УДК 791.6, 77.0, 004.4
ББК 85.37, 32.372
Б64
Б64 [Цифровой] свет и рендеринг / пер. с анг. И. Л. Люско; науч. ред. Я. Е. Гурин. –
М.: ДМК Пресс, 2022. – 464 с.: ил.
Джереми Бирн
ISBN 978-5-97060-990-3
Это руководство по профессиональному освещению и рендерингу поможет
вам освоить голливудские методы постановки света, которые будут работать
в любой 3D-программе. Здесь представлена разноплановая информация –
от тонкостей 3D-моделирования до компьютерных алгоритмов рендеринга
и классических методов кинопроизводства. Доступный стиль изложения,
красочные иллюстрации, многочисленные учебные задания обеспечивают
увлекательное погружение в тему.
Автор книги работал техническим директором в компании Pixar, принимал
участие в создании анимационных фильмов «Тачки», «Валл-И», «Рататуй»
и множества других, преподавал Maya в Autodesk.
Издание будет полезно тем, кто имеет начальный опыт использования
программных пакетов для 3D-моделирования и анимации и хочет улучшить
свои навыки, а также профессионалам, которые хотят отточить свое искусство
моделирования.
УДК 791.6, 77.0, 004.4
ББК 85.37, 32.372
Authorized translation from the English language edition, entitled Digital Lighting and
Rendering, 3rd Edition by Jeremy Birn, published by Pearson Education, Inc, publishing as New
Riders, Copyright © 2014 [Publisher shall herein insert the name of the copyright holder of the
English version of the Work; Publisher shall refer to the copyright notice page of the English
version of the Work to determine such name].
All rights reserved. No part of this book may be reproduced or transmitted in any form or by
any means, electronic or mechanical, including photocopying, recording or by any information
storage retrieval system, without permission from Pearson Education, Inc.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена
в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного
разрешения владельцев авторских прав.
ISBN (анг.) 978-0-321-92898-6
ISBN (рус.) 978-5-97060-990-3 © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2022
Copyright © 2014 Jeremy Birn
Стр.5
Оглавление
Предисловие от издательства ...........................................11
Вступление ............................................................................13
Глава 1. Основы светового дизайна ..................................19
Мотивация ......................................................................................................20
Пространство за пределами кадра ...........................................................20
Качество света ...........................................................................................21
Прямой свет и рефлекс ..............................................................................22
Скрытые приемы (читинг) ............................................................................23
Читинг в 3D ................................................................................................23
Читинг в живом действии .........................................................................26
Визуальные цели светового дизайна ............................................................26
Четкая различимость ................................................................................27
Правдоподобность .....................................................................................27
Настройка эффектов и шейдеров .............................................................28
Обеспечение непрерывности ...................................................................29
Управление областью внимания зрителя ................................................29
Эмоциональное воздействие ....................................................................30
Проблемы постановки света в сцене ............................................................31
Ваше рабочее пространство ..........................................................................32
Творческий контроль .....................................................................................33
Глава 2. Основы освещения и передовой опыт ..............35
Начало творческого процесса .......................................................................36
Когда включать свет ..................................................................................37
Технологическое кольцо обратной связи ................................................37
Присвоение имен источникам света........................................................39
Управление версиями сцены ....................................................................40
Типы источников света..................................................................................41
Точечные источники света .......................................................................41
Прожекторы ...............................................................................................42
Направленные источники света ...............................................................45
Небесный купол .........................................................................................46
Протяженные источники света ................................................................47
Физические источники света ...................................................................51
Модели, служащие источниками света ....................................................53
Окружающий свет ......................................................................................54
Настройка элементов управления и параметров ........................................56
Изоляция и тестирование источников света ...........................................56
Падение яркости источника света с расстоянием (затухание) ..............57
Диффузное и зеркальное отражения .......................................................62
Привязывание источников света к объектам ..........................................64
Проекционные трафареты (гобо) .............................................................66
Упражнения ....................................................................................................68
Стр.7
6
Глава 3. Тени и окклюзия ....................................................71
Визуальные функции теней ..........................................................................72
Определение пространственных соотношений ......................................72
Выявление альтернативных ракурсов .....................................................73
Доработка композиции .............................................................................74
Добавление контраста ...............................................................................75
Обозначение внеэкранного пространства ..............................................75
Тени как объединяющие элементы сцены ..............................................76
Блокировка света стенами ........................................................................76
Качественные свойства теней .......................................................................77
Размер тени и перспектива ......................................................................78
Цвет тени ....................................................................................................79
Жесткие и мягкие тени .............................................................................84
Алгоритмы рендеринга теней .......................................................................86
Тени с маппингом глубины.......................................................................87
