تحقیق مقاله شناسایی انواع نور در گرافیک کامپیوتری و سه بعدی

شناسایی انواع نور در گرافیک کامپیوتری و سه بعدی قسمت اول

انواع نور:

شما همیشه نورپردازی را با انتخاب اینکه چه نورهایی باید به صحنه اضافه شوند برپا میکنید. نورهای واقعی که شما میتوانید در یک برنامه سه بعدی استفاده کنید تقریبا بر اساس منابع نور موجود در طبیعت هستند و هر کدامشان کاربرد و مزایا و معایب خاص خود را دارند. این مقاله به شما کمک میکند تا ابزارهایی را که در اختیار دارید را بهتر بشناسید و آنها را برای هر پروژه ای با دقت انتخاب کنید.

نورهای نقطه ای :

اولین نوع از نورهایی که در اینجا بررسی میکنیم نور نقطه ای "Point Lights" میباشد که با نامهای "omni or omni directional " نیز شناخته میشود. این نوع از نور ساده ترین نوع نوری است که میتوان از آن در صحنه های سه بعدی استفاده کرد همانطور که در تصویر 1معلوم است یک منبع نور نقطه ای نور را بطور یکنواخت و در تمام جهت ها از خود ساطع میکند.

تصویر شماره 1 – یک نور نقطه ای نور را بطور یکسان و در تمام جهت ها منتشر میسازد.

بهترین نمونه برای یک نور نقطه ای در گرافیک سه بعدی یک چراغ روشن است که درمیان اتاقی آویزان شده باشد. همانطور که در تصویر 2 نشان داده شده است اکثر برنامه های گرافیکی منبع نور نقطه ای را با آیکون یک لامپ روشن نمایش میدهند. با این حال بر خلاف یک لامپ روشن یک نور نقطه ای بسیار کوچک است. بنابر این تمام نورهای منتشر شده از آن بطور یکسان در تمام فضا پراکنده میشوند.

تصویر شماره 2 – آیکون معرف نور نقطه ای در نرم افزار لایت ویو تری دی یک نور

شعاعی میباشد. همچنین یک نور نقطه ای در نرم افزار مایا و سافت ایمیج قابلیتهای

مشابهی را ارائه میدهد.

 هنگامی که نورهای نقطه ای به منظور ایجاد سایه برپا میشوند و شما یک ثابت کننده در اطراف نور نقطه ای قرار میدهید ( حتما همه شما چراغ مطالعه را دیده اید. در اینجا نیز منظور حفاظی است که دور لامپ را میپوشاند ) نور محدود خواهد شد و به شکلی در خواهد آمد که میتواند بتابد همانطور که در تصویر 3 نشان داده شده است.

هر چند بیشتر هنرمندان نورپردازی ترجیح میدهند برای اینگونه افکت ها از نورهای موضعی

 "spot Lights " استفاده کنند. زیرا نورهای موضعی کنترل بیشتری را بر روی نشانه روی نور ارائه میکنند.

تصویر شماره 3 – وقتی یک نور نقطه ای در یک محفظه ثابت کننده نور به منظور سایه پردازی قرار بگیرد در اینصورت میتواند شبیه یک نور موضعی ظاهر شود.

نور های موضعی :

نور های موضعی "Spot Lights" که با نام "Spots " نیز شناخته میشوند محبوب ترین نوع نور در امر نورپردازی گرافیک کامپیوتری محسوب میشوند. زیرا آنها میتوانند بطور کامل تنظیم و کنترل شوند. درست مانند یک نور نقطه ای یک نور موضعی نیز تابش نور را از یک نقطه بی نهایت کوچک شبیه سازی میکند. هر چند در عوض نشانه روی نور در تمام جهت ها این نور بصورت یک مخروط مشخص شده محدود میشود و یا بشکل پرتوهای نور در یک مسیر معین محدود میشود همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است.

چرخش نورهای موضعی همچنین میتواند تعیین کند که پرتوهای نور بر کجا نشانه روی و متمرکز شوند. یا اینکه یک هدف به نور لینک شود بطوری که نور همیشه بطرف هدف نشانه روی و متمرکز شده باشد.

تصویر شماره 4 - روشن سازی یک نور موضعی بصورت یک مخروط نشانه روی شده

در یک جهت مشخص محدود میشود.

 شما میتوانید تقریبا تمام نورپردازی هایتان را با نورهای موضعی انجام دهید. حتی وقتی که نیاز دارید تا نور در مسیرهای مختلفی نشانه روی شود میتوانید از چندین نور موضعی همانطور که در تصویر 5 نشان داده شده است استفاده کنید.

تصویر شماره 5 – چندین عدد نور موضعی میتوانند در جهت های مختلف نشانه روی گرفته شوند.

