Всем привет! Мы продолжаем публикацию статей из цикла «3d визуализация сегодня». И сегодня расскажем о физически правдоподобном освещении и затенении.

Содержание:

Введение: выбор средств визуализации
1. Актуальные вопросы
1.1 Глобальное освещение
1.2 Трассировка лучей против точечных решений
1.2.1 Физически правдоподобное освещение и затенение
1.2.2 Выборка по значимости и множественная выборка по значимости (MIS)
1.3 Освещение, основанное на изображении
1.3.1 Опыт Pixar, полученный при создании «Университета монстров» и инструмент Splat
1.3.2 Опыт, полученный при создании фильма «Великий Гэтсби»
1.3.3 Опыт сотрудников компании ILM
1.4 Интерактивность
1.5 Визуализация с использованием графического процессора (GPU)
1.6 Рендер-фермы и облачная визуализация
1.7 Открытый исходный код
1.7.1. Формат данных OpenEXR 2

arnoldteapotВажнейшей тенденцией на данный момент является переход к физически корректным моделям освещения и затенения. Маркос Фахардо из Solid Angle (компании после Arnold) заметил, что все в мире студии (производства) перешли к работе в этом направлении или находятся в процессе перехода сейчас. “Это происходит во всей отрасли. Каждая компания, о которой Вы слышали, либо в процессе, либо уже перешла. Это то, над чем я работаю в течение последних десяти лет или около того. Так что я очень рад видеть, что это наконец-то происходит.” Фахардо должен быть признан одним из самых великих защитников и реализаторов этого массового перехода в отрасли. Solid Angle находится на переднем плане индустрии в масштабах перехода к пути, проложенному GI с физически правдоподобным освещением и затенением в производственной среде (т.е. экономически эффективным способом с все более жестким графикам).

Желание художников освещения сделать жизнь проще привело к популярности трассировки лучей без допущения (unbiased), которая помогает им делать изображения еще более реалистичным.

В некоторых старых процессах производства художник мог передать настройки нескольких сотен огней, а также чрезвычайно сложных шейдеров, только при помощи решений на языке программирования в стиле C++, которые являлись его собственными разработками и трюками. Иногда осветители просто сидели, включая и выключая источники света, чтобы просто увидеть, что все сделано.

Кадр из фильма "Железный человек 2"

Кадр из фильма «Железный человек 2″

Большинство компаний не станут утверждать, что реализация физических источников света и шейдеров сделало визуализацию быстрее, но довольно много компаний считают, что это упрощает роль художника. Так как часы художника стоят на несколько порядков дороже, чем часы визуализации.

Но сохранение энергии, физические источники света и шейдеры не ограничивают трассировку пути в новых средствах визуализации. Некоторое время назад ILM приняли подобный подход в фильме «Железный Человек 2».

Но на самом деле этот процесс начался гораздо раньше, чем в фильме «Железный Человек 2», начало было положено в фильме «Терминатор: Да придет спаситель».

В «Терминаторе» использовался новый более нормализованный инструмент освещения, не на каждом кадре, а в нескольких эпизодах с главным героем. Переход к новому инструменту действительно разжигал своего рода священную войну в ILM. Многие команды были довольны инструментами и приемами, которые они имели, и, справедливости ради, использовали очень эффективно. Таким образом, конечным подходом к «Терминатору» был гибрид и многие из инструментов, которые художники знали и любили, были включены так, чтобы люди могли все еще использовать эти средства на пленке, и настроить свет таким образом, что физически было не правильно.

Команда ILM реализовала системы сохранения энергии на фильме «Железный Человек 2»:

Новая система использует сохранение энергии, это означает что пучки света ведут себя гораздо реалистичнее. Это означает, что количество света, которое отражает или отскакивает от поверхности, не может быть больше, чем количество света, попадающего на поверхность.

Например, в традиционном мире компьютерной графики для понятия бликов и отражений были разделены управление и концепция, как управление диффузным и рассеянным светом.  В соответствии с предыдущей моделью у вас есть три источника света, направленных под различными углами вниз на поверхность. Если размер блика изменяется, то отраженный от точечного источника свет не темнеет в зависимости от увеличения размера блика. “В  действительности же, эта модель отражения, которую мы использовали в течение многих лет в ILM, фактически становится намного ярче с углами отражения, из-за чего текущее значение отражения становиться очень сложно прогнозировать.” — говорит Сноу.

Старые средства освещения (ILM)

Старые средства освещения (ILM)

Энергосберегающие инструменты (ILM)

Энергосберегающие инструменты (ILM)

В рамках новой системы сохранения энергии, нормализованная функция бликов ведет себя таким же образом как отражения. Если размер блика увеличивается, интенсивность отражения снижается. Раньше система требовала, чтобы художник знал об этом, и уменьшал отражение, чтобы блик становился все шире. В то время как хороший художник знал, как это сделать, и должен был совершенствовать вид. Но различные материалы на одно модели могут вести себя по-разному, и объекты тоже будут вести себя по-разному в различных условиях освещения. Он должен вручную все настраивать при каждой установке.

Эта новаторская работа разожгла пожар, который распространился по всей отрасли. Теперь все системы визуализации настраиваются таким образом, чтобы реализовать физическое освещение и затенение.

Но система сделала кое-что еще, она ускорила работу, которую ILM делал с IBL. Об этом читайте в следующей статье (Сюда ссылка на следующую статью).

 

Автор:  Майк Сеймур
Источник: fxguide.com
Перевод: RAIT.kz — Статьи о компьютерной графике