Render - Příklady I.

Osvětlení a stíny - Záře - Hloubka ostrosti a antialiasing - Pohybové rozostření - Toon shade

V tomto tutoriálu si předvedeme několik příkladů nastavení renderu, abychom pro ilustraci měli představu, jak se s renderem v programu CaZaBa pracuje. Je to velice jednoduché, pusťme se do toho. Na začátek si stáhněte zde scénu, se kterou budeme pracovat a tu si v programu otevřete.

Osvětlení a stíny

Vidíme scénu, ve které je podkladová plocha a dva elipsoidy, vše s přiřazeným materiálem a dva zdroje světla. Nyní můžete otevřít okno nastavení renderu , kde jen stikněte zelené tlačítko Render. Vyrenderuje se náhled scény, kde bychom měli vidět dvě koule nad plochou, osvětlené a vrhající stín - dle očekávání.

Jak vidno, ve scéně může být umístěno také více než jeden zdroj světla a render na ně adekvátně reaguje. Světla znamenají také vržené stíny, které jsou ve výchozím nastavení renderu zapnuty zaškrtávacím políčkem Vrhání stínů, pod kterým je sekce parametrů pro tento efekt. V situacích, kdy vržené stíny mají příliš "zubaté" okraje, pomohou první tři parametry. Podle hodnoty Vzorky polostínu render každý zdroj světla rozmnoží na stejný počet dílčích zdrojů světla, které jsou chaoticky rozmístěné okolo pozice původního zdroje a s nimi vyrenderuje stíny. Maximální vzdálenost těchto dílčích zdrojů od původní pozice je dána hodnotou Rozptyl polostínu udávaná v jednotkách prostoru. S použitím pouze jednoho vzorku jsou okraje stínů ostré a hrubé, ale s použitím více vzorků a vhodného rozptylu lze docílit stínů s měkkými okraji. Třetí parametr je Rozlišení mapy stínu, které rovněž určuje jemnost/hrubost okrajů stínů. Tedy čím vyšší rozlišení, tím jemnější stíny. Maximálně však do hodnoty 4096.

Druhá trojice parametrů se soutřeďuje více na regulaci hloubkového charakteru mapy stínů. Jelikož mapa stínů je ve své podstatě jen reliéf scény sejmutý z pohledu zdroje světla, při aplikaci by vlastně pokrýval povrch scény a render by nedokázal adekvátně určit které pixely jsou ve stínu a které ne. Z toho důvodu se mapa stínů mírně prohloubí podle parametru Z poměr > 1.0, takže nebude docházet k mylnému vrhání stínů na plochy, které jsou s určitostí na osvětlené straně. Jelikož program renderuje algoritmem Z-buffer, je v případě poloprůhledných povrchů vrhajících stín použit parametr Alpha práh. To je užitečné hlavně, když je na povrchu použita alpha textura s různými hodnotami průhlednosti v různých místech. Podle hodnoty Alpha práh se určí, jestli daný pixel alpha textury tělesa je tak neprůhledný, aby vrhal stín nebo ještě ne. Nakonec parametr Metoda vrhání stínů dovoluje volbu mezi dvěma algoritmy. Stínová mapa použije jen mapu hloubky z pohledu zdroje světla, kterou porovná s povrchem scény. Stínový objem ze stínové mapy vytvoří trojrozměrný model, skrz který promítá paprsky pohledu a zjišťuje jejich průchody mezi oblastmi ve stínu a mimo stín.

Záře

Díky záři je možné tvořit ve scéně tělesa, která mají vypadat jakoby sama vyzařovala světlo nebo energii. Tedy různé žárovky, zářivky, žhavé nebo radioaktivní předměty atd., okolo kterých se vykreslí korona.

Pro zprovoznění Záře je potřeba, aby těleso mělo nastaveno Emisní složku ve svém materiálu jinou než černou. Právě z emisní složky vznikne zářivá korona. Když na panelu nástrojů otevřete paletu materiálů , uvidíte, že materiál pro černou kouli má v Emisní složce nastavenou křiklavě zelenou barvu. Takto bude zářit celé těleso stejnou zelenou barvou. Kdyby byla emisní složka nastavena na černou barvu, těleso zářit nebude.

Tip: Pokud bychom chtěli, aby na povrchu tělesa zářil jen určitý vzor, jako elektrický obvod, ovládací tlačítka, magické runy atd., tak je potřeba materiálu přiřadit Emisní texturu. V paletě materiálů u požadovaného materiálu stiskněte tlačítko Více... a v následujícím okně v sekci Emisivní stiskněte stejnojmenné tlačítko. V okně, které se díky tomu otevře, můžete nastavit emisní texturu s vaším vzorem.

Tip: Druhá možnost výskytu Záře je okolo spekulárních odlesků při interakci povrchu tělesa a dopadajících paprsků zdroje světla. Tehdy samozřejmě emisní složka není nutná a vlastnosti zářivé korony se odvíjí od vlastností povrchu, zdroje světla a úhlu pohledu.

