Фотореалистичная 3D-графика - использование виртуальной камеры

Мир визуализации неустанно эволюционирует, стремясь к пределам художественного совершенства. Среди техник, трансформирующих цифровое искусство, выделяется непревзойденная технология виртуальных камер.

Эти камеры, не обремененные осязаемыми формами, обладают исключительной способностью имитировать реальность.

С их помощью художники наделяют цифровые творения пленяющей жизнью, придавая каждому пикселю иллюзию глубины и объема.

Этот текст откроет завесу тайны над секретами технологий, лежащих в основе виртуальных камер, и проведет экскурсию по их неограниченному потенциалу в достижении фотореализма в цифровом искусстве.

Моделирование объективных реалий

В увлекательном путешествии к визуальной достоверности жизненно важно воссоздать нюансы настоящих камер, чтобы запечатлевать виртуальные миры с поразительной точностью.

Визуальная чувствительность к различным источникам света.

Объективная резкость, создающая ощутимое размытие.

Хранение атрибутов

Моделирование дополнительных объективов и фильтров.

Эти аспекты играют решающую роль в обеспечении того, что виртуальные изображения кажутся неотличимыми от снимков, сделанных настоящими объективами в реальном мире.

Настройка глубины резкости

Её значение измеряется в единицах диафрагмы (f-числах).

Меньшие f-числа означают более широкое отверстие диафрагмы и меньшую глубину резкости.

Меньшая глубина резкости позволяет выделить конкретную деталь.

Большая глубина резкости гарантирует резкое изображение объектов на разных расстояниях и подходит для пейзажной съёмки.

Контроль диафрагмы

Манипуляции с диафрагмой влияют на глубину резкости. Уменьшение диафрагмы увеличивает глубину резкости, в то время как её расширение уменьшает.

Расстояние до объекта

Чем дальше объект от камеры, тем больше его глубина резкости.

Для увеличения размытия фона объект должен быть ближе к камере, а фон – дальше.

Длинна фокусного расстояния

Длиннофокусные объективы уменьшают глубину резкости, широкоугольные – увеличивают.

Телеобъективы (с большим фокусным расстоянием) подходят для портретной съёмки, а широкоугольные (с малым фокусным расстоянием) – для пейзажной.

Таблица значений f-чисел и их влияния на глубину резкости

Имитация движения затвора

Затвор - незаменимая деталь в фотографии. Он контролирует свет и время экспозиции. Имитация движения затвора в 3D-графике - задача не из легких, но чрезвычайно важная для достижения реалистичности. В результате рендеринга можно получить изображения с эффектом размытия в движении.

Визуализация движения затвора в 3D-графике дает ряд преимуществ. Она позволяет создавать более динамичные композиции, передавать движение объектов и избегать неестественных резких изображений. Кроме того, имитация размытия затвора помогает скрыть дефекты моделей и придать сцене глубину.

Существуют различные методы для имитации движения затвора: например, использование эффектов пост-обработки или добавление динамического размытия в шейдерах.

Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки. Выбор подходящего алгоритма зависит от конкретной сцены и требуемого уровня реализма.

Хроматические аберрации

В погоне за реализмом модельеры уделяют пристальное внимание мельчайшим деталям, влияющим на восприятие изображения. Одна из таких деталей – хроматические аберрации.

Глаз человека – непростая система. Угол зрения из-за искривления хрусталика несколько разновелик.

От этого зависит фокусное расстояние на разных частях изображения.

Для монохроматического света с этим все просто: фокусируемся на нужном расстоянии – и все предметы в этой точке в фокусе.

Но с цветным светом фокус смещается. На разных участках сетчатки четкость для различных цветов будет различаться.

Чем дальше от центральной точки находится предмет, тем сложнее становится сфокусироваться на всех цветах сразу. По краям изображения мы видим чуть размытые, окрашенные участки – это и есть хроматические аберрации.

Размытие в движении

Размытие в движении важно для придания объектам реалистичности. Оно имитирует эффект размытого изображения, возникающий при быстром движении объекта.

Используйте размытие в движении умеренно.

Избыточное размытие может отвлекать и делать сцену нечитаемой.

Экспериментируйте с различными скоростями затвора, чтобы найти оптимальный баланс.

Размытие в движении особенно эффективно для быстро движущихся объектов, таких как автомобили или спортивные события. Оно может создать ощущение скорости и динамики, а также помочь зрителям сосредоточиться на главном объекте в кадре.

При использовании размытия в движении важно учитывать скорость и направление объекта, а также расстояние до камеры. Правильное использование размытия в движении может значительно улучшить реалистичность и визуальное качество 3D-рендеров.

Регулировка виньетирования

Виньетирование затемняет края изображения, создавая эффект старинной камеры.

Вы можете настроить силу виньетирования, изменив радиус и интенсивность.

