Фотореализм

Компьютерное искусство - гораздо более молодое чем классическое искусство - сейчас находится в той точке своего развития, когда создание изображений, неотличимых от фотографий (фотореалистические изображения), стало возможным благодаря современным программам создания дизайнерских проектов и обработки изображений. Правда, в галереях 3D-сайтов встречаются работы, уже перешагнувшие грань реальности. Отметим также, что к фотореализму призывают и основные потребители 3D-продукции: реклама и кино.

Можно выделить несколько принципов фотореализма, приведем некоторые из них:

1. Беспорядок и хаос.

2. Соответствие сцены ожиданиям зрителей.

3. Отражающие поверхности.

4. Закругленные края.

5. Пыль, грязь, трещины и царапины на объектах.

6. Толщина материала объекта.

Оглядитесь вокруг и вы увидите, что беспорядок и хаос не зря стоят в списке на первом месте - практически все предметы в нашем мире находятся в определенном беспорядке. И если вдруг в вашей комнате книги будут лежать аккуратными стопками, складки на шторах приобретут строгую волнистость, ворсинки ковра вытянутся в струнку, вы вряд ли поверите в реальность сцены. С реальными объектами ситуация только усиливается - если два одинаковых стула мы вполне можем увидеть, то два идентичных дерева или камня на одной картинке уже вызывают недоверие. В общем-то, использовать в сцене (даже природной) одинаковые элементы можно, но лишь так, чтобы зритель этого не заметил: например, один и тот же камень с разных сторон может выглядеть абсолютно по-разному. В любом случае следует избегать упорядоченности.

Второй принцип требует соответствия элементов сцены друг другу. Человек сначала формирует представление о картине в целом, а уже потом рассматривает детали, и важно, чтобы эти детали не вступали в противоречие с первым впечатлением. Если, скажем, вы изображаете стол доисторического людоеда, то мобильный телефон среди обглоданных костей неуместен. Или, например, к избушке, в которой кто-то живет, обязательно ведет тропинка; на окнах, как правило, висят занавески; дверь рядом с ручкой темнеет от частых прикосновений и т.д. Словом, дизайнер должен вжиться в сцену, чтобы как можно меньше подобных нюансов ускользнуло от его внимания.

Отражающие поверхности в сцене создают впечатление "связанности". Грубо говоря, если есть две картинки и на одной присутствует "лишнее" отражение (его не должно быть по законам физики, или оно должно быть менее заметно), а на другой "нужного" отражения нет, то зритель охотнее "верит" первой - естественно, при прочих равных условиях. Конечно, и здесь следует соблюдать меру - не надо создавать предметы сплошь хромированными и зеркальными (хотя, одно из правил дизайнеров гласит: Заказчик любит хромированные и зеркальные поверхности), достаточно лишь обозначить способность предметов к отражению. Напомню, что нашему мозгу трудно определить, правильное отражение или неправильное, особенно на сложных поверхностях.

Характерной чертой окружающего мира является полное отсутствие острых углов, да, именно полное, все предметы при достаточном увеличении имеют скругленные углы. А в 3D-модели угол может быть точным, и при любом увеличении будет оставаться таковым. Из-за этого переход цвета на углах становится слишком резким и неестественным. Чтобы избежать этого эффекта, приходится скруглять углы и снимать с них фаску, заменять прямой угол на несколько тупых - тогда граница цвета становится более мягкой и не режет глаз.

Продолжая тему несовершенства нашего мира, надо помнить о вездесущих спутниках человека - пыли и грязи. В какой-то мере все подвержено негативному воздействию окружающей среды. И если дизайнер изобразит идеальным, это вполне может вызвать отторжение у зрителя. Поэтому для достижения реалистичности придется не только создать предмет, но и "загрязнить" его или состарить. Многие предметы покрыты не только пылью и грязью, но и ржавчиной, гнилью или трещинами. И если ржавчину и гниль реализовать довольно легко (создаваться они будут одинаковыми методами), то трещины придется делать отдельно. Все это не только позволяет придать вещам более правдоподобный вид, но и добавить в картинку детали, на которых глаз может задержаться. Однако не забывайте о чувстве меры: полусгнивший автомобиль на скоростном шоссе смотрится ничуть не реальнее, чем новехонькая, с иголочки машина без единой пылинки.

