IBL освещение на основе изображений

Продолжаю выкладывать перевод научно популярной статьи о современных направлениях визуализации 3D в фильмах и мультиках. Это уже шестая часть. Предыдущие части здесь:

  1. чем рендерить лучше;
  2. каким было и какое будет глобальное освещение;
  3. облачное глобальное освещение;
  4. реалистичное освещение;
  5. перспективы сэмплинга лучей.

1.3. Image-based lighting (IBL, освещение на основе изображения)

Все началось не так давно со съемки сэмплов (light probe или световых проб) реальных локаций и их сочетания с различными dome lights (ИС в виде светового купола). C тех пор IBL с физически корректными светом и материалами используется все шире.

В Monsters University аниматоры не только перешли к физическим свету и материалам, но они использовали и IBL. Это, наверное, было необычно для аниматоров. Ведь исторически этот метод применялся для переноса освещения реальной локации на CG объекты, вписанные в эту локацию.

1.3.1 Pixar, Monsters University (MU, Университет монстров) и Splat.

Недавно fxguide публиковал интервью с Кристофером Гери (технический директор Пиксар по глобальным технологиям и исследованиям) о работе над MU и новом IBL инструментарии. Кристофер играл ключевую роль в группе, которая обеспечивала переход Pixar к почти полному рейтрейсингу с физическими шейдерами и освещением, использующим IBL. В дополнение к основному интервью Гери рассказал нам о новинке - Splat tool.

Универ Монстров

Университет Монстров: отрендерено в RenderMan на Pixar.

Для работы над MU в Pixar было создано несколько новых инструментов, в частности для рисования на световом куполе. «То есть вы не только снимаете реальные карты IBL (что неплохо для начала), но, если нужно, можете также их подправлять и редактировать с помощью инструмента Splats («Кляксы»).»

Инструмент позволяет рисовать прямо на IBL куполе и видеть в реальном времени, как меняется освещение. Такая интерактивная система быстрого рисования, ориентированная на IBL, позволяет художникам по свету не только править реальные карты освещения, но и создавать новые с нуля. «Это был такой художественный метод создания IBL. В конце концов, это же Pixar – у нас все кадры синтетические, здесь нет обычного кино.» Вначале Гери снимал реальные IBL просто в качестве помощи при работе над картинкой. «Я не предполагал использовать IBL на протяжении всего периода работы над сценой, но им (техническим директорам) это так понравилось, что нас попросили создать интерфейс для ручного рисования (подобно тому как сейчас рисуются текстуры), но еще и с интерактивным превью прямо во время рисования», - объясняет он.

«Иногда они начинали буквально с нуля, с черной текстуры и рисовали по ней: здесь хочу рассеянное освещение, а тут хочу свет поярче.»  В случаях, когда команда не была скована в способах освещения кадра, она использовала IBL (инструмент, созданный изначально для совмещения CG с реальной съемкой) – как рисовалку освещения для обитателей MU.

Конечно, метод IBL должен работать в согласии со всем остальным в сцене. Он определял общий характер освещения, но любой персонаж по-прежнему должен быть освещен также и отраженным от окружающих его предметов светом. То есть нужен был такой же результат, как и при использовании сфотографированного HDR изображения. Рисование не упрощало купол до прямоугольника – мы скорее намечали участки окружения, чтоб настроить цвет и экспозицию, и потом уже создавали изображение, видя результат практически в реальном времени.

Каждый источник света в сцене мог быть еще и текстурирован, и у каждого был свой профиль и затухание, формирующие угловое распределение излучения. Плюс шторки или карты проекций. Реализация шторок на источниках света для MU позволяла настраивать их даже лучше, чем возможно в реальности, «но мы старались оставаться в пределах законов физики», - говорит Гери. «Мы всегда стремились работать в соответствии с желанием не трогать некоторые из предыдущих наработок (в смысле интерактивности и пользовательского интерфейса), но было необязательно включать их, если это ставило под угрозу целостность всей системы.» Команда R&D нашла новые аналоги и новые, физически правдоподобные, методы для работы с привычными инструментами. «Это действительно хорошо сработало, и они были очень довольны.»

1.3.2 Работа над «Великим Гэтсби»

Для «Великого Гэтсби» (2013) Animal Logic разработала уникальный пайплайн с собственным кодом и Рендерманом. Мы побеседовали с Мэттом Эстелой (Matt Estela) – главным специалистом по освещению в Animal Logic, которая является ведущей компанией в австралийской индустрии кино, анимации и визуальных эффектов.

