Brazil pod lupou: funkce programu

Následující obrázek byl vyrenderován v modulu Brazil pro Rhino a představuje pokročilé funkce, které u jednodušších renderovacích programů nenajdete:

Pět oblastí označených v tomto obrázku představuje aplikaci různých pokročilých funkcí: (1) raytracing, (2) pokročilé osvětlení, (3) toon rendering, (4) hloubka ostrosti a (5) procedurální textury.

Raytracingové materiály

Renderovací engine Brazilu využívá algoritmus raytracingu. Raytracing simuluje skutečné chování fotonů; ačkoliv není omezen jen na realistická řešení, poskytuje jedny z nejrealističtějších obrázků ze všech současných dostupných platforem.

Pokročilý raytracingový engine Brazilu simuluje širokou škálu efektů a to díky rozsáhlému materiálovému modelu Brazilu: Reflexe (odrazy) Refrakce (lom, průhlednost) Disperze (rozklad světla na hranolu) Sub-surface scattering (podpovrchový rozptyl světla, např. vosk) Rozostřené reflexe (např. kartáčované kovy) Společně s materiály Brazilu představujeme zcela nové rozhraní pro editaci materiálů, které nabízí náhled materiálu v reálném čase a podporu přiřazení materiálů přetažením myší na objekt.

Pokročilé osvětlení

Rhino podporuje bodové, kuželové, směrové, lineární a plošné světelné zdroje se základními vlastnostmi jako je barva, hotspot a vrhání stínů. Brazil definuje zhruba dalších 100 vlastností světla. Množství těchto vlastností vás může ze začátku zaskočit, ale naprostou většinu využijete pouze v určitých speciálních případech.

Mezi vlastnosti světel v Brazilu patří: Decay - pokles intenzity světla s rostoucí vzdáleností od zdroje Attenuation - zesílení jasu jako funkce vzdálenosti od zdroje Tvar (pravoúhlé, kuželové, válcové atd) Projekce (vyzařování obrázku nebo procedurální textury místo barvy) Seznam vyloučených (světla ignorují označené objekty ve scéně) Brazil také přímo v pohledu zobrazí ohniskové kužely a koule poklesu jasu, takže účinek svého nastavení uvidíte v reálném čase. Brazil také obsahuje ovládací panel pro nastavení Slunce a pro definici umístění pozorovatele kdekoliv v prostoru a čase na Zemi.

Toon a NPR

Brazil disponuje také nefotorealistickými (NPR) efekty, jako jsou například toon shadery.

(Car)Toon shadery spolupracují s fotorealistickými shadery a díky tomu můžete v jediné scén kombinovat například sklo, kartáčované kovy a toon materiály aniž byste přišli o účinek nepřímého osvětlení, hloubky ostrosti a dalších efektů.

Můžete definovat chování výplní a inkoustu včetně:

• víceúrovňových výplní (diskrétní barvy aplikované na základě světelnosti )
• výplně typu Gooch (kontinuální gradient)

Hloubka ostrosti (Depth of Field)

Hloubka ostrosti (Depth-of-field - DOF) simuluje nedokonalé zaostření fyzikálních čočkových systémů, jako jsou lidské oči a fotoaparáty. DOF vnáší do renderu více reality, protože rozmlžuje nezaostřené části obrázku. Můžete ho využít také pro "vymaskování" určitých oblastí scény, například vzdáleného okolí.

 

Mezi volby efektu hloubky ostrosti patří:

• Ohnisková vzdálenost (Focus distance)
• Poloměr
• F-číslo
• Bokeh (efekt přeexponovaných rozostřených oblastí obrázku)

Hloubka ostrosti

	Screenshot obrazovky Rhina. V reálném čase lze simulovat a zobrazit materiály Brazilu přímo v pohledu Rhina.
	Rendering z Brazilu bez efektu hloubky ostrosti. Vše je zaostřené.
	Zapnutá hloubka ostrosti.
	Hloubka ostrosti se zaostřením na první sklenici.
	Zaostřeno na prostřední sklenici. Efekt hloubky ostrosti rozostří objekty před i za bodem zaostření.
	Zaostřeno na třetí objekt.

Procedurální textury

Brazil podporuje obrázkové textury (bitmapy) i procedurální textury. Bitmapové textury jsou rastrové obrázky (v podstatě matice barevných bodů). Procedurální textury jsou naproti tomu definovány matematickými funkcemi. Procedurální textury neznají problém nízkého rozlišení nebo navazování při dlaždicovém opakování a jejich vzhled můžete velice pružně měnit. Procedurální textury jsou simulovány i v okně Rhina a umožňují vám sledovat v reálném čase vliv jednotlivých parametrů na jejich vzhled.