Тени с рейтрейсингом (трассировкой лучей) ..........................................96
Тени и размытие при движении .............................................................102
Окклюзия ......................................................................................................104
Окклюзия окружения ..............................................................................104
Рендеринг проходов окклюзии ..............................................................105
Особые случаи при рендеринге окклюзии ............................................108
Изготовление сэндвича окклюзии .........................................................110
Имитация теней и окклюзии ......................................................................115
Отрицательные, или негативные, источники света .............................115
Запекание теней и окклюзии ..................................................................117
Теневые объекты .....................................................................................118
Проекционные трафареты (гобо) ...........................................................120
Упражнения ..................................................................................................121
Глава 4. Освещение сцен и архитектурных объектов....123
Создание дневного света .............................................................................124
Добавление солнечного света .................................................................124
Добавление разлитого сияния солнца ...................................................127
Добавление света неба ............................................................................128
Добавление непрямого света (рефлекса) ...............................................131
Альтернативные подходы .......................................................................133
Работа с естественным освещением помещения ......................................137
Добавление света неба ............................................................................137
Добавление солнечного света .................................................................140
Добавление сияния ..................................................................................141
Добавление ненаправленного света ......................................................142
Практические источники света ...................................................................151
Включаем свет .........................................................................................151
Установка практических источников света ...........................................152
Ночные сцены ..............................................................................................155
Расстояние и глубина ...................................................................................157
Разделение пространства ........................................................................157
Прорисовка глубины сцены с помощью освещения .............................158
Добавление атмосферы ...........................................................................160
Под водой .................................................................................................162
Упражнения ..................................................................................................166
Стр.8
7
Глава 5. Освещение существ, персонажей и анимации ...169
Моделирование светом ................................................................................170
Определение направленности света ......................................................171
Прорисовка светом ..................................................................................173
Трехточечное освещение .............................................................................175
Настройка освещения .............................................................................177
Избегаем шаблонов .................................................................................178
Функции различных источников света ......................................................178
Ключевые источники света (рисующий свет) .......................................179
Заполняющие источники света ..............................................................182
Источники отраженного света ................................................................184
Сияние ......................................................................................................186
Контурный свет (контровый свет, контражур) ......................................187
Бликовый свет («ударный свет», «кикер») .............................................191
Зеркально-бликовый свет .......................................................................194
Особенности освещения анимированных персонажей ............................195
Создание световых установок ................................................................195
Использование света сцены для освещения персонажей ....................196
Расщепление источников света ..............................................................197
Заставляем свет двигаться вместе с персонажем ..................................198
Одновременное освещение нескольких персонажей ...........................199
Позвольте игре персонажей управлять освещением ............................200
Тестовые кадры ........................................................................................201
Подповерхностное рассеяние .................................................................202
Маппинг подповерхностного рассеяния................................................204
Имитация подповерхностного рассеяния .............................................205
Освещение волос и меха .........................................................................206
Освещение глаз ........................................................................................206
Упражнения ..................................................................................................212
Глава 6. Камеры и экспозиция .........................................215
F-ступени и глубина резкости .....................................................................216
Установка фокуса .....................................................................................218
Перемещение фокальной плоскости .....................................................219
Имитация реальных объективов ............................................................221
Дыхание объектива (дыхание фокуса) ...................................................222
Регулировка глубины фокуса ..................................................................222
Гиперфокальное расстояние ...................................................................223
Использование эффектов боке ...............................................................224
Глубина резкости и скрытые области изображения .............................226
Стоимость рендеринга ............................................................................228
Выдержка и размытие движения ................................................................228
Выдержка и угол затвора ........................................................................228
Проблемы первого кадра ........................................................................231
Миф о хвосте кометы ..............................................................................232
