Дизайн помещений и интерьеров в 3ds Max 2009

Одним из приемов, широко используемых архитекторами и дизайнерами для решения архитектурно-художественных задач, является световая адаптация зрения. Этот термин означает изменение светочувствительности глаза в процессе приспособления его к резкому изменению яркости освещения. Из истории архитектуры очевидно, что приемы световой адаптации наиболее полно использовались архитекторами стиля барокко. Сочетая контрасты ярких поверхностей алтарей с сумраком боковых нефов, зодчие барокко создавали впечатление движения и беспредельности пространства (рис. 1.31). Свойство человеческого глаза реагировать на яркий свет и сопутствующие ему контрасты удачно используется и в современном интерьере. Организация яркостного ритма увеличивает глубину и архитектурную выразительность пространства. При удачно выбранном соотношении света и тени освещенная тесная комната при переходе в нее из темного помещения может показаться неожиданно большой.

Рис. 1.31. Отделка собора выполнена с учетом световой адаптации зрения человека

Направление световых лучей в природе вызывает у человека естественные ассоциации: открытое пространство обычно светлее узкого; большая комната светлее маленькой; свет обычно льется сверху. Если следовать этим принципам, большие пространства нужно делать светлее малых, а низкие – темнее высоких. Подобное распределение яркостей в помещениях вызывает ощущение естественности, в то время как обратное распределение дает театральный эффект, который удачно сочетается с обстановкой, к примеру, ночного клуба.

При создании интерьера дизайнер пользуется различными видами световых потоков. Во-первых, это точечные осветители. Лучи такого осветителя расходятся из обособленной локализованной точки, которая располагается на потолке либо на стене. Световой поток в данном случае может быть как направленным, так и свободным (кстати, торшеры, бра и настольные лампы тоже относятся к точечным источникам). Вторым типом светового потока является рассеянный свет люминесцентных ламп или ламп накаливания. Нельзя не учитывать и рассеянное освещение, возникающее за счет отражения прямых световых лучей предметами окружающей обстановки. Яркий направленный свет при этом приобретает мягкость и естественную окраску. Поэтому в конструкцию некоторых осветительных приборов входят отражатели, которые адаптируют световые потоки, делая их более приятными для зрения человека.

Освещение трехмерных сцен

При освещении трехмерных сцен нужно выполнить две задачи. Во-первых, не допустить оптических обманов, искажающих пропорции, масштабы и целостность восприятия пространства; во-вторых, правильно использовать оптические иллюзии для уменьшения или увеличения глубины пространства, придания особого настроения сцене и изменения пластики объектов.

Редакторы трехмерной графики обычно предлагают несколько видов осветителей. Как правило, это всенаправленные источники света, прожекторы и нацеленные осветители. Их свойства зависят от конкретных видов программного обеспечения. Источники освещения, содержащиеся в 3ds Max 2009, будут обсуждаться в главе 5. Освещение проектируемой сцены зависит от фантазии ее создателя. Хотя, разумеется, существуют и некоторые общие рекомендации. Во-первых, стоит понаблюдать за реальными источниками света и попробовать воспроизвести их действие в программе трехмерного моделирования. Для этого вы должны узнать свойства реального осветителя. Например, для имитации лампы накаливания без абажура или с ним, скорее всего, потребуется всенаправленный источник света с площадными тенями, интенсивность которого затухает обратно пропорционально квадрату расстояния (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Модель настольной лампы на базе всенаправленного источника света (автор модели Менаджиев Андрей aka A-men, материалы и визуализация автора книги)

Способы освещения пространства

В трехмерной графике не существует универсального способа расположения источников света. Освещение зависит исключительно от задач, которые ставит перед собой создатель сцены, и его фантазии. Но есть определенные общие правила, взятые из фотографии, которых желательно придерживаться для получения корректных результатов. Освещение практически любой сцены состоит из нескольких составляющих, а точнее комбинации их соотношения.

• Прямой направленный свет – как правило, создается самым мощным источником и освещает непосредственно объект, на котором должно быть сосредоточено внимание зрителя, рассматривающего сцену. Этот свет создает самые четкие тени. Им, например, может быть солнечный свет, проникающий в помещение из окна, или прямой свет настольной лампы с закрытым абажуром.

