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レイトレーシングで環境光を模倣する具体例 ~ Lightwave 3D

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ソフトウェアにより異なるレンダリングエンジンの特性

ここからはレイトレーシング レンダリングにおける環境光を模倣する具体的な例をあげて説明します。 レイトレーシングといっても統合型3DCG ソフトが内包するレンダラによって大きな違いがあることにも着目してください。

Lightwave 3D と MAYA が内包する Software レンダラ、メンタルレイの3つを比較検証し、レンダラの特徴を掴む事の重要性について説明していきます。

Lightwave 3D や STRATA 3D など

Lightwave 3D が提供している光源モデルは従来からあるオーソドックスなタイプで設計の古さを感じさせる部分です。シーン内の環境光の設定は、色指定(アンビエント色) で行います。

アンビエント色の設定.

Lightwave 3D のアンビエント色の設定は Grobal Illumination パネルで行います。

HDR Shop により生成された展開画像

アンビエント(Ambient)色とは環境光の色のことです。このアンビエント色による環境光の制御はシーン全体に対して適用されるため、初心者にとっては理解しやすく扱い易い特徴がありますが、融通が利かないという側面を併せ持っています。

また、初心者のためにアンビエント色はかなり明るめのデフォルト値が適用されています。(LWのマニュアルにもこのような事が書いてあったような気がします)

これはライトが一灯でもそれなりに見えるようにという配慮からですが、リアルなイメージを作成するには邪魔な存在となります。一般的に Lightwave の達人は先ず、このデフォルトのアンビエント効果を 0%にしてからライティング作業に入ります。勿論ケースバイケースですが。

HDR Shop により生成された展開画像■レンダリング方式 : レイトレース
■レンダリング時間 :1秒
■ライト数 : 1灯 (スポットライト)
■影のタイプ : シャドーマップ
■アンビエント : 47%

左のイメージは、上記アンビエントカラーで環境光を補った例です。ライト(光源)が一灯しかないにも関らず、それなりに見えています。

アンビエントのインテンシティ(強さ)が 0 であった場合、光の当らない所は全て黒にになります。宇宙からみた地球と同じです。初心者向けとはこういう意味であって、リアリティを全く感じません。

Lightwave 3D でアンビエント効果をライトで (補足)

アンビエント

Lightwave 3D には アンビエント・ライトは提供されていませんので、Specular(反射光) を無効にした弱いライト、叉は ※マイナス指定した補色関係にある色を設定したライトで補うことになります。

面全体に影響を与える必要があるため平行光源が適しています。また、一つではだめで複数個バランスを見ながらのセッティングになります。

※ マイナス値のライトも有効です。補色とは色相環において対極にあたる色の事です。緑色のマイナスライトを設置すると赤色の陰影を落とします。

複数のライトを設置して環境光を模倣

環境光を模倣するためには、あらゆる角度から想定される強さで光を照射する必要があります。ライト数が増えるとそれだけレイをトレースするパスが増えるため、レンダリング時間を要しますが、ラジオシティよりは遥かに高速です。

12灯のスポットライトで検証

環境光を補うためのライトの数を12灯で統一します。また、配置された3つの球と床のジオメトリ数も統一しています。12灯は Lightwave 3D 以外のレイトレーシング レンダリングと比較するためであって、12灯に意味はありません。

環境光の揺らぎを表現するために、キーライトに夕焼けをイメージした画像を投影しています。床が均一なグラデーションに見えないのはそのためです。

HDR Shop により生成された展開画像■レンダリング方式 : レイトレース
■レンダリング時間 :4秒
■ライト数 : 12+1灯 (キーライト含)
■影のタイプ : シャドーマップ
■アンビエント : 0%

左のイメージは、上記アンビエントは使用せず、複数のライトで環境光を模倣しています。アンビエント色は使用せずキーライトに画像を投影して表現しています。

ライトの強さは、合計で 80 ~150% ぐらいになるように調整します。(作成するシーンによる) 均等に強さを割り当てるのではなく、メインとなるキーライトは強めの設定にしてあります。この例だとカメラに対して左斜め上方向のライトがキーライトになります。

このレイトレーシングの複数ライトにより環境光を模倣するアプローチのポイントは、こちらのページでまとめています。

設置したライトに関して

設定の内訳は以下の通りです。

環境ライト 12灯の内訳

上半球の6つのライトは、後述するキーライトを含め、合計 Intencity = 1 (100%)付近になるようにしています。下半球の6つのライトは合計 Intencity = 0.4 (40%)付近になるように設定しています。12灯では斑があるためライト数が不足している事がわかります。

シャドーマップを適用するライトは上半球のみ、シャドーはやや強めボケるように設定し、シャドーマップの解像度との折り合いをつけています。

12灯にする深い意味はありません。例えば、ネオンが近くにあれば部分的にイルミネーション効果が必要になりますし、先に作成するイメージがあってそれらを模倣する必要があります。ライティングの前に先にイメージ(写真など資料)が明確になければライティング作業は行えません。

キーライト

キーライトはもっとも強く光が当るライトの事を指しており、影の色も強くする必要があります。室内では窓際や照明器具が配置されている場所が主なキーライトの配置場所となります。また、必ずしも一つである必要はありません。

キーライトの影はハッキリします。写真からヒントを得る場合も影に着目します。

補足

今回はレンダラの特性を掴む重要性を説明するため、複数のレンダラを同一条件で比較する事を一つの目的としています。これらライト数と計算速度の関係を把握する必要があるので材質には反射を含む要素を取り除くため敢えてマットな質感に設定しています。次のページから順を追って見ていきます。

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