3ds Max: Основные принципы создания реалистичного трехмерного изображения. Часть 2


Добавление движения
При создании анимации геометрия объектов играет более важную роль, чем в случае со статическим изображением. В процессе движения зритель может видеть объекты под разным углом зрения, поэтому важно, чтобы модель выглядела реалистично со всех сторон. Например, при моделировании в статической сцене деревьев можно пойти на хитрость и упростить себе задачу: вместо того чтобы создавать «настоящее» дерево, можно сделать две пересекающиеся перпендикулярные плоскости и наложить на них текстуру с использованием маски прозрачности. При создании анимированной сцены этот способ не годится, так как такое дерево будет выглядеть реалистично только с одной точки и любой поворот камеры выдаст подделку.
В большинстве случаев, как только трехмерные объекты исчезают из объектива виртуальной камеры, лучше удалить их из сцепы. В противном случае компьютер будет выполнять никому не нужную задачу, просчитывая невидимую геометрию.
Второе, что необходимо учитывать при создании анимированных сцен, — это движение, в котором пребывает большинство предметов в реальности. Например, шторы в комнате колышутся от ветра, стрелки часов идут и т. д. Поэтому при создании анимации нужно обязательно проанализировать сцену и обозначить те объекты, для которых необходимо задать движение.
Движение придает реалистичности и статическим сценам. Однако, в отличие от анимированных, в них движение должно угадываться в застывших мелочах — сползающей со спинки кресла рубашке, ползущей гусенице на стволе, согнувшемся от ветра дереве.
Если для более простых объектов сцены создать реалистичную анимацию относительно несложно, то смоделировать движение персонажа без вспомогательных инструментов практически невозможно.
В повседневной жизни наши движения настолько естественны и привычны, что мы не думаем, например, запрокинуть ли нам голову во время смеха или пригнуться, проходя под низким навесом. Моделирование же подобного поведения в трехмерной графике сопряжено с множеством подводных камней, и воссоздать движения, а тем более мимику человека, не так-то просто. Именно поэтому для упрощения задачи применяется следующий способ: к телу человека присоединяется большое количество датчиков, которые фиксируют перемещение любой части тела в пространстве и подают соответствующий сигнал на компьютер. Тот в свою очередь обрабатывает полученную информацию и использует ее по отношению к некоторой скелетной модели персонажа. Данная технология называется технологией захвата движения (motion capture). При движении оболочки, которая надевается на скелетную основу, необходимо также учитывать мускульную деформацию.
Если вы занимаетесь персонажной анимацией, то будет полезно изучить анатомию, чтобы лучше ориентироваться в системах костей и мускулов.

Освещение — это не только свет, но и тени
Создание сцены с реалистичным освещением — это еще одна задача, которую предстоит решить для того, чтобы придать конечному изображению большую реалистичность. В реальном мире световые лучи многократно отражаются и преломляются в объектах, в результате чего тени, отбрасываемые объектами, обычно имеют нечеткие, размытые границы. За качество отображения теней в основном отвечает аппарат визуализации.
К теням в сцене предъявляются отдельные требования. Тень может подчеркнуть контраст между передним и задним планом, а также выдать объект, который не попал в поле зрения объектива виртуальной камеры. В этом случае зрителю дается возможность самому домыслить окружающую обстановку сцены. Например, на рубашке трехмерного персонажа он может увидеть падающую тень от веток и листьев и догадаться, что с обратной стороны от точки съемки растет дерево.
С другой стороны, слишком большое количество теней не сделает изображение более реалистичным. Следите за тем, чтобы объект не отбрасывал тени от вспомогательных источников света. Если в сцене присутствует несколько объектов, излучающих свет, например фонарей, то все элементы сцены должны отбрасывать тени от каждого из источников света. Однако если в такой сцене вы будете использовать вспомогательные источники света (например, чтобы подсветить темные участки сцены), то создавать тени от этих источников не нужно. Вспомогательный источник должен быть незаметен зрителю, а тени выдадут его присутствие.
При создании сцены важно не переборщить с количеством источников света. Лучше потратить немного времени на то, чтобы наилучшим образом подобрать его положение, чем использовать несколько источников света там, где можно обойтись и одним. Если использование нескольких источников необходимо, то следите за тем, чтобы каждый из них отбрасывал тени. Если вы не можете увидеть тени от источника света, то, возможно, другой, более сильный источник пересвечивает их.
При расстановке источников света в сцене, обязательно обратите внимание на их цвет. Источники дневного света имеют голубой оттенок, для создания же источника искусственного света нужно придать ему желтоватый цвет. Следует также принимать во внимание, что цвет источника, имитирующего дневной свет, зависит еще и от времени суток. По этой причине если сюжет сцены подразумевает вечернее время, то освещение может быть, например, в красноватых оттенках заката.