 نورهای موضعی کنترل دستی دارند. شما میتوانید آنها را بگونه ای تنظیم کنید که دقیقا به چه شکلی و به کجا بتابند. زاویه مخروط میزان پهنای پرتو نور موضعی را معین میکند حال آنکه زاویه سایه روشن "penumbra angle" که با نامهای falloff یا زاویه گسترش "spread angle" نیز شناخته میشود میزان نرمی لبه ها در اطراف پرتو نور موضعی را مشخص میکند. در سایه روشن صفر پرتوها لبه هایی کاملا تخت خواهند داشت همانطور که در سمت چپ تصویر 6 نشان داده شده است.

هر چه شما میزان سایه را افزایش دهید همانطور که در وسط تصویر 6 نشان داده شده است پرتوهای نور موضعی لبه هایش نرم تو میشود. با پرتوهای بسیار نرم شما دیگر اصلا تخت بودن و سختی را در پرتوهای نور موضعی مشاهده نمیکنید همانطور که در سمت راست تصویر 6 نشان داده شده است.

نور های موضعی میتوانند یک روشن سازی و نورپردازی ماهرانه را به صحنه اضافه کنند. با هر نور در جایی که آن نشانه روی شده است بتدریج محیط روشن تر میشود. اما تمام نورهای موضعی بنرمی با یکدیگر درمی آمیزند.

تصویر شماره 6 – با نورهای لبه سخت "Hard Edged" سمت چپ شما میتوانید هر مخروط

نور موضعی را بطور جداگانه مشاهده کنید.همچنان که زاویه سایه بیشتر میشود (وسط) نورها

شروع به ترکیب شدن میکنند. وقتی که نورها به اندازه کافی نرم شدند (راست) آنها کاملا با

یکدیگر ترکیب میشوند بطوری که شما نمیتوانید منابع جداگانه نور را تشخیص دهید.

 نورهای موضعی همچنین خصوصیت دیگری نیز دارند که با نام "barn doors" از آن یاد میشود. در زندگی واقعی "barn doors" صفحات فلزی هستند که در جلوی نور موضعی استوار شده اند همانطور که در تصویر 7 نشان داده شده است. که میتوانند در جلوی منبع نور خم بشوند تا آن را بصورت افقی یا عمودی تغییر بدهند.

"barn doors" در گرافیک سه بعدی چنین نوعی از کنترل را در اختیار شما قرار میدهد و شما را قادر میسازد تا نور را بصورت مربع و یا مستطیل در بیاورید.

تصویر شماره 7 – گذشته از داشتن کنترل بر روی نشانه روی یک نور "Barn doors" سینماتوگرافر را قادر میسازد که زاویه طبیعی مخروط نوررا به کمتر از میزان طبیعی اش تقلیل دهد.

 نور های موضعی بسیار در گرافیک کامپیوتری محبوب هستند چون بطور موثری با بعضی از انواع سایه کار میکنند.  (( پایان قسمت اول - قسمت بعدی و آخری را در پست بعدی بخوانید ))

 نورهای جهت دار یا هدایت شونده "Directional Lights" :

یک نور جهت دار "directional light" بطور خاص برای شبیه سازی نور مستقیم خورشید مفید است. این نور همچنین با نامهای فاصله "distant" یا مستقیم "direct" یا نامحدود "infinite" و یا نور خورشید "sun light" در برنامه های مختلف نیز شناخته میشود. آیکون های مختلف این نوع از نور را در برنامه های مختلف در تصویر 8 ببینید.

تصویر شماره 8

یک نور جهت دار تمام اشیا موجود در صحنه را از زاویه مشابهی روشن میسازد و برای نور اهمیتی ندارد که شی در چه مکانی قرار دارد. در تصویر شماره 9 نور جهت دار سمت پایین متمایل به چپ را هدف گرفته است ( در این مسیر میتابد ). هر شی روشن سازی شده درست مثل اینکه از سمت بالا متمایل به چپ شروع به روشن سازی شده است. (( نکته بسیار ظریف و قابل توجها است. مترجم ساسان ))

تصویر 9 - یک نور جهت دارسایه های کاملا موازی میسازد و هر شئ را از زاویه یکسانی

روشن سازی مینماید.

 با اینکه نور جهت دار درست در وسط صحنه واقع شده است نور را بگونه ای شبیه سازی میکند مثل اینکه نور از مسافت بسیار دوری آمده است. تمام سایه های حاصل شده از نور جهت دار موازی هستند. چیزی که شما باید آن را بطور نرمال در سایه های حاصل از نور یک منبع نور بسیار دور مانند خورشید ببینید.

این سایه ها را با سایه های حاصل از نورهای نقطه ای و موضعی مقایسه کنید. در نورهای نقطه ای و موضعی سایه ها با دور شدن از منبع نور از همدیگر دور میشوند ولی در نورهای جهت دار وضع بدین منوال نیست.

نورهای منطقه ای (ناحیه ای) "Area Lights" :

یک نور منطقه ای نوری است که اندازه فیزیکی منبع نور را در زندگی واقعی شبیه سازی میکند. با نورهای نقطه ای و نورهای موضعی و نورهای جهت دار افزایش دادن مقیاس ( اندازه ) نور در صحنه تنها اندازه شمایل "icon" آن راافزایش میدهد و بر روی روشن سازی هیچگونه تغییری ایجاد نمیکند. اما هنگامی کهشما اندازه یک نور منطقه ای را افزایش میدهید آن به درستی روشن سازی را از روی یک تابلوی "panel" نور بزرگتر شبیه سازی میکند.

