Světlo a stín v Blenderu III:Působení světla na scénu - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

11. listopadu 2002, 00.00 | Po pauze vynucené významnými událostmi ve světě Blenderu se dnes v našem seriálu vrátíme k započaté sérii o světlech v Blenderu a problematice s tím spojenou.

Pro mnohé to bude možná překvapení, pro jiné něco, co již dávno tušili, ale neuvědomovali si to s plnou intenzitou. Jisté však je, že světla nejsou jen prostředkem k tomu, aby ve scéně byly jednotlivé objekty vidět, ale jsou především jedním z hlavních elementů vytvářejících celkovou atmosféru a k jako takovým bychom k nim měli i přistupovat. Dříve než začneme do scény světlo umisťovat je dobré si připravit jakýsi koncept, nebo spíše souhrn rozhodnutí čeho chceme dosáhnout. Chceme navodit domáckou atmosféru, sterilní prostředí nemocnice nebo naopak ušpiněné pracoviště v tovární hale? Má být scéna veselá nebo temná až hororová? Dynamická nebo statická? To vše můžeme světlem výrazně ovlivnit a v tomto článku se pokusím shrnout ty vlastnosti světla, které při takovém plánování stojí za to vzít v úvahu.

Přirozené vs umělé osvětlení

První důležitou vlastností svěla, o které se dnes chci zmínit, je jeho šíření v prostoru. Nebojte se ovšem nějakého popisu vlnových délek, grafů a podobně, nejsem fyzik a nás zajímá světlo především z uměleckého hlediska, tedy hlediska, které před námi zkoumali mnozí povolanější a to v již v dobách, kdy nejsložitější pomůckou malíře či grafika bylo odpichovátko a počítač byla staletí vzdálená budoucnost.

V zásadě rozlišujeme dva typy světelných zdrojů. Přirozené světlo, tedy Slunce, případně Měsíc, a umělé světlo. Z hlediska fyziky se z obou typů zdrojů šíří světlo stejně, z hlediska 3D scény nebo obrazu je však mezi nimi podstatný rozdíl. Zatímco umělé světlo, například svíčka, se šíří všemi směry a vrhá tak stíny na všechny strany, přirozené světlo vrhá stíny pouze jedním směrem. Tedy tak se nám to alespoň zdá, protože ve skutečnosti se Slunce chová úplně stejně jako ta svíčka. My to však nevidíme, protože je od nás příliš vzdáleno a rozbíhající se proud paprsků se nám zdá být rovnoběžným. Nejlépe tento efekt osvětlí obrázek.

Světlo se ze Slunce šíří všemi směry, ale vzhledem k obrovskému rozdílu ve velikosti kosmických těles se nám jeví, jakoby paprsky na naši planetu dopadaly kolmo.

Naproti tomu svíčka je malý světelný zdroj a proto můžeme dobře pozorovat stíny rozbíhající se do všech stran.

Je to smutné, ale v zásadě oba typy světel se v Blenderu simulují s jistými obtížemi. Umělé osvětlení se pak vytváří o poznání hůře než přirozené, protože jediné světlo, které v Blenderu vrhá stín je Spot, což je světlo směrové a vrhá tak stín pouze jedním směrem. Samozřejmě existuje způsob jak toto omezení úspěšně obejít, ale o to si předvedeme až v některém z dalších článků i s praktickou ukázkou.

Kvalita světla

Další důležitou vlastností světla je jeho kvalita. Pojmový obsah kvality světla se v odborné literatuře liší, nejčastěji však bývá myšlena jako kompozice tří prvků: tvrdým nebo jemným působením světla (možná trochu kostrbatý překlad slov hard light a soft light- pokud někdo přijde na lepší, nechť si dosadí dle svého), jeho zabarvení a úhlu dopadu.

