Логотип

Тени и свет

При создании фотореалистичных изображений модели нередко львиную долю времени занимает расстановка и выбор параметров освещения. Добавление источников света в затененных местах приводит к увеличению времени обсчета картинки.  В bCAD имеются возможности управлять образованием теней при  Тонировании  методами Трассировка лучей и Фонг, которые при умелом применении позволяют заметно упростить этот процесс, снизить трудозатраты и обойтись меньшим количеством "ламп". Вы можете легко осуществить общую и местную подсветку закрытых участков модели, избавиться от излишнего затенения. Для этого требуется значительно меньше источников света, чем раньше, и тонирование изображений идет заметно быстрее. Так при тонировании этими методами появилась возможность полностью отключать тени, а при использовании методом Трассировка лучей, кроме того, можно оставлять тени только от направленных источников. Для этого на панели Тонирование имеются флаги:

  • включать или выключать тени – флаг Тени;
  • отбрасывать тени только от направленных источников – флаг Только от направленных ламп.

Имеется возможность управлять свойством Отбрасывать тень источников света и материалов. Все "старые", т. е. созданные предшествующими версиями bCADа, лампы и 3D поверхности этим свойством обладают и, следовательно, тень отбрасывают. Это свойство можно отключать. Так можно получить бестеневые лампы и поверхности непрозрачные, но пропускающие свет. Для управления этим свойством имеется флаг Отбрасывать тень на соответствующих панелях:

  • для ламп ­– на панели Источник света (появляется при создании источника инструментами Направленный источник света и Точечный источник света, а так же при изменении его свойств инструментом Параметры источника света).
  • для материалов – на закладке Поверхность панели Материал (появляется при настройке редактора инструментом Цвет и материал  и изменении свойств объекта инструментом Перекрасить ).

Далее, в пунктах: Тени в инструменте Тонирование ; Свойство поверхности Отбрасывает тени; Свойство лампы Отбрасывает тени приведено подробное описание работы этих флагов. Все иллюстрации получены на модели ton_3.bdf. Модель можно взять в папке ... \ docs \ Primery uchebnika \ Teni компакт‑диска bCAD. Вы можете открыть эту модель и сами получить все изображения.

В модели над плоскостью 1 размещены пирамида 2 и сфера 3. Освещение обеспечивают направленный источник 4, средний точечный источник 5 и левый точечный источник 6 (см. рисунок ниже). Плоскость 1 белая, а все источники света имеют разные цвета. Поэтому тени и сама плоскость 1 получаются цветными. Тонирование выполнялось с установленной камеры (на рисунке не показана).

Все источники света размещены в разных разделах. Источник 4 находится в разделе Направленный, источник 5 – в разделе Точечный средний, а 6 – в разделе Точечный правый. Это что позволяет "включать" и "выключать" лампу управляя видимостью соответствующего раздела.

Вид спереди

Вид слева

Вид сверху

Кроме того, один из вариантов применения возможностей управления образованием теней приведен в пункте Общая подсветка. В нем подробно рассказано, как можно настроить освещение и получить качественное изображение шкафа.

Тени в инструменте "Тонирование"

Инструмент Тонирование  позволяет управлять образованием теней для высококачественных методов Трассировка лучей и Фонг. Они позволяют легко осуществить общую и местную подсветку закрытых участков модели, избавиться от излишнего затенения. Тени можно отключать полностью, а при использовании метода Трассировка лучей можно оставить тени только от направленных источников. Для этого на панели Тонирование имеются флаги:

·         флаг Тени – включает / выключает тени. Когда этот флаг установлен, 3D объекты и источники света образуют тени в соответствии со своим свойством Отбрасывать тень. Если флаг снят, то тени не образуются вовсе.

·         флаг Только от направленных ламп ­– включает / выключает режим, при котором объекты отбрасывают тени только от направленных источников света. Когда этот флаг установлен, 3D объекты и направленные источники света образуют тени в соответствии со своим свойством Отбрасывать тень. Точечные источники тени не дают, как будто у них нет свойства Отбрасывать тень. Если флаг снят, то все источники света дают тени в соответствии со своим свойством Отбрасывать тень.

