Робота зі світлом у 3D

   Налаштування напряму та розміру джерел освітлення.

Розбираємо основні принципи освітлення в 3D на прикладах.

   У 2019 році Ендрю Прайс, відомий автор онлайн-ресурсів Blender Guru та Poliigon, розробив відеокурс, який призначений для новачків у галузі 3D-художньої роботи та присвячений роботі зі світлом.

   У своїх лекціях Ендрю викладає п'ять основних правил освітлення, які допоможуть художникам створювати реалістичні зображення персонажів та навколишнього середовища. Він підкріплює теорію конкретними прикладами із візуалізацій, фотографій, живопису та фільмів. У цій статті ми представляємо основні ідеї з цього курсу, включаючи поради щодо настроювання напрямку та розміру джерел світла.

Лекції з освітлення від Эндрю Прайса

У першій частині:

• Часто в книгах і курсах робіт зі світлом залишаються деякі важливі аспекти, яким не приділяють належної уваги. Ці недогляди можуть включати специфічні проблеми або ситуації, які можуть виникнути під час роботи з освітленням.

• Напрямок світла відіграє важливу роль у створенні атмосфери та настрою в сценах з персонажами та оточенням. Воно може підкреслювати форму об'єктів, створювати ефекти тіней та підсвічування, а також вносити глибину та об'єм у зображення. Робота з напрямком світла потребує уважності та творчого підходу, щоб досягти бажаного ефекту.

• Вибір правильного розміру джерела освітлення також має важливе значення. Маленьке джерело світла створює різкі тіні та яскраві контрасти, що може бути корисним для створення драматичних ефектів. Велике джерело світла, навпаки, створює більш м'які тіні та більш рівномірну освітленість, що може бути переважно при створенні більш природного та реалістичного вигляду.

• Золота година, час біля світанку чи заходу сонця, вважається часто найкращим вибором для зйомки ландшафтів. У цей час дня світло стає м'якішим, з відтінками теплих та золотистих кольорів. Це надає ландшафтам особливої ​​атмосфери і створює красиві довгі тіні. Однак, є винятки, коли інші часи доби можуть бути кращими, залежно від конкретного настрою, ефекту або історії, яку ви хочете передати через фотографію або зображення ландшафту.

  Кожен 3D-художник, безперечно, стикався з ситуаціями, коли невелика зміна положення джерела світла значно покращувала візуальне сприйняття рендеру персонажа. Те саме стосується і ландшафтних сцен: просто змініть напрямок сонячного світла, і рендер оживе новими фарбами.

   Існують зображення, які викликають нудне враження, і є ті, від яких неможливо відірвати очі. Часто це залежить не тільки від змісту сцени або привабливості персонажів, але також від освітлення, яке відіграє важливу роль. Завжди можна змінити колір тіней або підсвітити певні області, щоб надати їм глибини, як це робили художники минулих епох на своїх полотнах, висловлюючи свою власну візію.

   Існує безліч книг і курсів, присвячених роботі зі світлом, і всі вони мають свої переваги. Однак, при вивченні цих матеріалів Ендрю звернув увагу на один недолік: вони часто пропонують специфічні методи, наприклад, розміщення трьох джерел світла для одного персонажа.

   Проблема полягає в тому, що художнику може бути складно визначити, як вчинити, якщо його ситуація відрізняється від наведених прикладів. Що робити, якщо в сцені присутні не один, а два персонажі, один з яких на передньому плані, а інший — на задньому? А якщо вони перебувають у 3D-оточенні, наприклад, у місті? Посібники не обговорюють, як працювати зі світлом у таких ситуаціях.

   Однак, є п'ять основних елементів, на основі яких можна створити вражаюче освітлення у будь-якій композиції. Ці елементи включають напрям світла, його розмір, колір, зчитуваність та акцент. Розуміючи принципи роботи з кожним із них, 3D-художник знатиме, які кроки зробити для досягнення конкретних результатів.

 Ендрю Прайс у своїх уроках зібрав відповіді для більш поширених питань, пов'язаних з освітленням:

• Як зміна різних елементів освітлення вплине на композицію?
• Чому у певних ситуаціях переміщення джерела світла може бути небажаним?

• Як правильно використовувати великі та малі джерела світла?
• Які варіанти освітлення найбільш підходять для персонажів та оточення?