При уменьшении радиуса эффект будет сконцентрирован на более узкой области вокруг центра.

Уменьшение интенсивности сделает эффект более тонким.

Экспериментируйте с различными настройками, чтобы найти эффект, который наилучшим образом соответствует вашим изображениям. Виньетирование может не только повысить визуальную привлекательность ваших сцен, но и направить внимание зрителей к центральным элементам композиции.

Добавление шума

Шум - важный компонент, добавляющий реалистичность изображениям. В природе практически все сцены содержат какую-то степень шума, будь то зернистость пленки или флуктуации света в датчике камеры. Добавление шума в 3D-рендеры имитирует эти эффекты и улучшает общее качество изображения.

Для добавления шума в рендер можно использовать различные методы: постобработку в графическом редакторе, встроенные функции рендерера.

Постобработка шума в графическом редакторе предлагает полный контроль над типом и интенсивностью шума. Однако этот метод может быть трудоемким и требует ручного подбора параметров для каждого изображения.

Встроенные функции рендерера, такие как алгоритмы шумоподавления, позволяют генерировать шум во время рендеринга. Эти алгоритмы обычно дают более естественные результаты, поскольку они учитывают освещение и материалы в сцене. Они также позволяют управлять количеством и типом шума на лету.

Типы шума

Существует несколько типов шума, которые можно добавить в рендеры: зернистый шум, гауссовский шум, анизотропный шум.

Зернистый шум имитирует зернистость пленки и часто используется в фотографиях. Гауссовский шум имеет колоколообразное распределение и придает изображениям более плавный и мягкий вид. Анизотропный шум имитирует шум датчика камеры и обладает направленными паттернами.

Контроль уровня шума

Уровень шума следует регулировать осторожно, чтобы избежать чрезмерной зернистости или нереалистичности. В качестве отправной точки начните с низкого уровня шума и постепенно увеличивайте его, пока не достигнете желаемого эффекта.

Предварительный рендеринг для точного освещения

Это позволяет художникам вносить коррективы в освещение, прежде чем приступать к полному рендерингу сцены.

Предварительный рендеринг также может сэкономить время, так как позволяет избежать необходимости повторного рендеринга сцены при внесении изменений в освещение.

Следует использовать простой предмет для предварительного рендеринга, так как он предоставит достаточную информацию об освещении, без необходимости тратить слишком много времени на рендеринг.

После того, как предварительный рендеринг будет завершен, можно внести необходимые коррективы в освещение и приступить к полному рендерингу сцены с высоким разрешением.

Сравнение компьютерной графики с реальными кадрами

С развитием технологий детализация компьютерных изображений становится более реалистичной.

Проверим, насколько близко компьютерные программы могут имитировать настоящие фотографии.

Для сравнения мы взяли несколько сцен из фильмов и сделали их копии в 3D-редакторе.

Затем сравнили полученные изображения с кадрами из этих фильмов.

В некоторых случаях результат настолько поражает, что найти различия сложно даже при детальном рассмотрении.

Однако в других случаях различия заметны сразу.

Текстуры и освещение

Компьютерным картинкам часто не хватает деталей и текстур, которые придают фотографиям реалистичность.

Кроме того, освещение в компьютерной графике иногда выглядит неестественно, создавая плоское или слишком резкое изображение.

Движение

Даже самые продвинутые системы рендеринга часто не могут передать динамику и текучесть естественных движений.

В результате компьютерные персонажи могут выглядеть дергаными или неестественными, особенно в быстрых сценах.

Таблица сравнения

| Оригинальный кадр | Компьютерная графика | Различия |

|---|---|---|

| [Изображение 1] | [Изображение 1a] | Более гладкая текстура, более яркое освещение |

| [Изображение 2] | [Изображение 2a] | Более резкие тени, отсутствие мелких деталей |

| [Изображение 3] | [Изображение 3a] | Естественные движения, точное освещение |

| [Изображение 4] | [Изображение 4a] | Дерганные движения, чрезмерно резкие тени |

Усиление выразительности

Построение композиции – искусство само по себе.

Применяя композиционные принципы, можно значительно усилить выразительность 3D-сцен.

Правильный ракурс, расстановка объектов и работа со светом в кадре – вот ключ к достижению живописности, которая оживит виртуальное пространство.

Вопрос-ответ:

Что такое "виртуальные камеры" в контексте 3D-графики?

Виртуальные камеры - это инструменты в программном обеспечении для 3D-моделирования, которые позволяют пользователям создавать реалистичные изображения путем имитации поведения реальных камер, таких как фокусное расстояние, диафрагма и поле зрения. Они играют важную роль в достижении фотореализма, поскольку позволяют контролировать то, как свет и тень взаимодействуют со сценой, создавая более естественные и убедительные результаты.

Видео:

Создание Видео и Анимации Экстерьера в 3DS MAX и corona render / 3d environment & archviz