Если установить флаг Тени и снять флаг Только от направленных ламп, то объекты, имеющие свойство Отбрасывать тень, будут отбрасывать тени от всех источников света имеющих свойство Отбрасывать тень. Во всех версиях bCAD младше 3.8 использовался только такой метод.

Пример тонирования модели ton_3.bdf при таких установках приведен ниже, на рисунке Все тени. Флаг Отбрасывает тени у всех объектов и источников света установлен. В инструменте Тонирование : флаг Тени установлен, а флаг Только от направленных лампснят. Каждый объект отбрасывает тени от всех источников и, следовательно, дает три тени.

Все тени

Тени только от направленных источников

По той же модели можно получить изображение, показанное на рисунке Тени только от направленных источников. Флаг Отбрасывает тени у всех объектов и источников света установлен. В инструменте Тонирование : Тени,  и флаг Только от направленных ламп установлены. В результате тень от точечного источника отсутствует, и каждый объект отбрасывает только одну тень – от направленного источника света. Таким способом можно подсветить сцену, не создавая лишних теней. Получается имитация общего рассеянного освещения.

И, наконец, можно получить изображение, в котором нет теней от объектов. Есть только участки поверхности с меньшей  освещенностью.

Тени выключены

 

Флаг Отбрасывает тени у всех объектов и источников света установлен.

В инструменте Тонирование : флаг Тени снят, а флаг Только от направленных лампнедоступен.

В результате тени отсутствуют. Все объекты "пропускают" свет сквозь себя.

Такой вариант позволяет лучше показать внутреннее устройство сложной пространственной конструкции или сцены.

Свойство поверхности "Отбрасывает тени"

На закладке Поверхность панели Материал, имеется флаг Отбрасывать тень. Он позволяет включать / выключать одноименное свойство 3D поверхности.

Свойство проявляется при получении фотореалистичных изображений методами Трассировка лучей и Фонг (инструмент Тонирование  панели Студия). Поверхности, у которых это свойство включено, отбрасывают тень, у которых выключено – нет.

Объект, у материала которого свойство Отбрасывать тень выключено, выглядит как обычный, но пропускает свет от всех источников к другим объектам. Таким образом, можно сделать прозрачным для света потолок или стену комнаты и разместить за ними подсветку, смягчающую тени от основных ламп.

На рисунках ниже приведены результаты тонирования модели ton_3.bdf при выключенном свойстве Отбрасывать тень у одного из объектов. В обоих случаях, в инструменте Тонирование  флаг Тени установлен, а флаг Только от направленных лампснят. Таким образом, отбрасывать тень разрешено всем источникам света имеющим одноименное свойство.

На рисунке  Сфера не дает тени (см. ниже) флаг Отбрасывает тени: у сферы – снят, а у пирамиды – установлен. В результате нет тени от сферы. Она "пропускает" сквозь себя свет от всех источников. Пирамида отбрасывает тени от всех источников и дает три тени.

На рисунке  Пирамида не дает тени (см. ниже) – наоборот. Флаг Отбрасывает тени: у сферы – установлен, а у пирамиды – снят. В результате нет тени от пирамиды. Она "пропускает" сквозь себя свет от всех источников. Сфера отбрасывает тени от всех источников и дает три тени.

Сфера не дает тени

 

Пирамида не дает тени

 

Свойство лампы "Отбрасывает тени"<

На панели настройки Источник света, имеется флаг Отбрасывает тени. Он позволяет включать / выключать одноименное свойство лампы.

Свойство проявляется при получении фотореалистичных изображений методами Трассировка лучей и Фонг (инструмент Тонирование  панели Студия).Источник света, у которого это свойство включено, может образовывать тени от объектов, у которых выключено – нет. Панель Источник света появляется при добавлении в модель лампы инструментами Направленный источник света  и Точечный источник света , а так же при изменении свойств существующей лампы инструментом Параметры источника света .

Направленный источник не дает тени

 

На рисунках ниже приведены результаты тонирования модели ton_3.bdf при выключенном свойстве Отбрасывать тень у одного из источников света. Во всех случаях, в инструменте Тонирование  флаг Тени установлен, а флаг Только от направленных лампснят. Таким образом, отбрасывать тень разрешено всем источникам света имеющим это свойство.

