога, где важно подчеркнуть принт на одежде, а не ее фактуру, или при фотосессии с татуированными людьми, где главным элементом внимания являются сами татуировки, а не фигура человека.

   При перемещении источника света немного выше и назад, лицо может претерпеть кардинальные изменения восприятия.

   Этот метод освещения называется «освещение Paramount» или «освещение в стиле "бабочка"». Название Paramount происходит от одноименной кинокомпании, где такое освещение использовалось для создания гламурного образа на съемках.

   При этом подходе появляются небольшие тени, которые помогают подчеркнуть форму носа, губ, подбородка и скул персонажа. Особенной чертой этого стиля является тень, скрывающая шею и создающая пространство между головой и телом. Главным преимуществом освещения Paramount является его способность привлечь внимание к глазам модели.

   Фотографы часто используют этот прием для съемок в глянцевых журналах и в индустрии моды. Стоит отметить, что для такого освещения используются крупные источники света с приглушенной яркостью (мы рассмотрим их позже). Результат такого освещения также зависит от позы и поворота головы модели, но в любом случае источник света всегда располагается над камерой.

   Если же источник света будет расположен над объектом, на лице появятся темные круги, и очертания станут угрожающими, что может вызывать ассоциации с черепом.

   Хотя верхнее освещение может подчеркнуть нежелательные формы, есть случаи, когда такой эффект необходим, особенно в жанре ужасов или при введении антагониста в кадр. Зловещий образ Палпатина в серии «Звездные войны» - хороший пример, где верхнее освещение используется для подчеркивания его характерного грима и создания угрожающего облика.

   В некоторых случаях источник света, который падает сверху и создаёт тёмные круги под глазами, может использоваться для создания эффекта "панды" или "енота". Хотя обычно такое освещение не желательно для съёмок, оно может быть уместно, если требуется подчеркнуть усталость или подавленность персонажа.

   Перемещение источника света за объект приведёт к тому, что зритель увидит только силуэт модели. Этот классический приём часто используется в кино, когда персонаж остаётся инкогнито для зрителя по задумке режиссера. 

   При использовании бокового освещения или сплит-освещения источник света перемещается в сторону, что приводит к освещению только половины объекта. Этот приём может создать интересные эффекты и акцентировать внимание на определенной части объекта.

   Освещение сплитом широко применяется в различных контекстах. Например, в фотографии моды оно может использоваться для подчеркивания формы и линий одежды, а также для создания игры света и теней на модели. В кино боковое освещение может использоваться для создания драматических эффектов или подчеркивания эмоций персонажей.

   Однако следует учитывать, что при использовании сплит-освещения необходимо обеспечить достаточное освещение и второй половины объекта, чтобы избежать полного затемнения и потери деталей.

   Использование нижнего освещения при работе с моделью создает ассоциации с рассказчиком страшных историй и может служить намеком на то, что персонажу есть что скрывать. Этот прием добавляет таинственности и создает эффект напряженности в изображении модели.

   Когда свет идет снизу, он создает глубокие тени и усиливает контраст на лице и других частях тела. Это может придать образу загадочности и подчеркнуть определенные черты лица или детали модели.

   Такая техника освещения часто используется в фотографии или кино для создания эффекта драматизма, таинственности и сказочности. Она может быть эффективной при съемках для жанров, связанных со страшными или фантастическими историями, а также для создания образов, требующих особой атмосферы или выражения.

   Важно помнить, что каждая техника освещения имеет свои особенности и может быть эффективной в определенных контекстах или для определенных эстетических целей.

   Вопрос о том, почему нижнее освещение часто используется в хоррорах и почему оно выглядит пугающе, имеет несколько аспектов, и научное обоснование может быть сложным и многогранным. Вот некоторые возможные объяснения:

1. Психологический эффект: Нижнее освещение может вызывать чувство дискомфорта и неприятности у зрителя из-за того, что оно отличается от типичного естественного освещения. Такие необычные освещенные сцены могут нарушать ожидания зрителя и вызывать чувство напряжения и тревоги.
2. Ассоциации с необычными образами: Нижнее освещение, создающее тени и акцентирующее определенные черты лица или детали, может формировать образы, которые ассоциируются с ужасом, страхом или безумием. Например, тени подчеркнутые под носом могут создавать ассоциацию с черепом или смещенными чертами лица, что вызывает неприятные ощущения у зрителя.
3. Медиа-культурные влияния: Использование нижнего освещения для создания пугающего эффекта было широко применено в кино и других медиаформатах, особенно в жанре ужасов. Это создало своего рода конвенцию, при которой зрители стали связывать нижнее освещение с ужасными или пугающими сценами.