Размытие вращения ................................................................................233
Чересстрочная и прогрессивная развертка ...........................................234
Светочувствительность и зернистость пленки ..........................................237
Фотографическая экспозиция .....................................................................238
Соотношение параметров настройки экспозиции ...............................238
Система зон ..............................................................................................239
Использование гистограмм ....................................................................240
Величина экспозиции .............................................................................242
Стр.9
8
Брекетинг .................................................................................................244
Имитация несовершенства реальных объективов ....................................245
Дисторсия (геометрические искажения) ...............................................245
Хроматическая аберрация ......................................................................247
Виньетирование ......................................................................................248
Свечение и блики объективов ................................................................249
Упражнения ..................................................................................................250
Глава 7. Композиция и расстановка ................................253
Типы планов .................................................................................................254
Крупность плана ......................................................................................254
Блокировка по оси Z ................................................................................256
Кадр от первого лица ...............................................................................256
Двойной план ...........................................................................................257
Кадр через плечо .....................................................................................258
Ракурсы камеры ...........................................................................................258
Линия действия .......................................................................................259
Перспектива .............................................................................................260
Кадры с высокого и низкого ракурсов ...................................................262
Анимация камеры ...................................................................................263
Проработка композиции .............................................................................267
Правило третей ........................................................................................267
Использование позитивного и негативного пространств ....................268
Графический вес ......................................................................................270
Линии .......................................................................................................271
Касания .....................................................................................................272
Кадрирование в кино и видео .....................................................................273
Форматы и соотношения сторон ............................................................273
Форматы фильмов ...................................................................................274
Адаптация к неширокоэкранному видео ..............................................276
Кроппинг и оверскан ...............................................................................278
Упражнения ..................................................................................................279
Глава 8. Наука и искусство цвета .....................................281
Работа в линейном рабочем процессе ........................................................282
Что такое «гамма» ....................................................................................282
Проблема с неправильной гаммой .........................................................283
Настройка линейного рабочего процесса в три шага ...........................286
Начинаем с линейных текстур и цветов ................................................287
Линейный рендеринг ..............................................................................289
Компоузинг в линейном рабочем процессе ..........................................291
Смешивание цветов .....................................................................................292
Аддитивный цвет: RGB ...........................................................................292
Субтрактивный цвет: CMYK ....................................................................293
Регулировка оттенка, насыщенности и яркости ...................................294
Когда цвет светового луча встречается с цветом поверхности ............295
Разработка цветовых схем (цветовых стилей) ...........................................298
Цветовой контраст ..................................................................................299
Смысловое значение цветов ...................................................................301
Цвет и глубина .........................................................................................304
Тонированные черно-белые изображения ............................................305
Использование цветового баланса .............................................................306
Что такое цветовая температура ............................................................308
Стр.10
9
Захват цвета из изображений .................................................................314
Работа с цифровым цветом .........................................................................314
8-битный цвет ..........................................................................................315
16-битный цвет ........................................................................................316
HDRI ..........................................................................................................317
32-битные файлы с половинной точностью .........................................318
Компактные форматы данных ...............................................................319
Упражнения ..................................................................................................322
Глава 9. Шейдеры и алгоритмы рендеринга .................325
Шейдинг поверхностей ................................................................................326
Диффузное, глянцевое и зеркальное отражения ..................................326
Диффузное, глянцевое и зеркальное отражения в шейдерах ..............327
Зеркальные блики....................................................................................330
Шейдеры, основанные на реальной физике ..........................................336
Антиалайзинг ...............................................................................................339
Избыточная дискретизация ....................................................................340
Недостаточная дискретизация ...............................................................343
Фильтрация ..............................................................................................343
Рендеринг с более высоким разрешением ............................................344
