Начиная с шестой версии 3ds max, в программе появился встроенный модуль внешнего рендеринга Mental ray. Ранее этот модуль был известен как самостоятельный программный продукт, а в данный момент интегрирован в редактор трехмерной графики 3ds max. Этот модуль, как и многие другие модули внешнего рендеринга, обладает алгоритмом улучшенной трассировки лучей, позволяет рассчитывать глобальное освещение, более качественно рассчитывать тени от объектов, обладает возможностью генерации каустики1. Mental ray в качестве материалов позволяет использовать шейдеры, которые идут в поставке программы, а также могут быть загружены из Интернета.
Данный модуль помимо материалов имеет свои осветители, расположенные вместе со стандартными источниками 3ds max 7. Кроме того, Mental ray вполне корректно работает со стандартными материалами и осветителями программы, однако если в сцене необходимо рассчитать глобальное освещение (Global Illumination, GI), то, конечно, наиболее целесообразно использовать именно источники Mental ray, которых, как было сказано выше, два вида.
С помощью Mental ray сцену можно визуализировать тремя способами.
□ Обычным сканирующим визуали-затором Mental ray, по скорости расчетов он превосходит стандартный рендер 3ds max, дает такой же визуальный результат, рассчитывая трассировку лучей по необходимости. Однако могут возникнуть проблемы с отображением некоторых стандартных материалов 3ds max.
□ Global Illumination (Глобальное освещение), его реализация в Mental ray представлена довольно качественно и имеет большое число настроек как материалов, осветителей и объектов, так и самого алгоритма расчета (настройки расположены на вкладке Indirect Illumination (Рассеянное освещение). Чтобы правильно настроить глобальную освещенность в Mental ray, придется поработать, но после тщательной подборки параметров результаты визуализации впечатляют.
Итак, после теоретического вступления можно описать последовательность действий при использовании алгоритма Radiosity (Перенос излучения) в проекте.
1. 'Откройте файл Full_Main_Scn&Cam2.max или загрузите его с компакт-диска ,из папки Glava4\Exercises. Вначале удалите все стандартные источники освещения Spot (Прожекторный), относящиеся к потолку, источники Omni (Всенаправленный), имитирующие рассеянное освещение, а также осветители Direct (Направленный), которые освещают потолок. Сохраните файл как Full_Main_Scn_Radiosity.max.
Нужно отметить, что расчет освещения этим методом достаточно ресурсоемкий и требует хороших вычислительных мощностей, но результат того стоит. Расчет производится один раз для всей сцены. Если не изменяется геометрия или количество источников, а также их положение и параметры, то после расчета глобальной освещенности можно визуализировать сцену с любого ракурса — результат (в смысле световой обработки) будет одинаковым. Перед расчетом сцену необходимо подготовить, для чего надо преобразовать все объекты в Editable mesh (Редактируемая сетка), так как излучение рассчитывается при делении полигонов объекта на множество треугольников. Есть возможность преобразовать объекты в сетку треугольников непосредственно при расчете, правда, это займет больше времени в процессе визуализации. Для этого нужно выбрать команду меню Rendering ► Advanced Lighting ► Radiosity (Визуализация ► Дополнительное освещение ► Перенос излучения). В появившемся диалоговом окне в свитке Select Advanced Lighting (Выбрать дополнительное освещение) находится список с вариантами алгоритмов расчета глобальной освещенности. В этом списке нужно выбрать вариант Radiosity (Перенос излучения), затем перейти к свитку Radiosity Meshing Parameters (Параметры сетки расчета излучения) и, установив флажок On (Вкл), ввести размер ячейки сетки для расчета (чем меньше, тем лучше, но время визуализации существенно возрастет).
При использовании алгоритма расчета рассеянного излучения необходимо пользоваться управлением экспозиции, отличным от установленного по умолчанию (No expose control) — правильнее будет включить Logarithmic Expose Control (Логарифмическое управление экспозицией), иначе после расчета освещенности сцена будет покрыта мраком. Но необходимо учесть, что использование данного управления экспозицией даст желтоватую засветку, и если только нет задачи построить сцену, в которой источником освещения будет один камин, то стоит настроить ее параметры.
Расставив и настроив должным образом фотометрические осветители, рекомендуется сделать пробные визуализации, чтобы уточнить расстановку и параметры источников освещения, что не так сложно, поскольку они напоминают реальные источники освещения и их сила света задается в тех же единицах. Пробные визуализации этим методом можно производить при 75 % точности, а окончательную — при 90-99 %. Интересный результат дает совмещение в сцене стандартных источников для некоторых эффектов, которые дают осветительные приборы в жизни, и фотометрических для расчета глобальной освещенности.