Самое главное — просчет
Визуализация — это завершающий и, безусловно, самый ответственный этап создания трехмерной сцены. Редактор трехмерной графики просчитывает изображение, учитывая геометрию объектов, свойства материалов, из которых они сделаны, расположение и параметры источников света и т. д.
Существование большого количества алгоритмов просчета стало причиной увеличения количества внешних подключаемых визуализаторов. Часто один и тот же визуализатор может интегрироваться с разными пакетами трехмерной графики. По скорости и качеству просчитываемого изображения внешние визуализаторы, как правило, превосходят стандартный аппарат просчета трехмерных редакторов. Однако нельзя однозначно дать ответ на вопрос, какой из них дает наилучший результат. Понятие «реалистичность» в этом случае является субъективным, потому что нет каких-либо объективных критериев, по которым можно было бы оценить степень реалистичности визуализатора.
Однако можно сказать наверняка: чтобы финальное изображение было более реалистичным, алгоритм визуализации должен учитывать все особенности распространения световой волны. Как мы уже говорили выше, попадая на объекты, луч света многократно отражается и преломляется. Просчитать освещенность в каждой точке пространства с учетом бесконечного количества отражений невозможно, поэтому для определения интенсивности света используются две упрощенные модели — трассировка (Raytracing) и метод глобальной освещенности (Global Illumination).
До недавнего времени наиболее популярным алгоритмом визуализации была трассировка световых лучей. Этот метод заключался в том, что трехмерный редактор отслеживал ход луча, испускаемого источником света, с заданным количеством преломлений и отражений. Трассировка не может обеспечить фотореалистичного изображения, поскольку этот алгоритм не предусматривает получения эффектов рефлективной и рефрактивной каустики (блики, возникающие в результате отражения и преломления света), а также свойств рассеиваемости света.
На сегодняшний день использование метода глобального освещения является обязательным условием для получения реалистичного изображения. Одним из наиболее распространенных способов просчета глобального освещения является фотонная трассировка (Photon Mapping).
Помимо просчета глобального освещения, внешние визуализаторы позволяют визуализировать материалы с учетом эффекта подповерхностного рассеивания (Sub-Surface Scattering). Этот эффект является необходимым условием для достижения реалистичности таких материалов, как кожа, воск, тонкая ткань и т. д. Лучи света, попадающие на такой материал, рассеиваются в нем, вызывая тем самым легкое свечение изнутри.
Еще одна причина, по которой изображения, просчитанные с помощью подключаемых визуализаторов, более реалистичны, чем картинки, визуализированные с использованием стандартных алгоритмов просчета, — возможность использования эффектов камеры. К ним относятся, прежде всего, глубина резкости и смазывание движущихся объектов.
Эффект глубины резкости можно использовать, когда требуется обратить внимание зрителя на какую-нибудь деталь сцены. Если изображение содержит эффект глубины резкости, то зритель в первую очередь замечает элементы сцены, на которые наведена резкость. Эффект глубины резкости может помочь в том случае, когда необходимо визуализировать то, что видит персонаж.
Эффект глубины резкости является обязательной составляющей реалистичного изображения и тогда, когда в сцене внимание обращено на мелкий объект (например, на гусеницу на стволе). Если на картинке будут одинаково четко прорисованы все объекты, которые попадают в фокус, включая ветки, листья, ствол и гусеницу, то такое изображение не будет выглядеть реалистично. Если бы подобная сцена существовала в действительности и съемка велась не виртуальной, а настоящей камерой, то в фокусе был бы только главный объект — гусеница. Все, что находится на расстоянии от нее, выглядело бы размытым. Поэтому в трехмерном изображении обязан присутствовать эффект глубины резкости.

С любезного разрешения авторов, по материалам книги
С. Бондаренко, М. Бондаренко. 3ds Max 8
Сайт авторов:
www.3domen.com