Для «Гэтсби» команда использовала собственный пайплайн Animal Logic с встроенным PRman’овским трассировщиком путей. Компания работала с RenderMan, поскольку у них было много наработок за долгую историю его использования, да и опыт с другими инструментами подтвердил правильность выбора. На последнем Autodesk event Эстела шутил, что их работой было «сделать, чтоб реалистично; сделать, чтоб красиво; и сделать, чтоб отрендерилось вовремя».

Общее решение, особенно для сцен на натуре, начинается с комбинации окружающего освещения и основного, рисующего света. Эстэла объясняет, что окружающее освещение обеспечивает реализм, мягкие тени и общую тональность, но оно также и самое ресурсоемкое. «Это вроде светового купола в Mental Ray», - добавляет он.

Великий Гетсби

Финальный рендер и композитинг: Animal Logic («Великий Гэтсби»)

Такой подход дает отличный результат, но не бесплатно. Две главные проблемы – время рендера для получения нормальной нешумной картинки и использование памяти. «Наша старая система могла использовать для рендера 8 Гб, новая же использовала 64 Гб RAM, и мы могли легко засунуть всё это в память» В целом наша команда очень успешно перешла на новую систему с физическими шейдерами и освещением, и удачно использовала IBL как в техническом, так и в художественном аспектах.

Не остыв еще от работы с «Великим Гэтсби», Эстела провел для fxguide экскурсию по креативному освещению с IBL на реальных примерах с тестовой сценой.

Тестовая настройка IBL освещения. Один источник света

Рис.1. Один источник света.

На картинке сверху – простая сцена с двумя кошками и роботом. Присутствуют и плавные формы, и геометрия с острыми гранями. Совсем справа: сверху хромированная сфера, снизу – матовая, для понимания контекста.

На этом этапе сцена освещена единственным удаленным источником, имитирующим солнце. Тени есть, но заполняющего света нет.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис.2. Освещено белой сферой.

Мы выключили солнце из рис. 1 и осветили сцену только лишь большим белым источником окружающего освещения (или куполом/IBL белой сферой). Изображение теперь напоминает чистый ambient occlusion (AO).

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 3. Освещено картой HDR (показана по центру).

Теперь сцена освещена картой HDRI, натянутой на источник окружающего освещения (превью самой карты, спроецированной на прямоугольник – в центре рисунка). Это уже реалистичней, но все еще не финального качества. Примечание: тени – от изображения солнца на HDRI карте окружения, она – единственный источник света на рисунке.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 4. Убрана земля на HDR изображении.

Окружающее освещение отредактировано, коричневый грунт удален. Правильное рассеянное освещение должно соответствовать поверхности, на которой стоят фигуры. Сравним последние два изображения: на рис. 3 видны теплые ньюансы на задней части робота [которые появились от грунта на карте HDR - примечание автора перевода]. Они не соответствовали плоскости, на которой стоят фигуры, поэтому их надо было убрать.

Примечание: на практике это может не понадобиться, если для окружающего света использован 180о купол, или если 3D поверхность, на которой стоят фигуры, блокирует свет. Здесь мы показываем пример рисования по HDR, чтобы проиллюстрировать саму идею.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 5. Убрали солнце с HDR.

Сейчас солнце удалено с HDR карты. Если не снять HDR с очень высокой точностью, динамический диапазон изображения солнца будет обрезан, и некоторые рендереры не смогут с этим справиться без шума, засветок или черных точек. Да и дизайнеру удобно иметь возможность двигать солнце, не трогая источник окружающего освещения.

Вот, теперь у нас есть базовая карта, с которой можно начинать работу.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 6. Заменили реальный HDR на нарисованный - калибровочный.

Иногда, для того, чтоб лучше разобраться в особенностях данного HDRI, используется карта цветовых температур. Зеленый – это область вокруг солнца (вспомните сияющую дымку вокруг солнца в безоблачный день, она обычно ГОРАЗДО больше по размеру, чем собственно солнце), синий представляет небо над горизонтом, темно-синий в задней части карты – область, противолежащая солнцу, красный – область зенита, желтый – небольшой участок непосредственно в зените. Это помогает техническому директору или осветителю понять, с чем они имеют дело [например, определить, какой участок карты окружения играет основную роль в освещении данной части персонажа - примечание автора перевода].

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 7. Ищем баланс тёплого и холодного света.