   У цих уроках Ендрю розглядає, як зміна освітлення може впливати на загальну композицію сцени. Він також пояснює, чому в деяких випадках рух джерела світла може порушити бажаний ефект.

   Крім того, Ендрю дає рекомендації щодо використання різних розмірів джерел світла, пояснюючи, як вони можуть впливати на сприйняття та створення потрібної атмосфери. Нарешті, він розглядає різні варіанти освітлення, які підходять для персонажів та оточення, допомагаючи художникам вибрати найбільш підходящий стиль освітлення для своїх проектів.

Напрямок

   Напрямок світла має величезний вплив на сприйняття об'єктів. Ми всі бачили, як змінюється обличчя людини, якщо на нього направити ліхтарик знизу чи збоку. Це приклад того, як світлові промені можуть змінити форму та сприйняття об'єкта.

  Наприклад, навіть без будь-яких додаткових пояснень, дивлячись на зображення нижче, ми легко можемо визначити його як коло. 

   Однак, коли ми дізнаємося, що це об'ємна фігура, ми вже не можемо визначити її без будь-яких підказок, оскільки без освітлення неможливо визначити форму об'єкта. Хоча ми можемо припустити, що це може бути сфера, насправді може бути конус, диск, циліндр або інша форма. Справжня форма об'єкта стає ясною лише через тіні, що виникають завдяки напрямку світла.

   Однією з важливих речей, які новачок повинен засвоїти, є те, що необхідно використовувати тіні, а не уникати їх. Тіні є невід'ємною частиною роботи 3D-художника і мають таке значення, як і освітлення. Вони відіграють важливу роль у визначенні форми об'єкта та загальної композиції. Без тіней неможливо повноцінно сприйняти форму об'єкта та оцінити його у контексті сцени.

Освітлення персонажа

   Коли справа стосується освітлення персонажа, важливо уникати розташування основного джерела світла спереду об'єкта. Це є помилкою, оскільки переднє світло може зробити форму плоскою та позбавити її об'ємності.

   Наприклад, якщо у вас є м'язистий персонаж, на якому ви ретельно працювали, і ви розміщуєте джерело світла спереду, то дрібні деталі, такі як кубики на животі, можуть бути непомітними для глядача. Однак, якщо перемістити джерело світла у верхній лівий кут, тоді створиться тінь, яка візуально виділить нерівності поверхні моделі і додасть об'ємності.
 

   За допомогою правильного напрямку джерела світла можна підкреслити всі деталі: прес, грудні м'язи, вени на руках та інші виступаючі частини мускулатури. Однак також існує протилежний ефект. Коли освітлення зверху, тіні можуть підкреслити небажані форми.

   Давайте розглянемо деякі практичні прийоми роботи зі світлом.

   При освітленні переднього плану, якщо світло розташоване навпроти обличчя прямо за камерою, воно може виглядати плоским. Глядач не матиме уявлення про форму носа, вилиць, розташування вух тощо. Такий вид освітлення часто створює ефект знімка зі спалахом, який у більшості випадків не бажаний, оскільки «сплющує» форму обличчя.

   Незважаючи на зазначені недоліки, існують випадки, коли саме таке освітлення потрібно і є цільовим. Наприклад, при зйомках для каталогу, де важливо підкреслити принт на одязі, а не його фактуру, або при фотосесії з татуйованими людьми, де головним елементом уваги є самі татуювання, а не фігура людини.

   При переміщенні джерела світла трохи вище і назад, особа може зазнати кардинальних змін сприйняття.

   Цей метод освітлення називається «освітлення Paramount» або «освітлення в стилі "метелик"». Назва Paramount походить від однойменної кінокомпанії, де таке освітлення використовувалося для створення гламурного образу на зйомках.

   При цьому підході з'являються невеликі тіні, які допомагають підкреслити форму носа, губ, підборіддя та вилиць персонажа. Особливою рисою цього стилю є тінь, що приховує шию та створює простір між головою та тілом. Головним перевагам освітлення Paramount є його здатність привернути увагу до очей моделі.

   Фотографи часто використовують цей прийом для зйомок у глянцевих журналах та в індустрії моди. Для такого освітлення використовуються великі джерела світла з приглушеною яскравістю (ми розглянемо їх пізніше). Результат такого освітлення також залежить від пози та повороту голови моделі, але в будь-якому випадку джерело світла завжди розташовується над камерою.