Některé vestavěné procedurální textury Brazilu:

• Checker (šachovnice)
• Dots (kolečka)
• Gradient (přechod)
• Marble (mramor)
• Noise (šum)
• Tile (dlaždice)
• Wrinkled (vrásčitý povrch)

Pomocí rozšířeného nastavení můžete vytvářet realistické materiály jako je dřevo nebo kámen.

HDR (High Dynamic Range) barvy

Brazil je high-dynamic-range (HDR) engine.

U HDR renderovacích enginů nejsou barvy omezeny jen na rozsah černá - bílá (RGB 0,0,0 - 255,255,255). Barvy mohou být jasnější než bílá a tmavější než černá. "Jasnější než bílé" barvy jsou důležité a to i přes to, že je počítačová obrazovka nedokáže zobrazit, protože barvy ve vyrenderovaném obrázku jsou často oslabeny částečným odrazem nebo lomem

HDR barevné detaily

	Zde nejsou žádné high-dynamic-range barvy. Materiál koule je částečně odrazivý, což znamená, že celková barva po odrazu je zhruba čtvrtinová než normálně.
	Bílé desky, které se v kouli odráží, mají "jasnější než bílou" barvu.
	Desky jsou nyní 10x jasnější než bílá, takže výsledná barva odrazu je také jasnější než bílá. Je ale omezena gamutem počítačové obrazovky. Jas odrazu by vizuálně zvýšila bílá záře kolem odražených desek, ale pak by rendering nebyl přesný.

Vliv nepřímého osvětlení

Barvy mohou také zeslabovat vlivem nepřímého osvětlení. Následující scéna je osvětlena jak přímo (bodovým světlem nalevo, které vrhá hlavní stín), tak nepřímo:

	Pokud je jas válečku nastaven na nulu, bude totálně černý a v této scéně se projeví pouze přímé světlo, vyzařované bodovým světelným zdrojem.
	Jas přechodu barev na válečku z růžové do fialové byl zvýšen na polovinu normálního jasu. Na zemi kolem válečku si nyní můžete všimnout jemného narůžovělého nepřímého světla.
	Když je jas zvýšen na 1.0, nepřímé osvětlení se zvýšilo, což je patrné zejména na zemi ve vnitřku válečku, která je ozařovaná ze všech stran. V této chvhíli scéna zatím není HDR.
	Když zvýšíme jas válečku na dvojnásobek jeho normální barvy, bude zadní část válečku (která měla být růžová) vysvícená tak, že bude jasnější než bílá. Je stále růžová, ale příliš jasná na to, aby mohla být správně reprezentována na počítačové obrazovce.
	Když zvýšíme jas pětinásobně, bude se hranice "jasnější než bílé" barvy přibližovat směrem k nám, tedy směrem k tmavší části gradientu. Nepřímé osvětlení je nyní na podložce dominantní a už se také blíží k bariéře bílé barvy.
	Jas je opět nastaven na jedničku, ale síla a saturace (sytost) nepřímého osvětlení byla zvýšena. Výsledkem je fyzikálně nekorektní scéna, která využívá HDR funkce Brazilu bez specifikace HDR barev.

Globální osvětlení

Globální osvětlení je algoritmus, který najdete ve většině moderních renderovacích enginů včetně Brazilu.

Globální osvětlení generuje realistické obrázky na základě přímého i nepřímého osvětlení. Nepřímé osvětlení je proces, při kterém světelné zdroje vysílají na objekty světelné paprsky, které vytváří světlé oblasti na částech objektů, které jsou natočeny ke světelnému zdroji, tmavší oblasti na částech objektů, které nejsou natočeny přímo ke zdroji a stíny v místech, kam světelné zdroje přímo "nevidí" kvůli nějaké překážce. Po přímém osvětlení se od plochy odráží fotony, některé z nich jsou zachyceny jinými plochami a některé z fotonů jsou konečně zachyceny okem nebo kamerou. Efekt nepřímého osvětlení je relativně malý ve srovnání s přímým osvětlením, ale je velice důležitý pro dosažení realistického vzhledu obrázku.

Ukázka globálního osvětlení

	Snímek scény v pohledu Rhina. Kolem nápisu byla rozmístěna tři světla s odlišnou barevností (zelené, fialové a žluté).
	Nepřímé osvětlení (Indirect illumination) povoleno. Světlo se může vícenásobně odrážet od povrchů, to znamená, že části scény, kam nedopadá přímé světlo (např. zem pod bříšky písmen), budou osvětleny nepřímo vertikálními plochami písmen. Obrázek je méně kontrastní, ale je více realistický. V realitě se téměř nesetkáte s absolutní černou.
	Obrázek vyrenderovaný pouze s přímým osvětlením. Na některých částech obrázku se překrývají stíny od všech tří světelných zdrojů a proto do nich nedopadá žádné viditelné světlo. Tyo oblasti jsou zcela černé..

Rozptyl difuzního světla

Na příkladech si ukážeme jev "rozpíjení barev" (color bleeding) při nepřímém osvětlení.