   Важно отметить, что эффекты освещения и их восприятие могут варьироваться в зависимости от контекста, режиссерских намерений, художественного стиля и индивидуальных предпочтений зрителя. Человеческое восприятие света и теней является сложным феноменом, и научное объяснение конкретных эффектов освещения в контексте ужасных сцен может требовать дополнительных исследований.

   Нейтральное освещение, расположенное в левом или правом верхнем углу под углом в 45°, создает более равномерное освещение объекта и позволяет зрителю рассмотреть детали и очертания его форм. Оно создает характерный треугольник тени под глазом на дальней от источника стороне.

   Этот тип освещения обычно используется для достижения более естественного и уравновешенного визуального эффекта. Он позволяет сохранить достаточную яркость для видимости объекта, при этом не создавая слишком ярких теней или чрезмерных контрастов.

   Нейтральное освещение может быть предпочтительным для многих сцен и стилей фотографии или кинематографа, где важно передать объект с достоверностью и сохранить его естественный вид. Оно может использоваться в рекламных съемках, портретах, модельных съемках и других ситуациях, когда важно достичь баланса между освещением и детализацией объекта.

   Нейтральное освещение позволяет создать более объективное визуальное впечатление, где зритель может рассмотреть объект в полной мере без существенных искажений или акцентирования определенных черт.

   Приём освещения, известный как свет Рембрандта или свет с верхнего левого угла, является универсальным и широко используется в различных ситуациях. Он может быть применен как в закрытых помещениях с искусственным освещением, так и на открытой местности с естественным светом.

   Свет Рембрандта получил свое название по имени знаменитого голландского художника XVII века Рембрандта ван Рейна, который часто использовал эту технику в своих произведениях. Особенность света Рембрандта заключается в создании сильного освещения объекта с одной стороны, при этом другая сторона остается в тени. Этот прием создает эффект объемности и глубины, а также добавляет интриги и драматизма к сцене.

   Важно понимать, что все представленные типы освещения не следует рассматривать как строгое руководство или правила, а скорее как набор инструментов, которые художник или фотограф могут использовать в зависимости от контекста и целей работы. Каждая техника имеет свои особенности и эффекты, и выбор того или иного варианта зависит от желаемого визуального результата и художественного замысла.

   Например, для создания хоррор-визуализации можно использовать техники, которые вызывают чувство ужаса и неприятности у зрителя, такие как свет снизу или боковое освещение. С другой стороны, если персонаж должен выглядеть привлекательно или вызывать интерес, то более нейтральные варианты освещения, такие как нейтральное или свет Рембрандта, могут быть более подходящими.

   В итоге, выбор техники освещения зависит от целей, контекста и эмоционального воздействия, которое художник или фотограф хотят достичь.
 
 Освещение в окружении

  Когда речь идет о освещении окружения, формы также играют важную роль в создании атмосферы и визуального впечатления. Формы объектов, которые освещаются, могут быть использованы для усиления или изменения настроения сцены.

   Например, острые углы и резкие линии могут создавать ощущение напряженности или суровости, в то время как округлые формы и плавные линии могут придавать сцене более мягкий и приглушенный характер.

   Также важно учитывать, как свет падает на объекты окружения и как создается игра света и теней. Это может подчеркнуть или изменить формы объектов, добавить глубину и объемность сцене.

   В целом, освещение окружения и работа с формами позволяют художникам и дизайнерам создавать различные эффекты и визуальные впечатления, а также влиять на восприятие и настроение зрителей.

   Применение освещения в различных временах суток и контекстах играет существенную роль в создании точек интереса и направлении взгляда зрителя. Например, в уроке по созданию скал, описанном Эндрю, освещение солнцем, размещенным на заднем плане, создает резкие тени на скале, подчеркивая ее рельеф и привлекая внимание к этой части сцены.

