Voor de leek – Hoe 3D Renderen Werkt. Deel 7: Verlichting

[ ongeveer 20 min. leestijd ]
Deel 1: 3D modellen
Deel 2: Materialen & Shaders
Deel 3: Texturen
Deel 4: Projection mapping & UV mapping
Deel 5: Camera
Deel 6: Compositie

In de vorige artikelen heb ik het gehad over Camera & Compositie. In dit artikel zal ik licht en lichttechnieken in 3D scènes bespreken. Nu zijn compositie en verlichting natuurlijk erg met elkaar verwoven. Net als in het vorige artikel heb ik enkele aspecten van verlichting besproken met betrekking tot compositie. Maar in dit artikel ga ik dieper in op de methoden die 3D artiesten tot hun beschikking hebben om een scène te verlichten.

1. Wat is 3D verlichting?

3D verlichting is de complete verzameling tools en technieken waarover een 3D artist beschikt om het concept van echt licht in een 3D scène te simuleren.

3Dverlichting bestaat normaal gesproken uit 2 delen: Directe verlichting & Indirecte verlichting. Dit komt omdat in de echte wereld onze omgeving wordt verlicht door een combinatie van directe en indirecte verlichting.
Er is een gigantische ster aan de hemel, ook wel bekend als de zon, die lichtstralen in alle richtingen uitstraalt. Maar omdat wij als planeet zo ver van de zon verwijderd zijn, lijken de lichtstralen als evenwijdige lijnen bij ons aan te komen. Dit noemen we directe verlichting. Maar gebieden die niet direct door de zon worden verlicht, zijn niet helemaal donker. Dit komt omdat de directe verlichting van de zon van objecten weerkaatst en indirect gebieden verlicht die anders in het donker komen te liggen. Deze verlichting noemen we ambiante verlichting of indirecte verlichting.

De moderne render pakketten zijn dan ook afgestemd op het genereren van een hoogwaardige simulatie van deze combinatie van directe en indirecte verlichting.
Maar wat zijn de precieze tools en technieken die we tot onze beschikking hebben om zo’n hoogwaardige lichtopstelling te genereren? Nou, er zijn de volgende, welke ik één voor één hieronder verder zal bespreken:

  • Skydome
  • Global Illumination
  • HDRI
  • 3D lampen
  • Emissive materialen
  • 2. Skydome verlichting

    Skydome verlichting bootst de opstelling van de zon en de lucht na zoals we die in de wereld om ons heen zien. Het doet dit door een koepel rond de scène te plaatsen die de lucht repliceert, en door een punt op de koepel te plaatsen die de zon vertegenwoordigt. Dit zorgt voor de combinatie van directe en indirecte verlichting. De Skydome in een render software ziet er als volgt uit:

    En als je die scène rendert, krijg je dit:

    3. Global Illumination

    Global Illumination is niet echt een op zichzelf staande techniek, maar het is meer een algoritme die softwarepakketten gebruiken om indirecte verlichting te berekenen en aan te sterken. Ik benoem deze techniek even apart, omdat het een veel voorkomende term is in 3D verlichting. In het bovenstaande Skydome voorbeeld hebben we eigenlijk al Global Illumination gebruikt. Hieronder kun je zien wat Global Illumination aan die render had toegevoegd:

    4. HDRI verlichting

    In plaats van een standaard Skydome kunnen we nu ook de dome gebruiken en een zogenaamde HDRI textuur aan de dome toewijzen. HDRI staat voor High Dynamic Range Image. Het is in feite een panoramisch beeld van een locatie uit de echte wereld, die de verlichting van die specifieke locatie op dat tijdstip waar het is gemaakt, kan opslaan. Een render software kan deze afbeeldingen vertalen en als lichtbron gebruiken.

    Hieronder zie je een HDRI voorbeeld van een landweg bij daglicht. Het beeld lijkt vervormd, maar als je mijn artikel over UV mapping hebt gelezen (hier), kan je herinneren dat deze vorm eigenlijk is wat je krijgt als je een bol tot een vlakke vorm uitvouwt. Deze HDRI past dus perfect op een dome.

    Een HDRI produceert verlichting van zeer hoge kwaliteit:

    5. 3D lampen

    Point light

    Een point light is een 3D lichtbron die een enkel punt is in de ruimte, van waaruit een gelijke hoeveelheid licht in alle richtingen wordt geschenen. Hoe dichter een object bij de point light is, hoe helderder het wordt verlicht. Een soortgelijk iets als een point light in de werkelijkheid is bijvoorbeeld een gloeilamp.