• Рассеянный свет – название говорит само за себя, источник равномерно заполняет сцену светом и формирует мягкие прозрачные тени или вообще не приводит к их появлению. Такой свет создают растровые прямоугольные осветители, светильники с полупрозрачным абажуром и лампы дневного света.

• Контражурная или задняя подсветка – свет, подчеркивающий задний план и пространство за объектом. В некоторых случаях можно вообще обойтись без нее. Но не следует забывать о том, что именно такой тип освещения позволяет придать сцене дополнительную глубину и выделить передний план. Отражаемый окружающими предметами свет от прямых источников (так называемый рефлекс), передающийся от объекта к объекту, может служить в качестве задней подсветки, впрочем, его также можно отнести и к одному из видов рассеянного света.

Существуют и другие виды освещения, но они применяются по мере необходимости и используются в основном для специальных эффектов и создания у зрителя определенного настроения. К примеру, подсветка снизу популярна у создателей фильмов ужасов.

При освещении трехмерного пространства важно соблюсти правильное соотношение направленного, рассеянного и контрового света, так как именно оно определяет основное впечатление от созданной сцены. Контрастность освещения, как и цвет, оказывает психологическое воздействие на человека. Чем больше направленного света в сцене, тем резче отбрасываемые тени и тем отчетливее контуры предметов. Если же превалирует рассеянное освещение, то тени будут видны слабо, а формы предметов могут стать трудноразличимыми (рис. 1.33). Высокая контрастность действует возбуждающе, раздражает, а пониженная успокаивает, но утомляет.

Рис. 1.33. Сцены, освещенные преимущественно: а – рассеянным и б – направленным светом

В качестве примера рассмотрим универсальную схему расположения источников света, позволяющую получить наиболее полное представление об объекте. Это так называемая трехточечная схема освещения (иногда ее еще называют голливудской) (рис. 1.34). Вам потребуется ключевой источник света, который нужно расположить слева от камеры под углом 30–60°. Для этой цели хорошо подходят осветители типа Directional (Направленный). Заполняющий источник света располагается справа от камеры под углом 10–20°. Обычно его роль играет осветитель типа Omni (Всенаправленный), но можно использовать и прожектор. Источник контровой подсветки, если в нем есть необходимость, располагается позади сцены. Освещенная таким способом сцена обычно выглядит более-менее реалистично (см. рис. 1.26) даже без учета переноса излучения и расчетов глобальной освещенности.

Рис. 1.34. Трехточечная схема освещения

Приведенная выше схема является универсальной, потому что приближает светотеневой контраст виртуальной сцены к контрасту, характерному для естественного освещения. Направленный свет подобен солнцу, заливающему объекты ярким светом, а рассеянный свет выполняет функции света неба, смягчающего контраст светотени. Существуют другие универсальные схемы освещения виртуального пространства. Например, если нужно быстро осветить сцену из нескольких отдельных объектов либо несложную уличную сцену в программе трехмерной графики, то создается сфера из всенаправленных источников света, которая окружает объект или группу объектов (рис. 1.35). В этом случае речь идет уже об имитации глобального освещения и в зависимости от сложности или количества освещаемых объектов визуализация может занимать продолжительное время.

Рис. 1.35. Универсальная схема освещения сцены из нескольких объектов

Вышеприведенная схема наиболее подходит для освещения отдельных объектов или уличных сцен, если же необходимо сымитировать глобальное освещение в интерьере, существует другая универсальная схема освещения несложной сцены в программе трехмерного моделирования и визуализации (рис. 1.36). Один источник с параллельными лучами имитирует солнечный свет, направленный в окно. Всенаправленные осветители равномерно распределяются по объему смоделированного помещения в виде параллелепипеда. Нужно заметить, что при этом яркость источников должна быть очень малой и у всех источников, имитирующих глобальное освещение, необходимо включить тени типа Shadows Map (Карта теней). Про виды теней, генерируемых источниками света в программе 3ds Max 2009, будет сказано далее в главе 5.

Рис. 1.36. Схема и визуализация имитации рассеивания света из окна в помещении

При создании сцены нельзя не учитывать время суток, в которое происходит действие. Это влияет как на вид материалов, так и на вид теней. В пасмурный день резкие тени от предметов в комнате будут выглядеть, по меньшей мере, странно.