   Время суток также имеет важное значение. В полдень, когда солнце находится прямо над головой, освещение обычно более равномерное и плоское, что затрудняет рассмотрение деталей окружения. Однако с приближением заката или в другие периоды суток появляются дополнительные тени, которые могут создавать интересные акценты и формировать композицию сцены. В рендерах окружения и архитектурных визуализациях освещение используется не только для подчеркивания форм, но и для создания точек интереса и управления восприятием зрителя.

   Таким образом, освещение играет важную роль в создании эффектов, направлении взгляда и управлении восприятием в различных контекстах и временах суток. 

Это подтверждается и в дизайне интерьера.

   Итак, чтобы подвести итоги:

   Запомните, что направление света влияет на создание теней, а тени, в свою очередь, определяют форму объектов. В сценах с окружением свет играет более важную роль в формировании композиции, чем сами формы объектов, хотя иногда также делается акцент и на формах.

   Однако необходимо быть внимательным при выборе формы, так как она может подчеркнуть нежелательные детали или негативно повлиять на композицию. Поэтому перед настройкой освещения художник должен четко определить, какое сообщение он хочет передать зрителю и каким образом хочет управлять его восприятием.

   Таким образом, помните, что освещение играет ключевую роль в создании настроения, подчеркивании форм и композиции, а также направлении взгляда зрителя. Экспериментируйте с различными типами освещения и формами, чтобы достичь желаемого эффекта и создать впечатляющие визуальные композиции.

Размер

   Точное определение размера источника освещения является также важным, как и выбор его направления. Размер источника освещения относится к физическому размеру объекта, который излучает свет.

   В программе Blender, например, можно использовать объект с шейдером "Излучение" (Emission), который может быть масштабирован в соответствии с требуемым размером. Для стандартных источников света, таких как точечные источники или прожекторы, размер может быть определен радиусом их действия. Интересно, что для освещения можно даже использовать поверхность, например, направив прожектор на стену, чтобы превратить ее в большой рассеянный источник света.

   Таким образом, правильное определение размера источника освещения влияет на визуальные эффекты и атмосферу сцены. Использование различных методов масштабирования и настройки размера источника света позволяет достичь желаемого визуального эффекта и создать атмосферу, соответствующую задумке художника.

   Малый источник света создает резкие тени, в то время как крупный источник света образует более плавные тени из-за своей большой площади излучения.

   Большой источник света обволакивает объект и создает смягчающий эффект, заполняя светом его теневую сторону. Тень, оставшаяся в области, куда свет не достиг, будет мягкой и повторит очертания объекта при приближении источника.

   Очертания теней зависят от расстояния. Если источник света удалить на большое расстояние, тень станет чёткой. Это наблюдается, например, в случае с Солнцем, которое, несмотря на свою большую массу, находится на значительном удалении от Земли, создавая чёткие контуры теней.

   Таким образом, размер и удалённость источника света влияют на результат. Большой источник создаёт рассеянную тень, а малый — более чёткую. При использовании крупного источника лучше видна форма объекта, а малый источник акцентирует внимание на деталях. Это полезно учитывать при создании визуализаций.

   Перед камнем на первом рендере находится большой источник света, который равномерно освещает поверхность и выравнивает шероховатости. Когда источник света уменьшается до точки (изображение справа), на объекте появляются новые тени, которые подчеркивают мелкие детали.

   Из-за этого при освещении людей предпочтительно использовать крупные источники света, чтобы не выделять все недостатки кожи, такие как расширенные поры, прыщи или морщины. Однако крупные источники могут создавать излишний контраст или засвечивание, поэтому фотографы на портретных съемках часто применяют софтбоксы - специальные насадки, которые рассеивают свет. Софтбокс помогает смягчить резкие тени и контраст, скрывая недостатки кожи. При съемке в естественных условиях, таких как пасмурная или облачная погода, достигается аналогичный эффект.

   Кроме того, при использовании крупных источников освещения следует учитывать, что текстура кожи становится менее заметной, а этот эффект может быть усилен в постобработке изображений.