اگر یک نور منطقه ای به میزان زیادی کوچک شود روشن سازی آن شبیه به روشن سازی یک نور نقطه ای خواهد شد. همانگونه که در سمت راست تصویر 10 نشان داده شده است روشن سازی یک نور منطقه ای بزرگتر نرمتر میباشد.

تصویر 10 - یک نور منطقه ای با بزرگتر شدن روشن سازی و سایه های نرم تری را ایجاد میکند.

نورهای منطقه ای اغلب در قالب شکل های گوناگون نظیر نورهای کروی و مستطیلی و دیسکی و خطی قابل دستیابی هستند.

اگر شما مجبور به انتخاب کردن از بین انواع شکل های مختلف نور منطقه ای هستید از شکلی استفاده کنید که مناسب ترین شکل را با منبع نوری که در حال شبیه سازیش هستید داشته باشد. برای مثال یک نور منطقه ای خطی شکل برای شبیه سازی یک لامپ فلورسنت ( مهتابی ) بسیار عالیست.

کیفیت نور و سایه های قابل دستیابی بوسیله نور منطقه ای آن را به انتخابی مناسب برای بعضی از انواع رندرینگ واقعیت گرا تبدیل کرده است. هرچند که سایه های نرم حاصل از نور منطقه ای در حال رندر بسیار آهسته تر و پیچیده تر از سایه های حاصل از نورهای نقطهای و موضعی میباشد. علت این امر اینست که رندر کننده "renderer" مجبور است که اشعه های نور را بصورت جداگانه متفرق سازد تا مشخص شود که آیا قسمت های مختلف ناحیه هدف سایه های ناخواسته قرار نگیرند.

بسیاری از هنرمندان از بکارگیری منابع نور نقطه ای در پروژه های بزرگ متحرک سازی احتراز میکنند چون اینکار باعث اتلاف مدت زمان بسیاری در پروسه رندرینگ میشود.

بخدمت گرفتن مدل ها به عنوان نور :

 در بسیاری از برنامه ها هر مدل سه بعدی در صحنه شما میتواند به عنوان یک منبع نور بکار گرفته شود. با این قابلیت هر شئ غیر مرسوم نور مانند نشان های نئون (( حتما نوشته هایی که با لامپ های نئون ایجاد شده و در ویترین بسیاری از مغازه ها قرار دارد را دیده اید. مترجم ساسان )) میتوانند به عنوان یک منبع نور واقعی بکار گرفته شوند. همانگونه که در تصویر 11 نشان داده شده است.

تصویر 11 – استفاده از یک شئبه عنوان منبع نور این امکان را میدهد که اشکال عجیبی

مانند لامپ های حلقوی فلورسنت یا لوله های نئون را ایجاد کرد.

 هر رندرکننده ای که روشن سازی سراسری را پشتیبانی کند این اجازه را میدهد که اشیاء اشیا دیگر را روشن سازی کنند. هنگام رندر کردن با روشن سازی سراسری اعمال کردن یک روشنایی زیاد یا یک رنگ محدود درخشان به یک شئ این اجازه را میدهد که به عنوان یک منبع نور عمل کند.

با وجودی که استفاده از مدل هایی به شکل دلخواه به عنوان منبع نور در بسیاری از برنامه ها ممکن میباشد ولی اینکار در بین حرفه ای های نورپردازی چندان عمومیت ندارد و از دید حرفه ای ها راه حل چندان موثری نمیباشد.

حرفه ای ها معمولا از این شیوه احتراز میکنند چون استفاده از این شیوه نورپردازی باعث آهسته و طولانی شدن فرآیند رندرینگ میشود. شما میتوانید با یک روش دیگر از این نوع نورپردازی تقلید کنید بطوری که تاثیر نامطلوبی بر روی مدت زمان رندرشدن صحنه نداشته باشد. بدین صورت که شما یک منبع نور نقطه ای را درون مدل خود قرار میدهید و یک سایه زن "Shader" روشن یا تابنده را به سطح مدل خود تخصیص میدهید.

 کرات محیطی ( احاطه کننده ) Environment Spheres :

یک کره محیطی ( که با نام گنبد آسمان "Sky dome" نیز شناخته میشود ) یک منبع نور ویژه است که گرداگرد و پیرامون صحنه شما را احاطه و روشن سازی میکند. کرات محیطی برای شبیه سازی نور آسمان عالی هستند. آنها همچنین نور های قوی و بزرگی میسازند. یک نورپردازی کمکی که شما برای پرکردن نقاط تاریک در صحنه تان نیاز دارید.

شکل 12 توسط یک کره محیطی روشن شده است بدون اینکه منبع نور دیگری اضافه شده باشد.