В данной главе речь пойдет о настройке сцены при разных конфигурациях алгоритмов рендеринга. Все настройки будут рассмотрены на примере демонстрационной сцены, что составит основу эксперимента исследования.
Для проведения эксперимента была создана демонстрационная сцена, структура которой оптимальна для сравнительного анализа различных методов рендеринга, поскольку включает объекты с блестящими материалами, подповерхностным рассеиванием (SSS) и прозрачностью.
Отсутствие Lumen
В контексте разработки в Unreal Engine важно отметить, что использование системы Lumen не является обязательным или неотъемлемым атрибутом каждого проекта. Движок изначально предусматривает вариативность подходов к рендерингу, включая конфигурации, исключающие использование Lumen и Hardware Ray Tracing.
Для начала эксперимента будут отключены все настройки, касающиеся Lumen или Hardware Ray Tracing.
Демонстрация отключения глобального освещения и отражений Lumen в интерфейсе Unreal Engine
На данном этапе эксперимента, при отключенных настройках глобального освещения и отражений, а также с единственным источником света типа Rectangular Light, демонстрационная сцена выглядит следующим образом.
Демонстрационная сцена | Конфигурация с начальными настройками
Первостепенное значение имеет подход к использованию источников света, поскольку грамотное применение фундаментальных принципов освещения служит основой для достижения художественно выверенного результата даже в условиях технических ограничений.
Эффективная постановка света теоретически опирается на классическую трехточечную схему освещения1. В случае заданного технического сценария к ней будут добавлены источники света, имитирующие глобальное освещение и отражения.
Трехточечная схема освещения1 — это фундаментальная техника, используемая в фотографии, кинематографе и компьютерной графике для создания объемного, профессионального и эстетически приятного освещения объекта.
Схема состоит из трех основных групп источников освещения: Заполняющий свет (Fill Light), Рисующий свет (Key Light) и Контровой свет (Rim Light)
1. Заполняющий свет | 2. Заполняющий и рисующий свет | 3. Заполняющий, рисующий и контровой | 4. Трехточечная схема освещения и дополнительные источники света, имитирующие глобальное освещение.
Стоит отметить, что в данном техническом сценарии добиться корректного освещения при использовании исключительно трёхточечной схемы невозможно. Помимо неё стоит также использовать дополнительные источники освещения, чтобы сымитировать отражение от поверхностей. К примеру, добавить источник света, имитирующий отражение от пола и подсвечивающий объекты в сцене снизу.
Для экспериментальной сцены источники света были поделены на 5 групп:
- Заполняющий свет (Fill Light)
- Источники света, имитирующие глобальное освещение и отражение от поверхностей.
- Источники света, перемещенные на отдельный канал, чтобы выборочно воздействовать на заданные объекты в сцене.
- Контровой свет (Rim Light)
- Рисующий свет (Key Light)
Применение данной концепции освещения дало следующие результы.
1. Финальное освещение | 2. Поэтапное добавление источников света. | 3. Разные группы источников света отдельно
Light Channels
Для реализации детальной настройки освещения, в частности при необходимости имитации физически корректного поведения света или художественной доработки композиции, ключевое значение приобретает возможность ограничения воздействия источников света на выбранные объекты. Для реализации такой возможности существует параметр Light Channels, позволяющий разделить освещение на 3 канала: 0, 1 и 2.
Данный параметр находится в настройках Details как для объектов, так и для источников освещения в сцене. По умолчанию все объекты и источники освещения используют только канал 0. Но, например, при переключении источника света на канал 1, он будет влиять исключительно на объекты, у которых также активирован канал 1. Однако это не обязательно ограничивает влияние других источников на данный объект, поскольку каналы можно комбинировать: такой объект сможет воспринимать свет от источников как с каналом 0, так и с каналом 1.
1. Настройка Lighting Channels у источника освещения и объекта. | При условии что у других объектов не подключен канал 1, ExamleLight будет воздействовать только на ExampleObject
Демонстрация отключения воздействия источника света на все объекты кроме шара через Lighting Channels
Soft Shadows
Несмотря на отсутствие технологий Hardware Ray Tracing и Lumen, возможность создания реалистичных мягких теней сохраняется и служит важным инструментом для визуального улучшения изображения.