Рейтрейсинг ..................................................................................................345
Алгоритмы ускорения рейтрейсинга .....................................................346
Рейтрейсинг отражений ..........................................................................347
Тени ..........................................................................................................351
Прозрачность и преломление .................................................................352
Алгоритм Reyes .............................................................................................356
Стандарт интерфейса RenderMan ...........................................................357
Reyes и рейтрейсинг ................................................................................358
Глобальное освещение .................................................................................358
Алгоритм Radiosity (лучеиспускание) ....................................................361
Фотонный маппинг .................................................................................363
«Окончательная сборка» с Mental Ray ....................................................364
Рендеринг без допущений ......................................................................366
Каустика ........................................................................................................368
Упражнения ..................................................................................................372
Глава 10. Дизайн текстур и текстурный маппинг ..........375
Глава 11. Рендеринг в слоях и проходы рендеринга
для обработки в компоузинге .........................................377
Рендеринг в слоях ........................................................................................378
Зачем нужны слои? ..................................................................................380
Перезапись слоя .......................................................................................381
Фиксация слоев ........................................................................................382
Объекты в роли масок .............................................................................383
Добавление свечений ..............................................................................385
Возможные проблемы с альфа-каналом ................................................388
Рендеринг в отдельных проходах ...............................................................395
Рендеринг диффузных проходов ............................................................395
Рендеринг зеркальных проходов ...........................................................396
Рендеринг проходов отражений .............................................................397
Рендеринг проходов тени .......................................................................400
Стр.11
10
Рендеринг проходов окружения .............................................................403
Рендеринг проходов окклюзии ..............................................................406
Рендеринг прохода красоты....................................................................407
Рендеринг проходов освещения .............................................................408
Рендеринг прохода глобального освещения .........................................410
Рендеринг прохода маски .......................................................................411
Рендеринг прохода глубины ...................................................................412
Особенности управления рендерингом проходов ................................414
Одновременный рендеринг нескольких проходов ...............................415
Привязка 3D-анимации к снятым на камеру изображениям
фоновых плейтов .........................................................................................416
Референсные шары и светопробы ..........................................................416
Использование матовых шаров .........................................................416
Использование зеркальных шаров ....................................................417
Кадры со светопробой .............................................................................419
Другие подходы к согласованию освещения .........................................419
Настройка цветов вашей композиции .......................................................421
Выбор творческого подхода ........................................................................423
Упражнения ..................................................................................................425
Глава 12. Конвейеры производства
и профессиональные практики .......................................427
Конвейеры производства ............................................................................428
Планирование анимированного персонажа..........................................428
Сценарий .............................................................................................428
Лейаут ..................................................................................................431
Подготовка кадров с визуальными эффектами ....................................432
Превью .................................................................................................432
Трекинг ................................................................................................432
Ротоскопирование ..............................................................................435
Основные отделы производства .............................................................436
Художественный отдел .......................................................................437
Отдел моделирования .........................................................................440
Отдел декорирования сцены ..............................................................441
Отдел риггинга персонажей ...............................................................442
Отдел анимации персонажей .............................................................443
Отдел эффектов ...................................................................................444
Отдел шейдинга ..................................................................................444
Отдел текстурирования ......................................................................445
Отдел освещения .................................................................................446
Отдел компоузинга .............................................................................448
Цветокоррекция и окончательный результат ...................................449
Производственные процессы визуализации .........................................450
Освещение на крупных проектах ...............................................................452
Определение ключевых кадров ..............................................................452
Использование сохраненных схем освещения ......................................454
Использование ссылок ............................................................................455
Смешанные подходы ...............................................................................458
Ваше продвижение по карьерной лестнице ...............................................458
Узнать больше в интернете .....................................................................460
Предметный указатель .....................................................461
Стр.12