   Якщо джерело світла буде розташоване над об'єктом, на обличчі з'являться темні кола, і обриси стануть загрозливими, що може викликати асоціації з черепом.

  Хоча верхнє освітлення може підкреслити небажані форми, є випадки, коли такий ефект необхідний, особливо в жанрі жахів або запровадження антагоніста в кадр. Зловісний образ Палпатіна в серії «Зоряні війни» - хороший приклад, де верхнє освітлення використовується для підкреслення його характерного гриму та створення загрозливого вигляду.

   В деяких випадках джерело світла, яке падає зверху і створює темні кола під очима, може використовуватися для створення ефекту "панди" або "єнота". Хоча зазвичай таке освітлення не бажане для зйомок, воно може бути доречним, якщо потрібно підкреслити втому або пригніченість персонажа.

   Переміщення джерела світла за об'єкт призведе до того, що глядач побачить лише силует моделі. Цей класичний прийом часто використовується в кіно, коли персонаж залишається інкогніто для глядача за задумом режисера.

   При використанні бокового освітлення або спліт-освітлення джерело світла переміщається в бік, що призводить до освітлення лише половини об'єкта. Цей прийом може створити цікаві ефекти та акцентувати увагу на певній частині об'єкта.

   Освітлення сплітом широко застосовується в різних контекстах. Наприклад, у фотографії моди воно може використовуватися для підкреслення форми та ліній одягу, а також для створення гри світла та тіней на моделі. У кіно бічне освітлення може використовуватись для створення драматичних ефектів або підкреслення емоцій персонажів.

   Однак слід враховувати, що при використанні спліт-освітлення необхідно забезпечити достатнє освітлення та другої половини об'єкта, щоб уникнути повного затемнення та втрати деталей.

   Використання нижнього освітлення при роботі з моделлю створює асоціації з оповідачем страшних історій і може бути натяком на те, що персонажу є що приховувати. Цей прийом додає таємничості та створює ефект напруженості у зображенні моделі.

   Коли світло йде знизу, воно створює глибокі тіні та посилює контраст на обличчі та інших частинах тіла. Це може надати образу загадковості та підкреслити певні риси обличчя або деталі моделі.

   Така техніка освітлення часто використовується у фотографії або кіно для створення ефекту драматизму, таємничості та казковості. Вона може бути ефективною під час зйомок для жанрів, пов'язаних зі страшними чи фантастичними історіями, а також для створення образів, що потребують особливої ​​атмосфери або вираження.

   Важливо пам'ятати, що кожна техніка освітлення має свої особливості і може бути ефективною у певних контекстах або для певних естетичних цілей.

   Питання про те, чому нижнє освітлення часто використовується в хоррорах і чому воно виглядає лякаюче, має кілька аспектів, і наукове обґрунтування може бути складним та багатогранним. Ось деякі можливі пояснення:

1.    Психологічний ефект: Нижнє освітлення може викликати почуття дискомфорту та неприємності у глядача через те, що воно відрізняється від типового природного освітлення. Такі незвичайні освітлені сцени можуть порушувати очікування глядача та викликати почуття напруження та тривоги.
2.    Асоціації з незвичайними образами: Нижнє освітлення, що створює тіні та акцентує певні риси особи або деталі, може формувати образи, що асоціюються з жахом, страхом чи божевіллям. Наприклад, тіні, підкреслені під носом, можуть створювати асоціацію з черепом або зміщеними рисами обличчя, що викликає неприємні відчуття у глядача.
3.    Медіа-культурні впливи: Використання нижнього освітлення для створення лякаючого ефекту було широко застосоване в кіно та інших медіаформатах, особливо у жанрі жахів. Це створило свого роду конвенцію, за якої глядачі стали пов'язувати нижнє освітлення з жахливими або жахливими сценами.

  Важливо відзначити, що ефекти освітлення та їх сприйняття можуть змінюватись в залежності від контексту, режисерських намірів, художнього стилю та індивідуальних уподобань глядача. Людське сприйняття світла та тіней є складним феноменом, і наукове пояснення конкретних ефектів висвітлення у контексті жахливих сцен може вимагати додаткових досліджень.