Když máme nastavenou Emisní složku materiálu, je potřeba na druhé straně - v okně nastavení renderu v sekci Z-Buffer zapnout Emisní osvětlení zaškrtnutím stejnojmenného zaškrtávacího políčka a také níže v sekci postprocesů zapnout zaškrtávacím políčkem efekt Záře. Pozor: Pamatujte, že samotná emisní složka může být v renderu také zpracována i bez záře. Chceme-li zobrazit zářivou koronu, musí být zapnuty oba efekty.

Parametry záře jsou celkem snadné. Počet vzorků a Násobek rozsahu udává celkovou šířku efektu v pixelech. Násobek rozsahu vynásobí Počet vzorků a je zde proto, aby zpracování počtu vzorků - okolních pixelů (max. 50) netrvalo příliš dlouho a aby i přes to bylo možné zobrazit širší koronu. Zbývající čtyři parametry pouze řídí výraznost efektu ve výsledném obrazu.

Máme-li nastavenou Emisní složku materiálu a zapnuté Emisní osvětlení a Záři, tak můžeme opět v okně nastavení renderu stisknout zelené tlačítko Render. Měli bychom vidět jasně zelenou koronu kolem jedné ze sfér.

Hloubka ostrosti a antialiasing

Efekt Hloubka ostrosti nám umožňuje zvýšit realizmus renderu simulací pásma ostré viditelnosti v místě ohniska objektivu kamery a rozmazáním ostatních částí obrazu, které jsou před nebo za tímto ohniskem. Hloubku ostrosti je možné nastavit buď parametry konkrétní kamery ve scéně a nebo pro celý render globálně. Nastavení je opět snadné. DOF ohnisko je vzdálenost ohniska od kamery, DOF přední je vzdálenost přední hranice zóny ostrého obrazu a DOF zadní je vzdálenost zadní hranice téže zóny. Všechny tři parametry jsou v jednotkách prostoru. Čtvrtý parametr Blur faktor určuje rychlost rozostřování s rostoucí vzdáleností od zóny ostrého obrazu a to jak do pozadí, tak do popředí.

Parametry hloubky ostrosti v okně nastavení renderu se použijí kdykoliv, když renderujeme skrze samotný viewport. Parametry hloubky ostrosti kamery umístěné ve scéně se použijí, když takovou kameru přiřadíme aktivnímu viewportu. To se provede skrze šipku v levém horním rohu viewportu, kde vyberete nabídku Pohled - Kamera... a v zobrazeném seznamu modelů vyberete požadovanou kameru. Můžete si všimnout, že v naší scéně se jedna kamera nachází. Přiřaďte ji tedy viewportu tak, jak je popsáno výše. Parametry má již nastavené tak, aby v jejím pohledu byly zaostřené elipsoidy a pozadí bude rozmazané. Podkladový panel ale zůstává šedý s absencí detailů, což by pro ukázku hloubky ostrosti moc názorné nebylo. Proto otevřete paletu materiálů a v materiálu pro panel (hned první materiál) přiřaďte difuzní texturu obsahující nějaké drobné detaily. Můžete použít například texturu hlíny, kterou jste stáhli společně s ukázkovou scénou. V materiálu klikněte na tlačítko Difuzní a v následujícím dialogovém okně na tlačítko Otevřít..., kde texturu nalistujte. Materiál je panelu již přiřazen, takže textura se na něm zobrazí automaticky.

V okně nastavení renderu popojeďte níže až do sekce Postprocesy a tam zapněte sekci Hloubka ostrosti a antialiasing. Hloubka ostrosti v programu CaZaBa zároveň může zpracovávat i antialiasing. Ten je v programu CaZaBa řešen algoritmem FXAA, který hledá hrany v mapě hloubky obrazu a ty rozmaže. Zbytek obrazu zůstane bez antialiasingu. Proto je zde roletka Zdroj parametrů s pěti volbami pokrývající všechny dostupné možnosti - kombinace hloubky ostrosti viewportu nebo kamery s antialiasingem a nebo nechá provést antialiasing samotný. Máme-li vše nastavené, můžeme opět stisknout tlačítko Render a po zpracování vidíme, že detaily v pozadí jsou rozmazané zatímco v popředí jsou ostré.