Теперь о толщине. Напомню также, что бесконечно тонких предметов в природе не бывает, всё, даже папиросная бумага имеет толщину, а вот поверхность толщиной в один полигон имеет толщину равную нулю. Создавая такие поверхности, 3D-художник рискует не только потерей достоверности изображения, но и корректностью рендеринга. В самом деле, откуда программе знать, какая из сторон такой поверхности является лицевой. Совет прост: если вы не хотите проблем, не создавайте незамкнутые (именно они имеют нулевую толщину) поверхности.

Для создания плоских объектов, таких как окна и двери, очень хорошо подходит метод моделирования по растровым картам, проще говоря, по фотографии, которая используется и как чертеж для создания геометрии, и как текстура. Пусть нам надо смоделировать дверь. На фотографии она имеет перспективные искажения, ее форма далека от прямоугольника, тогда как 3D-модель двери должна быть прямоугольной. Для этого искажения убираются при помощи перспективного преобразования (в Adobe Photoshop Transform - Perspective). На фотографии видны блики от вспышки (иногда и отражение фотографа попадает в кадр) и некоторые другие детали, которые не должны попасть на текстуру финальной модели. Дверные ручки тоже нужно удалить со снимка, если, конечно, мы не хотим, чтобы они были нарисованы прямо на поверхности модели. Все это следует "подчистить в Photoshop.

После того как все необходимые операции проделаны, можно приступать к моделированию. Фотография загружается в качестве фона в 3D-редактор, и по ней, как по шаблону, вырисовывается вся геометрия.

Часто при текстурировании моделей требуется заполнить большую площадь повторяющимся рисунком: простейший пример - кирпичная стена. Можно, конечно попытаться найти или сделать самому текстуру сразу на всю стену, но есть другой, более универсальный путь. Создается так называемая бесшовная (мозаичная) текстура, и поверхность стены "обклеивается" ими как обоями со стыкующимся рисунком. Бесшовными такие текстуры называются потому, что при наложении подряд шов между ними становится невидим. В Интернете существуют обширные библиотеки подобных текстур.

Иногда требуется большую площадь замостить множеством мелких, причем неодинаковых объектов. Эту задачу можно решить при помощи мозаичных моделей. Но если, например, надо создать лужайку, на которой лежит мяч, приминающий траву, то мозаичные модели помогут едва ли - придется вручную "пригибать травинки". Карты смещения позволяют решить эту проблему проще.

Допустим, наши объекты отличаются друг от друга только небольшим числом параметров. Если их три, то информацию о каждом можно хранить в графическом RGB-файле, в котором каждому объекту соответствует один пиксел. Удобство хранения информации - не главное преимущество карт смещения. Главное - это удобство редактирования. Вы можете "придавить" траву в каком-то участке лужайки прямо в графическом редакторе, изменив яркость тех пикселов, которые соответствуют травинкам под мячом. Также карты смещения могут хранить и смещение объектов (эта функция и дала им название).

При моделировании природной среды особое внимание следует уделять отсутствию повторяющихся элементов, единственное повторение может сильно испортить общее впечатление. Однако рисовать каждый листочек на дереве нет ни времени, ни желания. Для этого все объекты обычно разбивают на группы в соответствии с удалением от камеры. Листья на ближнем плане будут хорошо видны, поэтому их форма и текстура должны быть тщательно проработаны, в то время как листья на среднем и дальнем планах могут быть просто нужного цвета и напоминать лист по форме.