Для лучшего отображения свойств прозрачного и матового стекла, плафонов включенных ламп и горящих углей, объектов, отражающих и преломляющих свет, при расчете глобальной освещенности методом Radiosity (Перенос излучения) в 3ds max 7 есть специальный материал Advanced Lighting Override (Замена улучшенным освещением). Он назначается поверх уже готового материала и сохраняет все его качества, добавляя ему определенные оптические свойства. Например, неоновая трубка или горящие угли в камине дают отблеск на потолке, как or настоящих углей. Иногда, правда, эти блики и световые пятна на стенах неприемлемы при визуализации. В этом случае при настройке в окне Radiosity (Перенос излучения) следует поставить значение Filtering (Фильтрация), равное примерно 3. Настроив все параметры глобального расчета освещенности Radiosity (Перенос излучения), надо нажать кнопку Start (Начало) и ждать, когда программа завершит расчет. Затем произвести визуализацию сцены.
Алгоритмы расчета глобальной освещенности Radiosity (Перенос излучения) и Light Tracer (Трассировщик лучей) — это функции освещения, которые появились в 3ds max начиная с пятой версии. С помощью Light Tracer (Трассировщик лучей) можно более точно сымитировать рассеянный свет неба при использовании фотометрического источника Daylight (Дневной свет) для освещения уличных сцен.
Теперь пора перейти к рассмотрению другого способа установки освещения и визуализации сцен, который будет учитывать рассеянное освещение и отражение света предметами — Radiosity (Перенос излучения). Кроме этого алгоритма в Программе 3ds max 7, как уже было сказано выше, есть алгоритм Light Tracer (Трассировщик лучей). Он также учитывает рассеянное отраженное освещение, но применяется в основном для освещения уличных сцен. Если, например, нужно осветить уличную сцену с помощью стандартного освещения, то можно создать имитацию неба полусферой с измененным направлением нормалей. После создания небесной сферы путем использования источника Target Direcrional (Нацеленный направленный) нужно создать имитацию освещения объекта падающими лучами солнца, а для имитации отраженного света неба вокруг объектов расположить несколько источников Omni (Всенаправленный).
Точно такое же освещение в сцене можно получить при применении алгоритма расчета освещения Light Tracer (Трассировщик лучей) и одного осветителя Daylight (Дневной свет), определенным образом расположив и настроив его основные параметры, вместо группы источников, имитирующих его.
Метод освещения и визуализации Radiosity (Перенос излучения) предполагает использование в сцене фотометрических источников освещения. Кроме того, в программе 3ds max 7 существует несколько режимов управления экспозицией (Expose Control). При использовании алгоритма Radiosity (Перенос излучения) лучше всего выбрать режим Logarithmic Expose Control (Логарифмический контроль экспозиции), иначе визуализированное изображение сцены будет слишком темным.
Расчет глобальной освещенности методом Radiosity (Перенос излучения) при построении освещения в сцене позволяет учесть способность предметов и объектов поглощать свет и излучать отраженный в зависимости от их покрытия, текстуры и цвета материала. С данным видом настройки освещения в сцене используются фотометрические источники освещения. При использовании только стандартных источников освещения весьма сложно достичь эффекта излучения отраженного света объектами. Приходится ставить разноцветные источники — как всенаправ-ленные, так и прожекторные, варьируя их уровень освещенности и область для имитации отраженного света в сцене. (Это достаточно трудоемкая задача, требующая углубленных знаний в области физики света и Цветоведения.) Алгоритм расчета глобальной освещенности методом Radiosity (Перенос излучения) позволяет добиться нужного результата, не уходя в дебри разноцветных лучей.
При освещенности сцены фотометрическими источниками бывает достаточно двух-трех осветителей, что и будет описано в этом разделе.
Группа направленных стандартных осветителей заменяется одним фотометрическим площадным источником, с размерами области чуть меньше, чем окружность, по периметру которой распложены светильники. После этого делается расчет глобальной освещенности (описание настройки этого метода см. ниже). После визуализации станет видно, что рассеянный свет при расчете глобальной освещенности создает участки мягкого перехода светотени с отраженным светом осветителей и объектов сцены.
Визуализируйте сцену. Результат мог бы быть приемлемым, если бы не было кое-где засветок на стенах и на полу виртуального помещения. Для избавления от нежелательных артефактов нужно исключить из области освещения источников те объекты, на которые свет оказывает ненужное воздействие. Выделите по очереди источники типа Omni (Всенаправленный), освещающие углы, и с помощью кнопки Exclude (Исключить) в списке параметров на вкладке Modify (Модификация) командной панели откройте диалоговое окно Exclude/Include (Исключить/Включить). Из списка объектов выберите все, кроме Ceil& Light и Ceil_Cafe, и перенесите в правую часть списка, установив переключатели Exclude (Исключить) и Illumination (Освещение) .