   Выше расположены две отретушированные фотографии. Слева крупный источник света убрал некоторый несовершенства кожи, но после ретуши поры почти исчезли. Теперь лицо выглядит очень идеально, и зрителю может показаться, что он видит куклу, а не реального человека. Для тех, кто часто работает с ретушью в Photoshop, Эндрю советует посмотреть видеоурок от Phlearn.

   Фотография — искусство, которое отличается разнообразием теней, включая и резкие, и мягкие. Этот эффект можно достичь и в программных средах для 3D-моделирования. В рамках эксперимента Эндрю создал в Blender аналог софтбокса, используя плоскость как основу. Это позволяет получить мягкое освещение с плавными переходами теней, аналогичное эффекту, который достигается с помощью софтбокса в фотографии.

   Создаём Плоскость (Plane), переходим в раздел Shading и выстраиваем цепочку нодов:

   В Blender можно настроить схему нодов, чтобы создать свой собственный софтбокс. Этот процесс показан в уроке Эндрю Прайса, доступном на английском языке. Урок демонстрирует шаги и результаты создания софтбокса в Blender.

   Теперь используем источник света на модели и посмотрим:

   На левом изображении использовалась обычная светящаяся плоскость для освещения, а на правом изображении была использована плоскость с градиентом. Второе изображение выглядит более привлекательным, потому что падающий свет охватывает лицо не полностью. При настройке плоскости в соответствии с инструкцией, в центре образуется область, которая не затронута градиентом. Эта область создает маленький точечный источник света, который придает теням более резкие контуры, в то время как плавный градиент смягчает их.

   На изображении заметно, что текстура кожи становится более четкой, а блик в зрачке округляется благодаря форме новой "лампы". Эта техника отлично подходит для освещения персонажей, так как недостатки кожи становятся менее заметными, а лицо приобретает молодой и свежий вид.

   Однако важно помнить, что не все модели требуют мягкого освещения. Если внешность персонажа не ассоциируется с красотой и художник хочет подчеркнуть текстуру, то жесткий свет справится с этой задачей лучше.

   Для создания существ с грубой кожей, чешуйками, выступающими венами и шероховатостями художники обычно используют направленный источник освещения, который имитирует солнечный свет. Такой источник света позволяет подчеркнуть все мелкие детали и текстуры, присутствующие на поверхности существа.

Размер освещения в окружении

   Ранее мы обсудили, что дневной свет в полдень может создать впечатление плоскости в окружающей среде. Однако закат представляет собой особое явление, где солнце низко опускается за горизонт и создает рассеянное освещение. В этот момент солнечный свет становится более мягким и рассеянным, а сам источник света становится частью неба. В результате происходят изменения в цветовой палитре освещения, и появляются направленные тени. В фотографии это феномен известен как "золотой час", который наступает час после заката и час перед рассветом.
 

Ландшафт сверзу заснят в полдень, снизу — в золотой час

   На первом снимке видно, что при полуденном свете поверхность горы кажется плоской и лишена объема. Однако на втором снимке, сделанном во время золотого часа, объект освещен более наклонно, что выделяет его форму и придает ей глубину.

   Снимки ландшафтов, сделанные во время золотого часа, обычно считаются особенно привлекательными для таких изданий, как National Geographic. Фоторедакторы крупных журналов предпочитают работы, снятые именно в это время, и редко принимают во внимание фотографии, сделанные в другое время суток.

   Такие предпочтения были описаны в книге "Цифровая фотография. Том 1" Скотта Келби. Однако, как всегда, существуют исключения и случаи, когда работы, снятые в другое время суток, могут быть рассмотрены и оценены положительно.

   Выше представлена работа из коллекции The Rock Essentials для Blender Market. Здесь использован малый точечный источник света под углом. Он выгодно подчеркнул мелкие детали камней при помощью резких теней. Навряд ли этот ландшафт смотрелся б так же эффектно в золотой час.

   Итак, выбор размера источника света зависит от целей художника. Если основная цель - передать красоту и молодость, то лучше использовать крупный источник света, который сможет заполнить мелкие недостатки и сохранить общую форму объекта.

   Однако, если нужно подчеркнуть детали и создать более резкие контуры, то малый источник света будет более эффективным. В итоге, выбор размера источника света зависит от того, какие аспекты объекта или сцены художник хочет подчеркнуть или скрыть.