При освещении сцен в интерьере следует учитывать, что искусственные источники света меняют цветовой тон окружающих предметов. Красный цвет становится более ярким, светлеет, оранжевый – приобретает красноватый оттенок, желтый – бледнеет, синий – теряет яркость и темнеет, зеленый – желтеет, фиолетовый становится пурпурного оттенка и темнеет, а голубой – зеленеет.

Одной из задач дизайнера или декоратора при проектировании освещения является правильная расстановка световых акцентов. Освещением выделяются наиболее удачные места композиции интерьера. Это позволяет обратить на них внимание зрителя и оттенить области, не представляющие собой оригинальных решений. Нельзя освещать сцену ровным светом – она станет плоской, предметы потеряют форму и объем, визуализированное изображение получится безликим. Свет и тень выявляют форму и структуру предметов, дают ощущение богатства и изменчивости обстановки.

При освещении сцен в интерьере необходимо учитывать как свет от источников, так и рассеянное освещение, возникающее за счет отражения световых лучей поверхностями объектов. Хотя правильная настройка глобальной освещенности представляет собой непростую задачу, но именно она определяет своеобразность и индивидуальность светового решения сцены. В последних версиях 3ds Max появились алгоритмы, позволяющие учитывать перенос излучения, но их правильная настройка по-прежнему зависит от профессионализма пользователя. Более подробную информацию о природе света и техниках освещения сцен вы найдете в книгах известных в этой области специалистов: Билла Флеминга, Оуэна Демерса, Джереми Берна, а также в статьях и уроках на сайтах www.Render.ru,www.3DCenter.ru (http://www.3dcenter.ru/) и www.Eol3d.com (http://www.eol3d.com/).

Совет

Учитывая все вышесказанное, при работе над проектом стоит разделить время, отведенное для его создания, следующим образом: 50 % затрачивается на моделирование объектов сцены, а оставшиеся 50 % распределяются примерно поровну между наложением текстур и освещением. В данном распределении времени работы не учтена анимация сцены, так как при создании трехмерных проектов интерьера анимация готовой сцены требуется нечасто в силу задействования значительных аппаратных ресурсов и, как следствие, удорожания проекта и увеличения срока исполнения. Однако если все-таки анимация интерьерной сцены заложена в проектную часть, то она, как правило, несложная и ее настройка может занять меньше времени, чем ее визуализация.

Общие принципы фотореалистичности

Обобщая информацию, которая была дана выше, можно попробовать описать основные принципы создания фотореалистичных изображений с помощью редактора трехмерной графики. Во время работы над фотореалистичным изображением должны учитываться следующие факторы.

1. С моделирования начинается создание любой трехмерной сцены, поэтому чем качественнее будет модель, тем более естественно будет смотреться она в трехмерной сцене. При создании сцены любая модель должна быть достаточно детализирована. Прежде чем сделать с помощью 3D-графики какой-либо объект, неплохо было бы увидеть его несколько раз в реальности, проанализировать его форму и выбрать способы создания в трехмерном редакторе. Нужно заметить, что практически ни один объект в реальности не имеет острых прямоугольных граней. Все грани в той или иной степени скошены. При создании модели это обязательно нужно учитывать, однако не стоит забывать, что создание фаски на прямоугольных гранях приводит к усложнению трехмерной модели и увеличению числа полигонов, из-за чего просчет изображения может протекать медленнее. Далее, всегда стоит помнить о промышленном происхождении проектируемого объекта. На модели по возможности нужно сделать складки, швы, имитирующие промышленное происхождение объекта, также неплохо было бы учесть крепление деталей объекта между собой и элементы перехода от одной части модели к другой (рис. 1.37). Правда, детали, которые будут скрыты от глаз зрителя, моделировать совсем не обязательно. Если планируется создать трехмерный объект, который в реальной жизни может двигаться или изменять свою форму, то необходимо показать устройства, с помощью которых будет происходить трансформация объекта. Например, при моделировании двигателя фантастического космического корабля нового поколения все-таки не стоит делать бессмысленное нагромождение трубок и проводов, а желательно смоделировать механизм, посредством которого данный двигатель должен работать. При моделировании штор, которые будут располагаться в интерьере, желательно показать крепление к карнизу и простейшие устройства перемещения (крючки, кольца) их по нему. И еще, надо бы добавить, что хорошо детализировать модель нужно лишь в том случае, если она будет находиться достаточно близко к виртуальной камере, когда возможно рассмотреть эти детали, в противном случае вся работа по детализации трехмерного объекта будет проделана впустую, так как деталей все равно видно не будет.