   Нейтральне освітлення, розташоване в лівому або правому верхньому кутку під кутом в 45°, створює більш рівномірне освітлення об'єкта і дозволяє глядачеві розглянути деталі та обриси його форм. Воно створює характерний трикутник тіні під оком на далекій від джерела стороні.

   Цей тип освітлення зазвичай використовується для досягнення більш природного та врівноваженого візуального ефекту. Він дозволяє зберегти достатню яскравість для видимості об'єкта, не створюючи надто яскравих тіней або надмірних контрастів.

   Нейтральне освітлення може бути кращим для багатьох сцен і стилів фотографії або кінематографа, де важливо передати об'єкт з достовірністю та зберегти його природний вигляд. Воно може використовуватися в рекламних зйомках, портретах, модельних зйомках та інших ситуаціях, коли важливо досягти балансу між освітленням та деталізацією об'єкта.

   Нейтральне освітлення дозволяє створити більш об'єктивне візуальне враження, де глядач може розглянути об'єкт повною мірою без суттєвих спотворень чи акцентування певних рис.

   Прийом освітлення, відомий як світло Рембрандта або світло з верхнього лівого кута, є універсальним і широко використовується в різних ситуаціях. Він може бути застосований як у закритих приміщеннях зі штучним освітленням, так і на відкритій місцевості із природним світлом.

   Світло Рембрандта отримало свою назву на ім'я знаменитого голландського художника XVII століття Рембрандта ван Рейна, який часто використовував цю техніку у своїх творах. Особливість світла Рембрандта полягає у створенні сильного освітлення об'єкта з одного боку, причому інша сторона залишається в тіні. Цей прийом створює ефект об'ємності та глибини, а також додає інтриги та драматизму до сцени.

   Важливо розуміти, що всі представлені типи освітлення не слід розглядати як суворий посібник чи правила, а скоріше як набір інструментів, які художник або фотограф можуть використовувати залежно від контексту та цілей роботи. Кожна техніка має свої особливості та ефекти, і вибір того чи іншого варіанту залежить від бажаного візуального результату та художнього задуму.

   Наприклад, для створення хорор-візуалізації можна використовувати техніки, які викликають почуття жаху та неприємності у глядача, такі як світло знизу або бічне освітлення. З іншого боку, якщо персонаж має виглядати привабливо або викликати інтерес, то нейтральніші варіанти освітлення, такі як нейтральне або світло Рембрандта, можуть бути більш підходящими.

   У результаті, вибір техніки освітлення залежить від цілей, контексту та емоційного впливу, якого художник чи фотограф хочуть досягти.
 
 Освітлення в оточенні

  Коли йдеться про освітлення оточення, форми також відіграють важливу роль у створенні атмосфери та візуального враження. Форми об'єктів, що освітлюються, можуть бути використані для посилення або зміни настрою сцени.

   Наприклад, гострі кути та різкі лінії можуть створювати відчуття напруженості чи суворості, тоді як округлі форми та плавні лінії можуть надавати сцені м'якшого та приглушеного характеру.

   Також важливо враховувати, як світло падає на об'єкти оточення і як створюється гра світла та тіней. Це може підкреслити або змінити форми об'єктів, додати глибину та об'ємність сцені.

   Загалом, освітлення оточення та робота з формами дозволяють художникам та дизайнерам створювати різні ефекти та візуальні враження, а також впливати на сприйняття та настрій глядачів.

   Застосування освітлення в різних часах доби та контекстах відіграє істотну роль у створенні точок інтересу та напрямку погляду глядача. Наприклад, в уроці зі створення скель, описаному Ендрю, освітлення сонцем, розміщеним на задньому плані, створює різкі тіні на скелі, підкреслюючи її рельєф та привертаючи увагу до цієї частини сцени.

   Час доби також має важливе значення. Опівдні, коли сонце знаходиться прямо над головою, освітлення зазвичай більш рівномірне та плоске, що ускладнює розгляд деталей оточення. Однак з наближенням заходу сонця або в інші періоди доби з'являються додаткові тіні, які можуть створювати цікаві акценти та формувати композицію сцени. У рендерах оточення та архітектурних візуалізаціях освітлення використовується не лише для підкреслення форм, а й для створення точок інтересу та управління сприйняттям глядача.