На производстве при просмотре дейлизов (dailies отчёт о проделанном за день) проблема «форма + теплое против холодного» часто возникает в контексте поиска интересных деталей, которые можно было бы подчеркнуть, или чтоб избежать «плоского» вида модели. Цвет используется для визуального разделения. Поверхности, обращенные к солнцу, окрашены в теплые тона, обращенные же в противоположном направлении имеют холодную окраску. Здесь зеленая область из предыдущего рисунка была преобразована в область мягкого солнечного света и тонирована в более теплый желтый. Это дало желаемый эффект разделения теплый/холодный, и форма объектов выглядит интересней, выпуклей.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 8. Сделали синий цвет неба не таким насыщенным и уменьшили яркость неба напротив солнца.

Здесь изменены синяя и красная (в соответствии с картой цветовых температур на рис. 6) области (синий – небо над горизонтом, красный – участки большой высоты, почти в зените), там реальный синий цвет неба сделан менее насыщенным. Конечно, чистое синее небо - оно ДЕЙСТВИТЕЛЬНО синее, но мы редко воспринимаем серые объекты синеватыми в реальной жизни. Наше зрение эффективно подстраивает баланс белого, убирая синие оттенки; таким же образом, как правило, настраиваются камеры. То есть в контексте CG освещения: если в съемочном материале есть нейтрально окрашенный объект (если повезет – серый шар, специально отснятый на локации), вам нужна уверенность, что освещенный нашим источником окружающего света нейтральный цифровой объект совпадет по тону с реальным. Еще я взял область неба, противолежащую солнцу, и понизил там экспозицию. Теперь поверхности, направленные от солнца, стали чуть темнее, и это тоже добавило объема.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 9. Добавили тонкую и яркую полоску вверху HDRI.

Вот небольшая хитрость, которую придумал Этьен Марк (Etienne Marc), один из ведущих художников по свету в проекте «Великий Гэтсби» на Animal Logic. Тут добавлена тонкая, но очень яркая белая полоска в верхней части HDRI. Она не только добавляет немного света на верхушки моделей, но и – что гораздо важнее – делает вертикальные, контактные тени более четкими, заставляя модели визуально «более твердо стоять на поверхности». Если сравнить рис. 9 и рис. 8., то будет хорошо видно, что теперь контактные тени прорисованы четче. «Ощущение, что у вас персонаж висит в воздухе» - это довольно частый комментарий при просмотре тестов освещения, а наш трюк помогает его избежать.

 

Тестовая настройка IBL освещения

Рис. 10. Снова включили основной рисующий ИС с первого рисунка.

И вот, наконец, основной рисующий свет снова включен и сбалансирован с окружающим. Затенение теперь выглядит намного более интересно, и в то же время вполне реалистично. Это – прекрасная основа для базового освещения, а с включением непрямого/диффузного освещения от других объектов и с финальными материалами наш кадр имеет все шансы выглядеть просто отлично.

 

Ниже – ролик «до и после» для «Великого Гэтсби», великолепная работа Animal Logic (основного подрядчика) по производству реалистичного и стилизованного освещения. Также в производстве принимали участие такие VFX компании, как Rising Sun Pictures, Iloura, ILM, Prime Focus и Method (Ванкувер). Общий супервайзинг – Крис Годфри (Chris Godfrey).

Читайте продолжение о том, как анимационные студии используют IBL.

Спасибо Андрею Пшеничному за перевод!




Подпишитесь на обновление блога (вот 3 причины для этого).
Введите ваш e-mail:





Вам понравилась статья? Хотите отблагодарить автора? Расскажите о ней друзьям.
Или подпишитесь на обновление блога по E-Mail.

Введите ваш e-mail (используется только для отправления обновлений блога):

Ответов: 2 к статье “Что такое IBL или освещение на основе изображения”

  1. В начале пролистнул эту статью до низу как не интересную. Посмотрел бекстейдж Гетсби и все же решил просмотреть картинки семплов света. И не зря как оказалось! мне очень понравилось решение с затенением экспозиции области хдрки противоположной солнцу — это в принципе естественно, но почему то об этом никогда не задумывался ))
    Белая полоса сверху тоже блестящее решение, хотя я например в данном примере не увидел особой разницы, но представил как оно реально поможет.
    Ну а комбинация теплого и холодного света — это баян давно всем известный — так сказать основы освещения.
    В целом статья для избранного.
    П.С. Надо сделать себе такую хдрку.

  2. Спасибо! Как всегда отлично и познавательно. Про полоску света — гениальное решение. Надо бы тесты поделать. Думаю на ближайшем ивенте pixar как раз IBL затронет. Ждемс…

Оставить комментарий

(обязательно)

не публикуется (обязательно)

Все комментарии проходят ручную проверку. При малейшем намёке на спам или негатив - удаляю.

Подписаться по e-mail на новые комментарии

© 2008 - 2018 3dyuriki.com
Для связи со мной 3dyuriki@gmail.com