Отобразите все ранее скрытые объекты сцены. Визуализируйте ее, чтобы проверить влияние осветителей на объекты. Если модель скатерти на круглом столе посередине помещения выглядит слишком яркой, исключите ее из освещения источника Omni (Всенаправленный), расположенного посередине помещения. Для моделей точечных светильников пристенного модуля и барной стойки создайте источники типа Free Spot (Свободный прожекторный), параметры для которых подберите опытным путем. Если кажется, что внутри витрины недостаточно света, поместите туда еще один источник Target Spot (Нацеленный прожекторный). Визуализируйте сцену из камеры 4, а затем из остальных трех, посмотрите результат и, сохранив файл, завершите с ним работу. Надо отметить, что в сцене после визуализации не видно влияния цвета и материала объектов друг на друга и на общий фон.
Визуализация, выполненная при помощи стандартного сканирующего рендера 3ds max, подходит, например, для создания анимации, так как расчет одного кадра данной сцены на компьютере с процессором Pentium 4 2,2 ГГц и 512 Мбайт оперативной памяти с разрешением изображения 640 х 480 занимает около 7 минут. Конечно, для анимации и этого времени много, но по сравнению с другими алгоритмами визуализации этот наиболее подходящий, так как другие модули при визуализации данной сцены затратят в несколько раз больше времени.
Для освещения смоделированного помещения может применяться несколько методов расположения и настройки осветителей. Вернемся к текстурированнои сцене интерьера офисного кафе с установленными камерами. Пока она освещена источниками по умолчанию, в ней нет теней и границы предметов выражены нечетко, и потому все изображение помещения кажется плоским, нет эффекта перспективы.
Для начала распределим в сцене стандартные источники освещения:
1. Освещение в сцене лучше устанавливать поэтапно. Откройте файл Full_Main_
Scn&Cam.max или загрузите его с компакт-диска из папки Glava4\Exercises. Выберите вид из камеры номер 3, затем измените вид на перспективный и поверните его так, чтобы в видовом окне были видны все настенные декоры . Это нужно для того, чтобы видеть свет от источников, которые будут установлены для имитации света от настенных светильников. Скройте модели бара, столов и стульев, чтобы они не мешали.
2. На вкладке Create (Создать) командной панели нажмите кнопку Lights (Осветители) и выберите тип источника Target Spot (Нацеленный прожекторный). Щелкнув левой кнопкой мыши в видовом окне Тор (Сверху), установите источник в сцену примерно в середине модели настенного светильника, а его цель направьте на постер. Установите флажок On (Вкл) в области Shadows (Тени), выберите тип теней Shadows Map (Карта теней). Параметр Multiplier (Множитель) сделайте равным 1,5, чтобы свет вблизи лампочки ярко освещал объекты, а затем быстро затухал. Цвет источника сделает 1уть желтоватым (цвет Blue — 240, остальные — 255). Включите затухание ruin Inverse (Обратное) и установите его начало на 50 см . В свитке Spotlight Parameters (Параметры пятна света) установите флажок Show Cone (Показывать конус), а углам Hotspot/Beam (Точка/Луч) и Falloff/Field (Спад/ Поле) присвойте значения 10 и 120° соотвегственно.
В реальной жизни нельзя найти ни одного объекта, который при попадании на него света не отбрасывал бы тени. Что же такое тень? Проще говоря, это место, куда не попадает свет от источника освещения. Но так как свет, попадая на предметы, отражается от них и образуются лучи переотраженного света, тени могут быть подсвечены этими лучами, в результате чего становятся прозрачнее, приобретают цветовой оттенок.