Světlo může být tvrdé (hard) nebo jemné (soft) a výsledný efekt ještě záleží na vzdálenosti světelného zdroje a materiálových vlastnostech osvětleného objektu. Tvrdé světlo vytváří ostře řezané stíny, zatímco jemné světlo produkuje stíny měkké. Čím je světelný zdroj dále od objektu, tím narůstá tvrdost (hardness) a stíny se zostřují. Zní to nelogicky? Ale skutečně tomu tak je a je to způsobeno tím samým efektem, jaký jsem popisoval výše- s oddalováním světelného zdroje se tento relativně zmenšuje a jeho paprsky se stávají ve vztahu k objektu paralelní. Při procházce za slunného počasí si povšimněte, že stíny vrhané Sluncem jsou vesměs jemné s rozmazanými okraji. Neplatí to ovšem v případě poledního slunce, protože svoji úlohu zde sehrává i úhel dopadu.

Nezanedbatelný vliv má i materiál osvětleného objektu a materíály okolních objektů, zkrátka celková materiálová kompozice osvětlované scény. . Má-li tato malý tonální rozsah, jeví se na něm osvětlení jako jemnější a naopak pokud osvětlujeme scénu s velkými kontrasty tmavých a světlých ploch, jeví se osvětlení tvrdší, ačkoli zdroj světla může být měkký.

Volba tvrdého a měkkého světla může záviset na prostředí, denní době a ovšem na konkrétních potřebách scény. Z tohoto hlediska se také někdy světelné zdroje rozdělují na logické a pomocné.

Logické světelné zdroje jsou ty, které uvažujeme jako první. Je-li naší scénou například interiér našeho pokoje, je zřejmé, že se od okna bude šířit světlo. Okno je tedy logickým zdrojem světla, stejně jako případná zapnutá lampička, monitor počítače apod.

Počítačové světlo se však nechová tak, jako světlo skutečné a tak si s logickými zdroji světla zřídkakdy vystačíme. Proto po umístění těchto nezbytných zdrojů světěl dolaďujeme osvětlení přidáním dalších a to ne vždy se zřetelem k fyzikálním zákonům. Zpravidla je totiž estetický efekt mnohem důležitější než realitičnost. Naopak právě do důsledku uplatňované fyzikální zákony vyznějí v animaci či vyrenderovaném obrázku uměle- jsme zkrátka zvyklí, že když člověk napodobuje realitu, činí tak více či méně podle určitého kánonu a podvědomě tedy očekáváme kompoziční vyvážení a kosmetické drobnosti, které jinak kolem sebe nepozorujeme.

Hloubka scény

Světlo má velký dopad i na celkovou hloubku scény. Iluze prostoru byla v malířství a později i v počítačové grafice vytvářena hned několika způsoby.

Již na starověkých malbách je možné pozorovat uvědomování si vztahu velikosti zobrazovaného objektu v závislosti na jeho vzdálenosti od pozorovatele. V období renesance pak bylo toto pozorování rozvinuto do podoby obecného postupu lineární perspektivy, kdy byl dojem hloubky v prostoru simulován sbíháním linií do jednoho či dvou bodů na horizontu, kterým se říká úběžníky (vyjímečně se používají i úběžníky 3, ale to je jen tak na okraj diskuze). Pokud pracujeme v 3D programu, není nezbytně nutné pravidla lineární perspektivy znát, ale jejich znalost se rozhodně vyplatí zejména pro efektivní prostorové komponování. Mám-li to říci poněkud lidověji, člověka znalého zákonů perspektivy napadne např. umístit opakující se objekty ubíhající do dálky (např. sloupy, telegrafické tyče apod.) pro podtržení iluze prostoru spíše, než člověka těchto pravidel neznalého.

Přibližně ve stejné době se také objevila tzv. vzdušná perspektiva, která je zase založena na pozorování působení atmosféry na vzdálené objekty. Tento princip se uplatňuje zejména v krajinomalbě a to tak, že se vzdáleným objektům přidává nádech modré barvy.

Vzdušná perspektiva je pak pro nás zajímavá zejména rozdělením scény na tzv. plány. Ideou je odlišit v obraze jednotlivé roviny takovým způsobem, aby se navodil pocit vzdálenosti. Základním rozdělením může být popředí, střední plán a pozadí, avšak v mnoha případech je několik středních plánů plynule přecházejících do několika zadní plánů atd. Teorie se nejlépe vysvětluje právě na těch třech.