Рис. 1.37. Модель крепления абажура к стене повысит реализм трехмерной сцены

2. Следующее условие создания фотореалистичной трехмерной графики заключается в создании качественных материалов и правильном наложении текстур на объекты виртуальной сцены. Прежде всего нужно учесть, что в имитации поверхности какого-либо объекта участвуют практически все свойства материала (отражение, глянцевость, цвет диффузного рассеяния, вид затенения и т. д.). Обратите внимание в реальной жизни на различные предметы, и станет ясно, что все объекты в той или иной степени отражают свет, причем отражение может быть зеркальным или размытым. При отражении света от металлических предметов можно наблюдать явление анизотропии, когда в зависимости от формы и вида обработки поверхности происходит искажение отражения, или изменение формы блика (рис. 1.38). При наложении текстурных карт следует избегать швов и мозаичного повторения текстур, если только это не было задумано создателем трехмерной сцены. В случае наличия нежелательных швов или мозаичности текстуру следует исправить так, чтобы на объект она была наложена с некоторой неравномерностью. Кроме того, следует использовать процедурные текстуры, так как они равномерно ложатся на объект любой формы и не искажаются. Фотореалистичности сцене, несомненно, добавляет наличие на моделях следов использования их человеком, а также грязь, царапины, пыль и другие признаки воздействия внешней среды. Добавить подобные детали на трехмерные модели можно, применяя специальные карты и маски к соответствующим свойствам материала. Правда, если конечно вы моделируете интерьер будущей квартиры, заказчик не оценит стремления к фотореалистичности, если добавить пыли по углам и царапин на мебели.

Рис. 1.38. Материалы с разной степенью отражения и разным уровнем анизотропии на одной модели

3. Чтобы заставить зрителя поверить в реалистичность трехмерной сцены, необходимо правильно разместить объекты в сцене и выбрать расположение камеры, чтобы композиция визуализируемой сцены напоминала фотографию из жизни. Все объекты должны находиться на своих местах, определяющих их назначение. Например, рядом с домашним кинотеатром вполне могут лежать несколько дисков или их коробок, а вот местонахождение их на кухне рядом с варочной поверхностью может вызвать недоумение у зрителя. Помимо этого для придания характера, живости можно расположить объекты немного хаотично (рис. 1.39). Располагая камеру для визуализации в сцене, надо стараться избегать сильных перспективных искажений. При визуализации интерьера для показа всего помещения бывает нужно установить камеру так, что на финальном изображении будут присутствовать заметные перспективные искажения, тем не менее оправданные замыслом автора сцены.

Рис. 1.39. Совмещение симметричного расположения объектов сцены с асимметричным придает сцене живости

4. Освещение сцены также играет немаловажную роль для фотореалистичной подачи изображения трехмерного виртуального пространства. Освещение практически любого пространства, как в реальности, так и в виртуальной трехмерной среде, состоит из направленного (световые акценты) и окружающего (рассеянного) света. Одной из задач создателя трехмерных компьютерных сцен является подбор наиболее удачного соотношения этих двух составляющих в зависимости от вида сцены (помещение, экстерьер или отдельно расположенный объект). Например, при освещении сцены солнечным светом в качестве направленного служит прямой свет солнца, интенсивность которого может меняться в зависимости от времени суток, имитируемого в сцене, а в качестве рассеянного – свет неба (рис. 1.40). В помещении с искусственным освещением прямой свет будет сымитирован направленными точечными источниками, создающими световые акценты, а окружающим будет свет от источников рассеянного излучения (лампы дневного света, абажуры) и отраженный предметами свет. Далее, для фотореалистичной визуализации нужно помнить, что все источники имеют свой цвет испускаемого света, или, точнее, свою цветовую температуру, и обязательно это нужно иметь в виду при моделировании освещения трехмерной сцены. Исходя из этого, нужно учитывать, что при освещении сцены источником определенного цвета все объекты этой сцены окажутся подкрашены цветом источника, и как следствие, несколько изменят свой первоначальный цвет. Кроме того, освещаемые объекты, как правило, имеют неодинаковую форму и различающиеся свойства поверхности. Если с формой все понятно, то с материалом объекта все не так однозначно. Освещая сцену, необходимо учитывать реакцию поверхности объектов на свет, и хотя это больше относится к созданию материалов трехмерных моделей, на этапе установки освещения в сцену, как правило, приходится немного корректировать свойства материалов поверхности объектов. Так как свет с расстоянием затухает, и в жизни мы наблюдаем подобное явление постоянно, имитация неравномерности распространения света в трехмерной сцене также помогает улучшить фотореалистичность конечного изображения. Помимо этого промышленное изготовление источников освещения, их конструкция подразумевают форму распространения света от этого источника, отличную от идеального конуса или прямоугольника. Тени, полученные с помощью различных источников света, отличаются резкостью краев, а также могут быть подкрашены как цветом источника (синее небо – синеватые тени на открытом воздухе), так и цветом предметов, которые их отбрасывают. Это называется переносом цвета. Особенно перенос цвета заметен при искусственном освещении без участия солнечного света.