Флаг Отбрасывает тени у источников света: у направленного– снят, а у точечных  установлен.

В результате и пирамида, и сфера отбрасывают по две тени. По одной от каждой точечной лампы.  Направленный источник освещает как сами объекты, так и плоскость за ними.

Следующие два изображения получены при включенном свойстве Отбрасывает тени у направленного источника и выключенном у одного из точечных.

Средний источник не дает тени

Правый источник не дает тени

 

 

В результате сфера и пирамида имеют только две тени. От направленой и одной из точечных ламп. Третий источник сцену освещает, но тень не дает. Для сравнения, на следующих двух иллюстрациях, точечные источники убраны из сцены (просто отключена видимость соответствующего раздела  F4).

Среднего источника нет

Правого источника нет

 

Изображение стало темнее, и, главное, существенно изменилась цветовая гамма. Это связано с тем, что все лампы в модели разного цвета.

Подсветка предмета

Нужно получить хорошее изображение созданного предмета. Как получить хорошее освещение простой сцены? Как расставить освещение, чтобы не было ни слишком ярких пятен, ни слишком черных теней? Эти вопросы часто возникают, когда модель содержит зеркальные поверхности. Получить реальные эффекты отражения позволяет только метод тонирования Трассировка лучей. Этот метод моделирует природную картину распространения света от источника, с учетом его отражения от предметов. При отсутствии окружения, большая часть света уходит "в пустоту" и изображение получается темным. Дополнительные лампы дают и дополнительную тень. На картинке, особенно внутри коробок, появляются очень темные участки.

Рассмотрим решение этой задачи на примере модели шкафа ton_scaf.bdf. Модель можно взять в папке ... \ docs \ Primery uchebnika \ Teni компакт‑диска bCAD. Каркасное изображение шкафа представлено на рисунка справа. Вы можете открыть модель и сами получить все изображения.

Кроме шкафа, в невидимых разделах модели имеются необходимые для получения качественного изображения объекты: Камера, с которой получены все изображения, Пол, Направленный источник света и Точечный источник света. Названия разделов совпадают с названиями объектов, которые использованы в этом документе.

Самый простой способ осветить сцену – использовать студийное освещение. Его "включают" непосредственно в инструменте Тонирование . Обычно подсвечивают с направления спереди сверху. Посмотрим, что получится, если включить свет в переднем верхнем правом углу.

 

Только студийный

Освещенность поверхности скла­ды­ва­ется из прямого света, падающего непосредственно от лампы, и от­ра­жен­ного, который пришел от раз­лич­ных окружающих предметов.

В модели нет ни стен, ни пола, ни потолка. Лучи света уходят в пустоту. И изображение получается темным, "прилипшим" к фону. Черные тени закрывают большую часть шкафа (рисунок Только студийный).

Такой результат, конечно, нельзя признать удовлетворительным.

 

Добавим пол. В модели ton_scaf.bdf достаточно вклю­чить видимость одноименного раздела. Плоскость, изображающая пол, очень длинная и широкая. Это сделано, чтобы она полностью перекрывала вид с камеры. У шкафа появилась тень и он "отлепился" от фона (рисунок Студийный + пол). Результат не многим лучше.

Снимем флаг Тени в инструменте Тонирование . На полученном изображении видно внутреннее устройство шкафа. Изображение темновато и "прилипло" к фону (рисунок Студийный, нет тени). Если сделать пол светлее, то подобный результат в каких то случаях устроит.

Студийный, нет тени

Студийный + пол

 

Попробуем улучшить результат. Подсветим предмет "прожектором" – Направленным источником света. Его желательно уста­нав­ли­вать недалеко от камеры и на­пра­влять примерно в центр шкафа (рисунки Вид слева и Вид сверху). Если направить лампу точно вдоль линии визирования камеры, то тени от него "спрячутся" за шкафом. А если поставить далеко в стороне от камеры, то свет, отраженный от шкафа уйдет мимо камеры и шкаф получится темным.

Вид слева

В модели ton_scaf.bdf источник немного выше, ближе и левее камеры.