В 3ds max 7 для лучшей визуализации сцен и придания реалистичности используются несколько разновидностей теней . По умолчанию в списке установлены тени типа Shadows Map (Карта теней). Этот тип отображает мягкие тени со слегка размытыми краями, потому что рассчитывается как центральные проекции освещаемых предметов из точки расположения источника света
на поверхность падения теней. Далее в списке имеется еще несколько типов теней. Тени типа Ray Traced Shadows (Тени прохождения лучей) формируются как области, абсолютно не освещенные лучами источника, которые трассируются (отслеживаются) к точке наблюдения от источника. Данный метод применяется для построения теней с резким переходом от светлой области к темной. Тени получаются правильно вычерченными геометрически, но требуют больше времени на визуализацию. Способ построения теней Adv.Ray Traced (Усовершенствованное прохождение лучей) схож со способом трассировки лучей и имеет дополнительные параметры настройки — Adv. Ray Traced Params (Параметры усовершенствованных трассированных теней)и Optimisation (Оптимизация), которые в основном применяются в случае, когда необходимо настроить тени от фотометрических площадных источников света. Тени, образованные прохождением лучей, четко повторяют контуры отбрасывающих их предметов, но выглядят не совсем естественными и слишком резкими. В реальности источники света не испускают свет из одной точки, как стандартные источники в 3ds max 7. Обычно область испускания света имеет определенные размеры, и у объекта, отбрасывающего тени, есть точки, в которых источник света заслоняется не полностью, а частично — они дают области мягкого перехода от света к тени, следовательно, тени не будут такими резкими.
При использовании теней типа Area Shadows (Тени области) источник освещения заменяется несколькими точечными осветителями, равномерно расположенными в пределах заданной области. Для настройки теней области надо после установки источника в сцене перейти на вкладку Modify (Модификация) командной панели и в списке раздела Basic Options (Стандартные параметры) свитка Area Shadows (Тени области) выбрать один из вариантов источника света, который будет отбрасывать тени области:
G Simple (Простой) — точечный источник без расчета теней области;
G Rectangle Light (Прямоугольник света) — точечные излучатели, испускающие свет, представляют собой прямоугольную решетку;
G Disc Light (Дисковый источник) — точечные источники, расположенные вдоль окружностей;
П Box Light (Источник в виде параллелепипеда) — точечные источники, представляющие собой прямоугольную трехмерную решетку;
G Sphere Light (Сферический источник) — точечные источники, располагающиеся в пределах сферы.
Выбрав вариант источника света для теней области необходимо настроить его воображаемые длину (Lenght), ширину (Widht) и высоту (Height) в пространстве.
Прозрачность тени или подсвечивание ее определенным цветом можно настроить в свитке Shadows Parameters (Параметры теней) раздела Lighting (Освещение), изменяя цвет и плотность .
Завершая обзор настройки теней, стоит заметить, что тени типа Shadows Map (Карта теней) являются самыми простыми и примитивными, но самыми выгодными в смысле скорости расчета. Тени, основанные на прохождении лучей, и тени области получаются самыми правдоподобными, но требуют больше времени на расчеты и больших вычислительных мощностей. Кроме того, в 3ds max 7 возможно указать, отбрасывает ли тень каждый отдельно взятый объект в сцене.
Для выбора объекта светового источника надо щелкнуть мышью на кнопке Lighting (Освещение) вкладки Create (Создать) командной панели, из списка выбрать группу источников Standard (Стандартные) или Photometric (Фотометрические) и нажать кнопку источника требуемого типа. Внизу командной панели появятся списки параметров, состав которых зависит от типа осветителя. Первым в списке параметров стоит свиток Object Type (Тип объекта). Далее идет свиток Name and Color (Имя и цвет) с параметрами источника, определяющими, как он будет выглядеть на проекциях (при визуализации отображается только свет, испускаемый источником). Ниже расположен свиток General Parameters (Основные параметры), где находится флажок On (Вкл) (при выборе источника установлен по умолчанию) и указано «расстояние» до цели, если источник направленный. Ниже располагается флажок включения теней Shadows (Тени) и раскрывающийся список типов теней, используемых в построении сцен. Здесь же есть возможность исключить объекты сцены из освещения, нажав кнопку Exclude (Исключить), а затем выбрав из появившегося списка нужные и перенеся их в правую часть списка. Далее располагается свиток Intensity/Color (Интенсивность и цвет). В нем можно настроить цвет лучей выбранного источника (по умолчанию белый) и интенсивность (по умолчанию единица, или в единицах светового потока, если источник фотометрический). Здесь же можно настроить ближнее и дальнее затухание источника, выбрав его тип и назначив начало и конец области затухания света в единицах измерения, используемых в сцене. Если выбрать точечный источник типа Spot (Прожекторный), то в свитке Spotlight Parameters (Параметры пятна) можно настроить диаметр пятна света, излучаемого источником, и задать форму пятна в виде окружности или прямоугольника. Параметры, расположенные в свитке Advanced Effects (Дополнительные эффекты), нужны для указания влияния источника освещения на поверхность. С помощью функции Projector Map (Карта проектора) можно использовать источник света как проектор, для чего нужно указать изображение (карту), которое будет проецироваться на любой объект, куда указывает цель источника. В свитке Shadow Parameters (Параметры теней), который расположен ниже, настраивается плотность теней и подсвечивание их разными цветами, а также проецирование карты на тень.