Рис. 1.40. Сочетание прямого и рассеянного света, имитирующее солнечный свет, падающий из окна

5. Для придания еще большей фотореалистичности используют различные эффекты постобработки. К ним могут относиться имитация линзовых эффектов фото– и видеокамер (рис. 1.41), создание эффекта воздушной перспективы и объемного света (наличие частиц пыли и дыма в воздухе). Имитация глубины резкости фотокамеры при визуализации как отдельного объекта, так и сцены, насыщенной объектами, позволяет увеличить правдоподобность финального изображения, кроме того, используя глубину резкости, можно несколько облегчить сцену, поставив на заднем плане простенькие модели с небольшим количеством полигонов.

Рис. 1.41. Имитация линзовых эффектов

Завершая раздел о принципах фотореалистичности, хотелось бы добавить, что улучшать, доводя до совершенства визуализированное изображение, можно до бесконечности. Но существует такой фактор, как время, отведенное на создание любого проекта, а также ограниченная мощность компьютера, на котором производится работа в редакторе трехмерной графики. Поэтому одной из главных задач дизайнера трехмерной графики является нахождение баланса качества проектируемой сцены и разумных временных затрат на ее создание. Например, если смоделировать люстру из нескольких миллионов полигонов (встречаются и такие) для фотореалистичной визуализации ее как отдельного объекта, то помещение такой модели в сцену интерьера грозит трудностями дальнейшего редактирования данной сцены и весьма продолжительным временем ее просчета.

Интерьерное проектирование и визуализация

Перед тем как перейти к описанию процесса проектирования дизайна интерьера в редакторах трехмерной графики, необходимо рассказать об особенностях оформления помещений и дать несколько определений.

Этапы создания виртуального интерьера

Интерьером называется вид помещения изнутри. Одним из важных моментов изображения интерьера, как, впрочем, и других сцен, является правильный выбор точки обзора и композиции. Поэтому, как уже упоминалось, имеет смысл начать с эскизных набросков будущей сцены (рис. 1.42).

Рис. 1.42. Цифровой эскиз гостиной

Следующей основной задачей при создании виртуального проекта интерьера является корректный выбор перспективной проекции. От этого зависит выразительность окончательного изображения. При фронтальном показе одной из стен главная точка сцены (см. выше раздел «Принципы композиции») окажется примерно посередине, и композиция получится, скорее всего, симметричной, что достаточно формально и плоско, хотя может быть оправдано, если необходимо показать помещение в целом (рис. 1.43). Данная проекция используется в основном для проверки сочетаемости материалов покрытия. Поэтому необходимо искать такое отображение интерьера, чтобы потолок, стены и пол имели гармоничные пропорциональные соотношения.

Рис. 1.43. Фронтальный перспективный вид смотрится достаточно просто, хотя и позволяет увидеть все помещение сразу

Если сравнить три композиции интерьера одного и того же помещения (рис. 1.44, а), соответствующего плану, то можно сделать вывод, что наиболее выигрышно в смысле выразительности выглядит верхняя композиция (рис. 1.44, б), остальные две либо не дают всей полноты представления о помещении, либо смотрятся неинтересно (рис. 1.44, в, г). После визуализации данные изображения могут быть использованы в качестве дополнительных эскизов.

Рис. 1.44. Композиционные решения отображения интерьера: а – планировка помещения; б – наиболее удачный ракурс изображения; в, г – менее удачное расположение камеры