Устанавливают прожектор, обычно, на Виде слева  (Ctrl+L). Затем, на Виде сверху  (Ctrl+T), поворачивают его примерно вокруг середины шкафа до нужного направления. Точность большой роли не играет и все построения можно вести "на глаз".

Вид сверху

 

Нет тени, яркое

В модели ton_scaf.bdf Направленный источник уже есть. Достаточно вклю­чить видимость одноименного раздела. Отсутствие теней делает кар­тин­ку неестественной, но очень яр­кой и позволяет хорошо рас­смот­реть "внутренности" шкафа (рису­нок Нет тени, яркое). При этом, тони­ро­ва­ние идет в полтора раза быстрее. Такая картинка вполне подойдет для оценки внеш­него вида изделия, особенно для печати в режиме экономии чернил.

Немного уменьшим яркость студийного источника света.

Для этого нужно:

1.        Активизировать инструмент Тонирование .

2.        На появившейся панели, щелкнуть правой кнопкой мыши по источнику света (см. рисунок).

На экране появится панель выбора цвета источника. Чтобы источник светил белым светом, но не самым ярким, нужно выбирать его цвет в нижнем ряду – ряду градаций серого.

3.        Щелкните левой кнопкой мыши по третьему справа квадратику в нижнем (сером) ряду.

Лампа потемнеет.

 

 

Нет тени, притушенное

Как видите, яркость изображения уменьшилась (см. рисунок Нет тени, притушенное). Изображение, конечно, не совсем реалистично. Кажется, что шкаф просто висит в воздухе. Однако внутреннее устройство шкафа видно прекрасно. Текстура материала проработана четко. Зеркало не спутаешь ни с чем другим. Такое изображение вполне подойдет для каталога изделий и для обсуждения дизайна изделия с клиентом.

Все тени

 

Пол будет отличаться от обычного фона, если на нем появится тень шкафа.

Попробуем полностью включить про­работку теней. Установим в инстру­менте Тонирование  флаг Тени (флаг Только от направленных ламп – снят). Теперь пол ни с чем не спутаешь, но резкие черные тени портят изображение. Они не позволяют рассмотреть внутреннее про­стран­стве шкафа (рисунок Все те­­ни). Получили эффект темного помещения.

Только от направленных

Как оставить тень только от одного источника, но сохранить общий уровень освещенности?

Такой эффект можно получить, если установить в инструменте Тонирование  как флаг Тени, так и флаг Только от направленных ламп (рисунок Только от направленных). Точечный источник светит, но не дает тени, таким образом, играя роль общей подсветки. Изображение для многих случаев вполне приемлемо.

Вид слева

Вид сверху

Кому-то внутреннее пространство шкафа покажется излишне темным.

Поскольку студийные источники света (источники инструмента Тонирование ) размещаются автоматически, то их положение не всегда оптимально. Лучи от включенной лампы падают на заднюю стенку под острым углом и не попадают в камеру.

Чтобы лучше освещать внутренние детали шкафа, источник света должен располагаться левее и ниже. Для этого следует установить в нужном месте Точечный источник света . В модели ton_scaf.bdf такой источник уже есть. Достаточно вклю­чить видимость одноименного Раздела  (F4). Расположение источника света 1 показано на рисунках Вид слева и Вид сверху.

Лампу можно установить на одном из этих видов, а, затем, Переместить   в нужную позицию на втором.

Все лампы модели

При выполнении Тонирования , нужно отключить студийный источник света. Щелкнуть по нему левой кнопкой мыши и убедиться, что он "погас" – исчез квадратик вокруг него.

Получится изображение,  показанное на рисунке Все лампы модели.

Тени стали "прозрачнее". Внутри шкафа стало заметно светлее, но, в то же время, темнее, чем снаружи.

Перемещая лампы и изменяя их параметры, можно получить еще более привлекательные изображения.

Наконец, если для Вас важнее всего скорость получения изображения, а особая реалистичность зеркал и полированных деталей не требуется, то можно использовать метод тонирования Фонг. Время получения картинки этим методом существенно меньше.

Обратите внимание на зеркало. Сравните его изображение картинкой полученной методом Трасиировка лучей.

Метод "Фонг" с тенью

Метод "Фонг" без тени

Изображения получены при включенном направленном источнике света и "притушенном" студийном.