   Таким чином, освітлення відіграє важливу роль у створенні ефектів, напрямку погляду та управлінні сприйняттям у різних контекстах та часах доби. 

Це підтверджується і в дизайні інтер'єру.

   Отже, щоб підбити підсумки:

   Запам'ятайте, що напрям світла впливає створення тіней, а тіні, своєю чергою, визначають форму об'єктів. У сценах з оточенням світло відіграє більш важливу роль у формуванні композиції, ніж самі форми об'єктів, хоча іноді робиться акцент і на формах.

   Однак необхідно бути уважним при виборі форми, оскільки вона може підкреслити небажані деталі або негативно вплинути на композицію. Тому перед налаштуванням освітлення художник має чітко визначити, яке повідомлення він хоче передати глядачеві та яким чином хоче керувати його сприйняттям.

  Таким чином, пам'ятайте, що освітлення відіграє ключову роль у створенні настрою, підкресленні форм і композиції, а також напрямі погляду глядача. Експериментуйте з різними типами освітлення та формами, щоб досягти бажаного ефекту та створити вражаючі візуальні композиції.

Розмір

  Точне визначення розміру джерела освітлення є також важливим, як і вибір його напрямку. Розмір джерела освітлення відноситься до фізичного розміру об'єкта, що випромінює світло.

   У програмі Blender, наприклад, можна використовувати об'єкт із шейдером "Випромінювання", який може бути масштабований відповідно до необхідного розміру. Для стандартних джерел світла, таких як точкові джерела або прожектори розмір може бути визначений радіусом їх дії. Цікаво, що для освітлення можна навіть використовувати поверхню, наприклад, направивши прожектор на стіну, щоб перетворити її на велике розсіяне джерело світла.

   Таким чином, правильне визначення розміру джерела освітлення впливає на візуальні ефекти та атмосферу сцени. Використання різних методів масштабування та налаштування розміру джерела світла дозволяє досягти бажаного візуального ефекту та створити атмосферу, що відповідає задуму художника.

   Мале джерело світла створює різкі тіні, тоді як велике джерело світла утворює більш плавні тіні через свою велику площу випромінювання.

   Велике джерело світла обволікає об'єкт і створює пом'якшувальний ефект, заповнюючи світлом його тіньову сторону. Тінь, що залишилася в області, куди світло не досягло, буде м'якою і повторить контур об'єкта при наближенні джерела.

   Обриси тіней залежать від відстані. Якщо джерело світла видалити на відстань, тінь стане чіткою. Це спостерігається, наприклад, у випадку з Сонцем, яке, незважаючи на свою велику масу, знаходиться на значній відстані від Землі, створюючи чіткі контури тіней.

   Таким чином, розмір та віддаленість джерела світла впливають на результат. Велике джерело створює розсіяну тінь, а малий — більш точну. При використанні великого джерела краще видно форму об'єкта, а мале джерело акцентує увагу на деталях. Це корисно враховувати під час створення візуалізацій.

  Перед каменем на першому рендері знаходиться велике джерело світла, яке рівномірно освітлює поверхню і вирівнює шорсткість. Коли джерело світла зменшується до точки (зображення праворуч), на об'єкті з'являються нові тіні, які підкреслюють дрібні деталі.

   Через це при освітленні людей переважно використовувати великі джерела світла, щоб не виділяти всі недоліки шкіри, такі як розширені пори, прищі або зморшки. Проте великі джерела можуть створювати зайвий контраст або засвічення, тому фотографи на портретних зйомках часто застосовують софтбокси - спеціальні насадки, які розсіюють світло. Софтбокс допомагає пом'якшити різкі тіні та контраст, приховуючи недоліки шкіри. При зйомці в природних умовах, таких як хмарна погода, досягається аналогічний ефект.

   Крім того, при використанні великих джерел освітлення слід враховувати, що текстура шкіри стає менш помітною, а цей ефект може бути посилений у постобробці зображень.

   Вище розташовані дві відретушовані фотографії. Зліва велике джерело світла прибрало деякі недосконалості шкіри, але після ретуші пори майже зникли. Тепер обличчя виглядає дуже ідеально, і глядачеві може здатися, що він бачить ляльку, а не реальну людину. Для тих, хто часто працює з ретушшю у Photoshop, Ендрю радить подивитися відеоурок від Phlearn.