Pohybové rozostření

Pohybové rozostření, jak název říká, umožňuje renderovat rozmazání modelů způsobené jejich pohybem, což opět může zvýšit věrohodnost výsledného obrazu. Jeho tři parametry, které se nacházejí v sekci Postprocesy v okně nastavení renderu , se týkají především jemného vyhlazení efektu mezi jednotlivými snímky animace. Rozmazání vzniká smícháním aktuálního snímku s předchozím výsledným snímkem čímž vznikne zcela nový výsledný snímek. Jelikož animovaný pohyb tělesa ve scéně může někdy být příliš prudký, samotná kombinace aktuálního a předchozího snímku by produkovala diskrétní přechody mezi jednotlivými polohami pohybujícího se tělesa. Poměr statického rozostření ve spojení s Počtem statických vzorků (testovaných okolních pixelů) udává sílu rozmazání v aktuálním snímku. Poměr dynamického rozostření udává sílu rozmazání mezi aktuálním a předchozím snímkem. U obou parametrů "Poměr" platí, že pokud je jejich hodnota vyšší než 0.5, tak ve výsledném obrazu bude převládat podoba tělesa v aktuálním snímku. Jinými slovy při renderu pohybového rozostření bude v obrazu nejzřetelnější aktuální pozice tělesa zatímco dřívější pozice budou zanechávat pozvolna mizející stopu. Ta bude mizet tím rychleji, čím budou hodnoty parametrů "Poměr" bližší k 1.0.

Pohybové rozostření si můžete také zkusit vyrenderovat. K tomu potřebujeme pohybující se těleso. Vyberte například černou kouli, na dolním panelu okna programu zadejte v poli Snímek č. hodnotu 200 a stiskněte tlačítko Přidej klíčový snímek . Zde, v klíčovém snímku na pozici 200, přesuňte kouli pomocí transformace Posun na souřadnici X = 6. V cestě jí bude stát modrá koule. Čistě pro estetické účely můžete vybrat tuto modrou kouli, také jí na pozici 200 v animaci vložte nový klíčový snímek a posuňte ji na souřadnici Y = 5. Nyní opět otevřete okno nastavení renderu , v něm jděte až dolů, kde hned pod sekcí Hloubka ostrosti a antialiasing zapněte sekci Pohybové rozostření. Můžete ponechat implicitní hodnoty, které již podávají vhodné výsledky nebo je upravit se zřetelem na popis výše. Výstup renderu přepněte na Video, Animace na Celá, vyberte cestu a název k uložení a Formát videa. Nakonec stiskněte tlačítko Render.

Tip: Pozor, při renderování Pohybového rozostření je nutné počítat s vlastností, že na začátku animace modely stojí na místě, takže i počáteční snímky renderu zobrazují těleso nerozmazané. Chcete-li renderovat záběr, ve kterém se těleso již od začátku jeví rozmazané, je potřeba animaci nastavit tak, aby se začátek pohybu renderoval dříve před samotným dějem vaší scény. Tuto počáteční část potom odstraňte v některém programu pro úpravu videa.

Toon shade

Doposud jsme se věnovali více efektům směřujících k realismu. Možná se ale také ptáte jak přimět render k nerealistickému vykreslování. Skvělým a jednoduchým příkladem je efekt Toon shade. V jeho případě jde vlastně o kombinaci dvou efektů - vykreslení obrysů tlustými čárami a degradace barevné palety.

Silné obrysy vytvoříme v CaZaBa efektem Drátěný model, tedy vykreslením hran modelu. Pro účely Toon shade se nastaví zpracování pouze odvrácených stěn což po vykreslení samotného tělesa zanechá právě jen ty silné obrysy, jakoby těleso bylo nakreslené tužkou nebo fixou. V okně nastavení renderu zapněte Drátěný model a Renderované stěny nastavte na Odkloněné. Parametr Typ barvy rozhoduje, jestli barva hran bude globální - podle barevného čtverce níže - a nebo jestli bude převzata z každého modelu jednotlivě podle jejich základního parametru Barva modelu. My můžeme nastavit Typ barvy = Globální a barvu černou. Šířka hran je udána v pixelech. Pokud chcete obrysy silnější, zvyšte hodnotu Šířky hran. Zaškrtávací políčko Uvažuj drátěný model i v mapě hloubky bychom využili tehdy, kdybychom chtěli renderovat čistě "drátěné" těleso a požadovali bychom, aby i jeho stín byl "drátěný".

Druhá část Toon shade - Degradace palety je zpřístupněna níže v nastavení renderu . Dole, v sekci Postprocesy, zapněte efekt Degradace palety. Ve své podstatě jde o prahování obrazu. Jinými slovy lidským okem viditelná paleta 16 mil. barev se tímto efektem zestruční na menší počet, který je udán parametrem Počet prahů. Parametr Typ zkreslení pak rozhoduje v jakém smyslu budeme barevnou paletu chápat během jejího prahování. V HSL se paleta prahuje podle jasu barev zatímco v RGB se prahuje přímo podle hodnot barev. Počet prahů = 6 a Typ zkreslení = HSL nám tedy vyhovuje. Po předchozí části s pohybovým rozostřením se ujistěte, že máte výstup renderu nastavený tak, aby jste si na disku nepřepsali dřívější práci a naposledy můžeme renderovat tlačítkem Render.