Частицы, эффекты и постобработка.

	••   При разработке виртуальных объектов, в которых присутствует некое пространство, обычно требуется уйти от его безжизненности. Для достижения этой цели используется ряд эффектов, позволяющих придавать этому 3D пространству требуемую степень реалистичности. Рассмотрим, к примеру, так называемые “системы частиц”...

Окружающий мир заполнен самыми разными частицами. Микрочастицы сажи и пыли в воздухе, видимые в солнечном луче, капли воды в струе пара, пузырьки газа в воде – все это нужно уметь создавать в компьютерном трехмерном пространстве. Конечно, теоретически, можно ограничиться самым схематичным изображением «среды обитания» основных объектов. Однако, чаще приходится воздерживаться от “стерильности” и создавать свою среду для каждого отдельного случая.
Вот здесь и приходят на помощь частицы и их системы. Они оживляют картинку, создают тот самый характерный элемент, без которого, к примеру, деревенская изба лишена уюта и очарования «обжитости», а пейзаж лишается большей части своей естественности из-за отсутствия атмосферных явлений. Создание, а главное, настройка системы частиц – дело тонкое и хлопотное. Современное состояние программного обеспечения способно предложить художнику компьютерной графики огромное количество способов имитации не совсем прозрачных сред. Рассмотрим несколько самых очевидных и наиболее часто применяемых вариантов работы. 1. Вы можете сделать всю работу с помощью стандартных средств «большой» 3D программы, в которой создавался сам проект (или основная его часть). Стандартные средства хороши, когда эффекту не требуется особого реализма или он будет достаточно удален от «камеры». Например, дымные столбы от горящих вдалеке нефтяных месторождений можно сделать (в 3DS MAX) используя системы частиц, каждая из которых представляет собой небольшую плоскость, развернутую к зрителю. В качестве текстуры на такую плоскость можно наложить темное неоднородное пятно с размытыми краями. Несколько систем частиц будут имитировать динамику дымного столба в разных стадиях и, соответственно, отличаться по цвету. Например, в нижней части столба дым густой, плотный, черный и подсвечен красным. В верхней части – он рассеянный, светлее и прозрачнее. Таким же образом создаются белые плотные столбы пара, только на частицы- плоскости накладываются белые пятна.

Совет: обратите внимание, как движутся клубы дыма или пара в реальности. Хороший объект для наблюдения – большие трубы теплоэлектростанций. Присмотритесь, как распределяются отдельные клубы в общей струе пара: эти наблюдения очень пригодятся при создании 3D эффекта.

Набор стандартных инструментов для создания «атмосферы» картинки довольно невелик и поэтому годится разве что для совсем простеньких сцен, где реалистичность имеет второстепенное значение. «Развести», например, огонь как таковой не очень тяжело, но когда нужно заставить его правильно «огибать» горящую поверхность предмета при крупном плане и прямом ракурсе с высокой степенью реалистичности, исключительно стандартными методами не обойтись. Допускаем, создатели 3DS MAX считали, что стандартного набора систем частиц, состоящего из брызг, снежинок, облака частиц и т. д., будет вполне достаточно. Вооружившись им, можно смоделировать дождь, снег, дым, огонь, звездное небо, морской прибой, струи фонтана, искры электросварки и все что угодно. Но - времени и сил на создание такой сцены уйдет очень много. К тому же, как отмечают дизайнеры, один из недостатков стандартных средств в следующем: довольно сложно предугадать результат, которого можно достичь при изменении той или иной настройки. Опытный пользователь «на глазок» определяет требуемую плотность тумана или частоту мерцания пламени. А как быть, если времени для работы не так и много, и экспериментировать с настройками, каждый раз проводя новый рендеринг, некогда?

2. Для решения этих проблем при разработке эффектов, основанных на системах частиц, можно использовать специализированный софт (например, SITNI SATI AfterBurn для 3D MAX). Множество крупных и не очень компаний предлагает свои плагины (часто «freeware», бесплатные). Для того, чтобы еще до рендеринга посмотреть на форму системы частиц в плагине «PyroCluster» можно задействовать режим Preview (предварительный просмотр). А, запустив анимацию, можно наблюдать, как поведут себя элементы эффекта (к примеру, скопление туч на горизонте).

Практический совет. Не забывайте о сочетании эффектов друг с другом и взаимодействии их с базовой 3D площадкой. Например, при моделировании костра для того, чтобы добиться максимально натуралистичного эффекта, рекомендуем применить эффект «ветер». «Ветер» действует подобно эффекту «гравитации» – он обладает способностью толкать и притягивать частицы, а также хаотически искажать их движение. Он будет раздувать столб дыма, придавая ему гораздо более естественный вид. То же и при создании брызг и струй воды: порывы ветра могут отклонять их в определенном направлении. Точно также и не упускайте из области внимания такие деформации, как гравитация, давление, торможение и т.п. Подобные внешние силы нельзя не учитывать, поскольку в реальности любые частицы в пространстве падают под действием силы тяжести, и могут изменять траекторию под действием ветра, взрывной волны и т.д.