   Фотографія — мистецтво, яке відрізняється різноманітністю тіней, включаючи і різкі, і м'які. Цей ефект можна досягти і в програмному середовищі для 3D-моделювання. В рамках експерименту Ендрю створив у Blender аналог софтбоксу, використовуючи площину як основу. Це дозволяє отримати м'яке освітлення з плавними переходами тіней, аналогічне ефекту, який досягається за допомогою софтбоксу у фотографії.

   Створюємо Плоскість (Plane), переходимо в розділ Shading і вибудовуємо ланцюжок нодів:

   У Blender можна налаштувати схему нодів, щоб створити свій власний софтбокс. Цей процес показаний у уроці Ендрю Прайса, доступному англійською мовою. Урок демонструє кроки та результати створення софтбоксу у Blender.

   Тепер використовуємо джерело світла на моделі і подивимося:

   На лівому зображенні використовувалося звичайне освітлення, що світиться, а на правому зображенні була використана площина з градієнтом. Друге зображення виглядає привабливішим, тому що падаюче світло охоплює обличчя не повністю. При налаштуванні площини відповідно до інструкції у центрі утворюється область, яка не зачеплена градієнтом. Ця область створює маленьке точкове джерело світла, яке надає тіням різкіших контурів, у той час як плавний градієнт пом'якшує їх.

   На зображенні помітно, що текстура шкіри стає більш чіткою, а відблиск у зіниці округляється завдяки формі нової "лампи". Ця техніка відмінно підходить для освітлення персонажів, оскільки недоліки шкіри стають менш помітними, а обличчя набуває молодого та свіжого вигляду.

   Однак важливо пам'ятати, що не всі моделі вимагають м'якого освітлення. Якщо зовнішність персонажа не асоціюється з красою і художник хоче наголосити на текстурі, то жорстке світло впорається з цим завданням краще.

   Для створення істот з грубою шкірою, лусочками, венами, що виступають, і шорсткістю художники зазвичай використовують спрямоване джерело освітлення, яке імітує сонячне світло. Таке джерело світла дозволяє підкреслити всі дрібні деталі та текстури, які є на поверхні істоти.

Розмір освітлення в оточенні

   Раніше ми обговорили, що денне світло опівдні може створити враження площини в навколишньому середовищі. Однак захід сонця є особливим явищем, де сонце низько опускається за горизонт і створює розсіяне освітлення. У цей момент сонячне світло стає більш м'яким і розсіяним, а саме джерело світла стає частиною неба. В результаті відбуваються зміни в палітрі кольору освітлення, і з'являються спрямовані тіні. У фотографії цей феномен відомий як "золота година", яка настає через годину після заходу сонця і годину перед світанком. 

Ландшафт зверху знято опівдні, знизу — у золоту годину

   На першому знімку видно, що при полуденному світлі поверхня гори здається плоскою і позбавлена ​​об'єму. Однак на другому знімку, зробленому під час золотої години, об'єкт освітлений більш похило, що виділяє його форму та надає їй глибини.

   Знімки ландшафтів, зроблені під час золотої години, зазвичай вважаються особливо привабливими для таких видань, як National Geographic. Фоторедактори великих журналів віддають перевагу роботам, знятим саме в цей час, і рідко беруть до уваги фотографії, зроблені в інший час доби.

   Такі переваги були описані у книзі "Цифрова фотографія. Том 1" Скотта Келбі. Однак, як завжди, існують винятки та випадки, коли роботи, зняті в інший час доби, можуть бути розглянуті та оцінені позитивно.

   Вище представлена ​​робота з колекції The Rock Essentials для Blender Market. Тут використано мале точкове джерело світла під кутом. Він вигідно наголосив на дрібних деталях каменів за допомогою різких тіней. Навряд чи цей ландшафт виглядав би так само ефектно в золоту годину.

   Отже, вибір розміру джерела світла залежить від цілей художника. Якщо основна мета - передати красу та молодість, то краще використовувати велике джерело світла, яке зможе заповнити дрібні недоліки та зберегти загальну форму об'єкта.

   Однак, якщо потрібно підкреслити деталі та створити більш різкі контури, то мале джерело світла буде більш ефективним. У результаті вибір розміру джерела світла залежить від того, які аспекти об'єкта або сцени художник хоче підкреслити або приховати.