Na tomto možná trochu dětském obrázku (jedná se o pozadí jedné scény z animované pohádky Červená Karkulka) je rozdělení plánů jasně vidět v extrémní formě. Popředí je tvořeno černými obrysy stromů a keřů a ostře kontrastuje s jasným a světlým středním plánem.

Povšimněte si též, že střední plán je tvořen teplými odstíny zelené a hnědé. Naproti tomu pozadí je daleko méně kontrastní než střední plán a barvy mají chladnější odstíny. V tomto konkrétním případě je pozadí tmavější než střední plán, aby se tak vytvořil dojem hlubokého a temného lesa, většinou však je pozadí světlejší a hlavně vybledlejší než bližší plány.

A jak to souvisí s 3D grafikou a zejména Blenderem? Zkuste si udělat jednoduchou scénu interiéru a povšiměte si v Light Buttons tlačítka Layer. Když je zapnuto, znamená to, že světlo působí pouze na objekty, které jsou ve stejné vrstvě jako ono samotné. Jednoduchým a přitom účinným trikem tedy je rozdělit objekty patřící do popředí, středního plánu a zadního plánu do samostatných vrstev a nastavit pro každý plán unikátní světelné schéma.

Podle potřeby tak ve vrstvě s popředím můžete světla ztlumit, v druhé vrstvě se středním plánem jim pak dát teplejší odstín (žluté či červené zabarvení působí nejpřirozeněji) a konečně světla v zadním plánu mohou mít zabarvení modré. Zde je obrovské volné pole pro experimentování a vytvoření osobitého stylu každého grafika. Rozdíly mezi osvětlením plánů mohou být extrémní nebo jen nepatrné, hranice se mohou stírat, počet plánů zvyšovat a neberte jako železné pravidlo, že popředí je vždy tmavé nebo pozadí vždy chladné. Existuje např. celá řada excelentních děl s tzv. obrácenou perspektivou.

Doporučuji si také přečíst nějakou literaturu o klasické malířské perspektivě, bývá to velmi inspirativní. U nás například vyšla kniha "Perspektiva pro výtvarníky" v nakladatelství Svojka a Vašut, která obsahuje podrobný popis všeho, o čem jsem zde psal. Totéž platí i o knize "Perspektiva" od Alison Coleové, která u nás vyšla v edici Umění zblízka.

Dalším trikem k navození iluze prostoru je tzv. DOF, což je zkratka pro Depth Of Field a doslova to znamená hloubku pole. V klasickém malířství se tohoto triku, alespoň co já vím (a rozhodně nejsem umělecký historik, takže tohle tvrzení berte s rezevnou),nepoužívá, zato jej však v hojné míře můžeme vidět na filmovém plátně (kde je to ostatně důsledek použité techniky).

Jedná se jednoduše o zaostření a to doslovně. Když zaostříte fotoaparát na určitý objekt v prostoru, jsou objekty mimo fokus rozostřené a to tím více, čím jsou od ohniska vzdálenější. Podobně funguje ostatně i lidské oko, ale narozdíl od fotografie, kde vnímáme záběr jako celek, prostým zaostřením pohledu si neostrost ostatního okolí často neuvědomujeme.

Virtuální kamera samozřejmě takové omezení nemá, ale protože jsme na tento efekt zvyklí, přijmeme jej jako další z vodítek pro mozek, který si prostorovost scény podle něj domyslí.

DOF, narozdíl od perspektivy plánů, nemá se světly společného prakticky nic, snad kromě toho, že je také významným kompozičním činitelem, takže ta souvislot nakonec není až tak zanedbatelná a hlavně z toho důvodu se zde o něm zmiňuji :-)

Příště bychom si mohli říci něco o tom, co to vlastně ta kompozice je, jak ovlivňuje náladu scény a jak do ní zapadá zvolené světelné schéma.