Разнообразить картину позволяют капельки росы, насекомые, упавшие листья и ветки. И, конечно же, нужно следить, чтобы сцена не выглядела стерильной.

В сценах, изображающих природную среду, часто встречаются водные объекты - пруды, лужи и пр. Они не должны выглядеть ни зеркалами, ни бассейнами с идеально чистой водой. Во-первых, поверхность пруда может быть геометрически плоской, и тогда эффекты ряби будут создаваться за счет текстур и освещения. Или же рябь придется создавать с помощью геометрии. Для тихого пруда в лесу подойдет первый способ, если же нужно сделать быстро бегущий ручей, то струи воды придется рисовать полностью.

Для того чтобы передать глубину пруда, воду стоит сделать как объемный объект, то есть так, как она бы выглядела, если водоем полностью заморозить и достать весь лед. Далее следует тщательно подобрать свойства воды: величины прозрачности, преломления и отражения можно посмотреть в физическом справочнике. Существенно улучшит эффект наличие на дне растительности или каких-то предметов, только часть которых находится над водой: таким образом зритель увидит эффект преломления.

При создании урбанистических сцен моделирование обычно проще, чем в предыдущем случае. Сказывается обилие правильных форм - прямых линий и окружностей. Зато зритель, особенно горожанин, куда чаще видит подобную среду, и его гораздо труднее обмануть. В чем вы скорее заметите ошибку: в форме листа березы или банки кока-колы? Соответственно моделирование должно быть более точным, да и подбор текстур, несмотря на их количество (большинство из них можно сфотографировать, не отходя далеко от дома) не стал проще.

Улицы города буквально покрыты следами жизнедеятельности людей: будь то брошенный окурок, тормозной след или масляное пятно на асфальте. Соответственно и 3D-реконструкция должна впитать в себя это влияние человека. Большинство предметов на улицах сильно изношены, что добавляет много проблем дизайнеру.

Ржавчина - неотъемлемая черта города. И не во всех местах она одинакова: углы и стыки ржавеют быстрее. Не стоит оставлять без внимания дожди и брызги, которые летят от автомобилей. Из-за брызг мусорные контейнеры со стороны дороги всегда более грязные. А пятна ржавчины имеют потеки из-за дождей.

Городские лужи тоже сильно отличаются от тех, что можно встретить на природе. Почти наверняка ее поверхность будет покрыта хорошо знакомыми радужными пятнами. Дна, скорее всего, не видно, и вода в ней может быть грязной и неоднородной.

Фотография всегда была эталоном для компьютерных художников. Постепенно она стала эталоном реальности и для зрителя. Теперь многие 3D-работы включают в себя и недостатки фототехники, от которых могли бы легко избавиться. Имеется в виду конечную глубину резкости. Некоторые части кадра сознательно размываются, чтобы приблизить результат к фотографии. 3D-работы стилизуют под старые кадры, добавляя шум и царапины. Иногда применяется эффект "нечестного" отражения и окружения. Например, для визуализации автомобиля не всегда создается 3D-окружение. Достаточно бывает использовать некий аналог панорамной фотографии, установленный вокруг модели автомобиля. В результате машина будет находиться в той местности, что запечатлена на фото, и даже отражения и блики на кузове будут выглядеть натурально. Эта технология называется HDRI.

Обычные панорамные фотографии можно представить как развернутую поверхность цилиндра, раскрашенного таким образом, что если смотреть из его центра, то создается эффект присутствия. HDRI же представляет собой развертку сферы, на которую кроме изображения накладывается карта источников света и карта отражающей способности. Для создания таких файлов применяются программы, похожие на те, что прилагаются ко многим моделям цифровых камер для получения панорамных снимков.

Получается, что, стремясь к фотореализму, компьютерные художники не только достигают творческих высот, но и существенно расширяют область применения своего труда. До недавнего времени в кинематографе крупные планы с лицами главных героев оставались недоступными для компьютерной графики, но, в конце концов, и этот рубеж пал.