Для получения мягких теней необходимо увеличить параметр Source Radius (для Point, Spot, and Rect источников освещения) или Source Angle (для Directional Light)
1. Источник света с Sourse Radius = 0 | 2. Источник света с Sourse Radius = 100
Запекание света
Запекание света - это процесс предварительного (офлайн) расчёта статического освещения и его сохранения в специальных текстурах (Lightmaps) или объёмных данных (Volumetric Lightmaps). Таким образом, освещение и тени утрачивают способность к динамическому изменению, однако становятся ресурсно-эффективными.
Несмотря на переход к полностью динамическому освещению с Lumen в Unreal Engine 5, система сохраняет поддержку метода предварительного запекания света, который был центральным в Unreal Engine 4.
Тем не менее, запекание света не является единственным подходом к настройке сцены в конфигурации без Lumen. Unreal Engine располагает комплексом инструментов для улучшения качества изображения при динамическом освещении, грамотное комбинирование которых позволяет достичь продвинутого визуального результата.
Поскольку данное исследование фокусируется исключительно на динамическом освещении, в конфигурации без Lumen и Hardware Ray Tracing будут рассмотрены исключительно возможности настройки динамического освещения без применения техник запекания.
Mobility
Mobility - базовая настройка источника освещения, разграничивающая статические источники (Static и Stationary) света и динамические (Movable).
Во время работы над сценой необходимо убедиться, что все источники света переключены в режим Movable. Это гарантированно предотвратит появление в тенях надписи «Preview», которая обозначает, что Mobility источника света установлена на Static, однако в контексте динамического освещения становится визуальным артефактом.
Post Process Volume
Post Process Volume — это не просто объект для цветовой коррекции, а фундаментальный компонент сцены, отвечающий за комплексную постобработку изображения и управляющий широким спектром параметров. Его добавление и базовая настройка - первостепенный этап построения сцены с динамическим освещением.
Под базовой настройкой в первую очередь понимается активация параметра Infinite Extent (Unbound), убирающего ограничения на область действия Post Process Volume в сцене, и переключение Exposure -> Metering Mode на Manual и отключения Exposure -> Apply Physical Camera Exposure для создания контролируемой экспозиции в сцене, что может быть более удобно в контексте работы с синематиками.
Демонстрация базовой настройки Post Process Volume в интерфейсе Unreal Engine
Использование инструментов Environment Light Mixer
Environment Light Mixer - это окно редактирования, позволяющее создавать и настраивать компоненты окружающего освещения сцены, такие как:
- Directional Light
- Height Fog
- Sky Light
- Sky Atmosphere
- Volumetric Cloud
За исключением последнего, так как в экспериментальной сцене представлена интерьерная постановка, каждый из представленных параметров может продвинуть визуальную составляющую.
Демонстрация окна редактирования Environment Light Mixer в интерфейсе Unreal Engine
Первый представляющий наибольший интерес компонент - Height Fog. Height Fog обладает множеством настроек, применимых для создания эффекта тумана, что особенно заметно в открытых масштабных локациях, но ключевой интерес для исследования представляет возможность Height Fog создавать волюметрическое освещение2.
Волюметрическое освещение2 симулирует рассеивание света в трёхмерной среде (такой как туман или дым), создавая видимые лучи и объёмные тени, что добавляет сцене реализма, атмосферности и пространственной глубины.
! Чтобы активировать расчет объемного рассеивания света в Details у Height Fog необходимо подключить параметр Volumetric Fog
Чтобы плотность тумана увеличилась необходимо отрегулировать параметр Fog Density под задачи сцены.
Демонстрация подключения возможности создавать волюметрическое освещение в Height Fog в интерфейсе Unreal Engine
Тем не менее, одной лишь настройки Height Fog недостаточно. Чтобы волюметрический свет заработал нужно настроить и сами источники освещения. Для этого в Details необходимо отрегулировать значение Volumetric Scattering Intensity, регулирующее яркость объемного света
По умолчанию у каждого источника освещения Volumetric Scattering Intensity = 1.0
! Перед началом настройки волюметрических источников освещения рекомендуется убедиться, что Volumetric Scattering Intensity источников, объемный свет которых не нужен, равен 0.