	Обратите внимание, как движутся клубы дыма или пара в реальности. Хороший объект для наблюдения – большие трубы на теплоэлектростанциях. Присмотритесь, как распределяются отдельные клубы в общей струе пара: эти наблюдения очень пригодятся при создании 3D эффекта. Для детальной прорисовки фотореалистичных эффектов рекомендуется использовать специальные плагины. В зависимости от вида конечного 3D продукта дополнительный софт можно привлекать как непосредственно при создании системы частиц, так и на этапе пост-продакшн.

	Система частиц используется не только для создания «неодушевленных» объектов, но и при оформлении внешности 3D персонажей.

	Для детальной прорисовки фотореалистичных эффектов рекомендуется использовать специальные плагины. В зависимости от вида конечного 3D продукта дополнительный софт можно привлекать как непосредственно при создании системы частиц, так и на этапе пост-продакшна.

Совет. При разработке эффекта «туман» для создания атмосферы необходимо помнить, что этот эффект очень силен, поэтому и использовать его надо по мере необходимости. При этом большая часть неба должна совпадать по цвету с туманом во избежание слишком резкой границы между небосводом и вашей 3D площадкой. Кроме того, в темных местах светлый туман иногда используется для осветления картинки. Светлый туман часто используется вместе со снегом. Неотделим от тумана и дождь как способ создания атмосферы. В последнем случае не забудьте добавить лужи, всплески от капель, блеск воды в разнообразных щелях.

3. Динамику частиц разработать в 3D, а внешний вид, каким он должен быть, прорисовать на этапе постобработки. Рассмотрим в качестве примера эффект, изображающий выброс раскаленного газа и пламени из двигателя самолета, сопла ракеты, или некоего космического корабля. Обратите внимание, что сами по себе выбросы прозрачны. Несмотря на это, они видны в воздухе, так как искажают пространство, лежащее за ними (для большей ясности в описании этого эффекта представьте марево в жаркий день над раскаленным асфальтом или песками пустыни). Как все это нарисовать? Берем вполне стандартную систему частиц, скажем Spray в 3Ds Max’е, и визуализируем таким образом, чтобы получился белый фон или альфа-канал (прозрачность). Частицы, соответственно, черные на белом, черные на альфа-канале или белые на альфа-канале. В нашем случае использовать придется несколько систем частиц - для искажения, голубого и оранжевого цветов. Послойно и отдельно от главной картинки рендерим три наши системы частиц, затем загружаем результаты рендеринга в любой софт для постпродакшна (например, Adobe After Effects) и подкладываем остальную картинку. Получаем своеобразную многослойность: нижний слой – основная картинка, бэкграунд, а сверху – система частиц и наложенный эффект. В итоге, в нашем примере первая система частиц искажает пространство хаотичным образом, волнообразно, что и придает требуемое искажение. Вторая система частиц – языки синего цвета чуть меньше по объему – тоже искажает пространство, но при этом еще и подкрашивает его. Соответственно добавляется третья система - языки оранжевого цвета – еще короче синих. Дополнительно можно добавить желто-оранжевое свечение у самого сопла двигателя. Наш эффект готов. Описанный способ дается художнику легче первых двух. Он не требует длительного рендеринга, так как подбор параметров проводится в режиме реального времени: вы изменяете величины и тут же видите, как это изменение влияет на картинку. Однако, он применим только в случае, когда готовое изображение будет показано и только при статичном объективе условной «камеры».

	Эффекты, отдаленные от условной камеры, сравнительно просты в создании и чаще всего не требуют привлечения дополнительного программного обеспечения.

В интерактивном 3D продукте, а именно в компьютерной игре и других видеоизображениях, способных менять угол обзора по желанию конкретного зрителя, придется применить другие способы отрисовки систем частиц. Это объясняется «плоскостью» эффекта, созданного на этапе постпродакшна. Заметьте: не «плоскостью» картинки, а именно эффекта: при изменении точки «съемки» систему частиц придется прорисовывать каждый раз заново, а такая работа нерационально трудоемка. Кроме того, излишние сложности вы получите, пытаясь этим способом изобразить не только общую динамику системы частиц, но и динамику частиц внутри их системы. К примеру, довольно трудно будет показать, как шевелятся отдельные клубы в столбе дыма или струе пара. Мы обсудили три самых распространенных способа создания и прорисовки эффектов, основанных на системах частиц.

Каждый имеет и свои трудности и свои плюсы, и выбирается, исходя из конкретной задачи, поставленной перед дизайнером.