Ниже находится свиток с параметрами вида теней, которые будут выбраны пользователем для источника. В нем находятся настройки размера и качества отбрасываемых источником теней. Для назначения дополнительных эффектов постобработки (линзовые эффекты, эффект объемного света) предусмотрен свиток Atmospheres&Effects (Атмосфера и эффекты). И последними в списке параметров стоят параметры свитка Mental ray Indirect Illumination (Рассеянное освещение Mental ray) , при условии использования в качестве активного визуализатора Mental ray с их помощью можно управлять рассеянным освещением, формируемым источником; Mental ray Light Shader (Шейдер света) позволяет назначить источнику шейдер света и шейдер испускания фотонов.
Если не включать в сцену каких-либо источников освещения, то программа 3ds max 7 автоматически устанавливает в сцену освещение по умолчанию. Оно представляет собой встроенные (всенаправленные) стандартные источники света с параметрами, не подлежащими настройке. Встроенных источников может быть один (по умолчанию) или два. Одиночный источник дает контрастный не очень естественный свет . Два встроенных источника света располагаются один в левом верхнем углу сцены спереди, а другой сзади в правом нижнем углу. Изменить установки освещения по умолчанию можно командой меню Customize ► Viewport Configuration (Настроить ► Конфигурация просмотра). Откроется окно со вкладками, из которых нужно выбрать Rendering Method (Метод визуализации) и в области Rendering Options (Параметры визуализации) изменить нужные установки. Освещение с помощью двух встроенных источников получается мягче и естественнее, чем с одним. Данные источники не формируют тени от объектов, и визуализация с ними не выглядит естественно, но они позволяют увидеть расположение предметов в сцене. В предыдущей главе описывались упражнения, в которых визуализация производилась именно с использованием только освещения по умолчанию. Если в сцене установлен хотя бы один источник света, освещение по умолчанию автоматически выключается и в дальнейшем освещенность определяется только наличием и мощностью установленных осветителей.
Если в настройках освещения по умолчанию не установить флажок Default Lighting (Освещение по умолчанию), то в видовых окнах сцена будет освещена установленными источниками, что не всегда хорошо для четкой видимости объектов. Поэтому флажок лучше установить еще до начала работы с источниками освещения.
Кроме того, освещенность сцены зависит также от окружающей подсветки, не имеющей источника и управляемой изменением общего уровня освещенности по трем цветовым параметрам. Настройка осуществляется с помощью команды меню Rendering ► Environment (Визуализация ► Окружение). Открывается диалоговое окно с двумя вкладками, из которых нужно выбрать Environment (Окружение) . Таким образом устанавливается как уровень влияния окружающей подсветки на освещенность сцены, так и ее цвет, а также возможность использования изображения в качестве карты окружения. От использования в сцене большого уровня общей освещенности (Ambient) лучше отказаться, а увеличивать ее стоит только при большой необходимости и только на малую величину. Это необходимо, потому что общая освещенность делает предметы плоскими, стирает их грани.
Первым объектом, для которого мы создадим материалы, будет стул офисного кафе.
1. Откройте ранее сохраненный файл Chair.max или возьмите его с компакт-диска, прилагаемого к книге. Командой Open (Открыть) меню Group (Группировка) откройте группу, в которую собраны части элементов стула. Одним из описанных выше способов преобразуйте все части модели стула в редактируемую сетку. Группу закрывать пока не нужно.
2. Нажатием клавиши М или из главного меню программы запустите редактор материалов. Нажав кнопку Options (Параметры) в меню редактора материалов, в диалоговом окне с параметрами выберите переключатель отображения количества ячеек в редакторе 6x4 , так как материалов в сцене будет достаточно много.
3. Выделите свободную ячейку материала. В поле названия введите Chair_mat, это будет материал обивки стула. Он будет получен из стандартного материала путем назначения карты изображения параметру диффузного рассеивания.
В области Blinn Basic Parameters (Основные параметры по Блинну) щелкните левой кнопкой мыши на цвете Diffuse (Диффузный) и в появившемся диалоговом окне Color Celector (Выбор цвета) установите параметрытак, чтобы получился цвет, близкий к будущему покрытию стула. В поле Specular Level (Уровень зеркальности) области Specular Highlights (Освещение зеркального отражения) установите значение 50, а в поле Glossiness (Глянцевость) — значение 30 . Это нужно для того, чтобы придать некоторую глянцевость материалу обивки, который должен напоминать жаккардовую ткань.