    Area light

    Een area light is een vlakke lichtbron met een specifieke vorm of grootte. Vaak is het rechthoekig. Een gelijke hoeveelheid licht schijnt vanuit elk punt uit het vlak. Een soortgelijk iets als een area light in de werkelijkheid is bijvoorbeeld een raam.

    Spot lights

    Een spot light is een lichtbron die licht uitstraalt in de vorm van een kegel. De spot light verlicht helderder naarmate je dichter bij de bron bent en het licht wordt ook helderder in de buurt van het midden van de kegel. De vorm van de kegel en de afname van de lichtintensiteit naar de randen van de kegel kunnen allemaal worden gecontroleerd door de 3D artist. Een soortgelijk iets als een spot light in de werkelijkheid is bijvoorbeeld een zaklamp.

    IES lights

    De Illuminating Engineering Society (IES) heeft een bestandsindeling gemaakt die het verlichtingsgedrag van een lamp van een specifieke lichtbron beschrijft. Ze deden dit door real-world verlichtingsgegevens van lampen te meten. Het bestand houdt rekening met de vorm van een lamp, de reflectie van de lamp, de lichtintensiteit, enz. Wat dit in feite betekent, is dat IES-lampen lampen zijn met een echt verlichtingspatroon. Het voegt een extra laag realisme toe. Hieronder zie je 3 verschillende IES lampen naast elkaar. Elke lamp heeft een duidelijk verlichtingspatroon.

    6. Emissive materialen

    In mijn artikel over Materialen & Shaders heb ik verschillende soorten materialen behandeld. Nu zijn er ook materialen die, als ze aan objecten worden toegekend, de objecten licht kunnen laten uitstralen. Dit zijn emissive materialen. Je kan de kleur- en lichtintensiteit van het materiaal aanpassen naar voorkeur. Emissive materialen zijn meer bedoeld om te accentueren en geven niet veel licht af. Een toepassing voor emissive materialen zijn bijvoorbeeld kleine LED-lampjes in een 3D model, of misschien het scherm van een televisie.

    7. 3-puntsverlichting

    Nu kun je allerlei combinaties maken met de hierboven genoemde 3D verlichtingstechnieken. Maar er is 1 basisverlichtingsopstelling die ik wil benoemen. Dat is de 3-puntsverlichting. Dit omdat dit een verlichtingstechniek is die heel vaak wordt gebruikt om een voorwerp te verlichten. Het is goed om je bewust te zijn van hoe zo’n verlichtingsopstelling tot stand komt.

    3-puntsverlichting bestaat uit 3 lampen die het onderwerp verlichten:

    De Key lamp: Dit is de primaire verlichting. Het verlicht het object van voren en opzij.

    De Fill lamp: Dit is de secundaire verlichting. Het is minder fel dan de Key lamp. Het is aan de andere kant geplaatst ten opzichte van de Key lamp. Op deze manier “vult” dit licht de harde schaduwgebieden die door de Key lamp worden gecreëerd, en wordt de verlichting op het onderwerp over het algemeen zachter.

    De Rim lamp: Deze wordt aan de achterkant van het onderwerp geplaatst. Het kan aan beide kanten van het onderwerp worden geplaatst, afhankelijk van de voorkeur in de uiteindelijke render. De Rim lamp verlicht de achterkant van het onderwerp om de contouren te benadrukken en om het onderwerp van de achtergrond te scheiden.

    Als we ze allemaal samenvoegen, krijgen we een 3-puntsverlichting zoals deze:

    Nu heb ik in mijn voorbeeld ook een backplate in de afbeelding geplaatst die in het midden niet helemaal zwart is. Dit helpt ook om het onderwerp van de achtergrond te scheiden.

    Als je verder een beetje gek wilt doen, kun je ook wat kleur toevoegen aan de verschillende lampen en een meer artistieke stijl creëren:

    Of als we de lampen wat verplaatsen, hun intensiteit aanpassen en additionele HDRI-verlichting toevoegen, dan kunnen we ook het volgende verkrijgen:

    Dat is het voor 3D verlichting. Laat het me zoals altijd hieronder weten als je vragen of opmerkingen hebt.

    Geef een antwoord

    Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.