Файл: Проектирование (Архитектурный дизайн и архитектурная визуализация).pdf

Следующим пунктом была подборка моделей исходя из моих замыслов в дизайне для чего я использовал свободные ресурсы в интернете. Мною были подобраны следующие модели:

- Мягкий диван с подушками и мягкое кресло из серии Pohjanmaan Aria

- Двухуровневый круглый стеклянный столик и аксессуары к нему

- Лампу Gräshoppa floor lamp

- Люстру Bullarum St-9 Chandelier

- Потолочный накладной светильник ODEON LIGHT

- Письменный уголок IKEA

Собрав все модели я экспортировал их в сцену и произвёл настройку материалов и оптимизацию геометрии моделей (Приложение 2.2). Для этого я использовал скрипт Corona Converter v.1.42, а также ручную настройку материалов в сцене-студии с освещением студийной HDRI-картой.

Глава 4. 3D-визуализация

3D-визуализация важный пункт в подаче материала для клиента, поэтому к этому пункту я подошёл с особой тщательностью. Изучив материалы в сети интернет мною было принято решение использовать рендер Corona Renderer, т.к. он отвечает всем требованиям к современному фотореалистичному результату. Для получения красивого, продаваемого изображения я использовал следующие настройки:

- Разрешение визуализации 4000х2830

- Экспозиция 1.0

- Компрессия светлого 3.3

- Баланс белого 4750 Кельвинов

- Контраст 1.88

- Насыщенность 1.0

- Виньетирование 0.8

- Подавление шума 0.65 (уровень шума 3.8%)

Для создания естественного освещения помещения я использовал HDRI-карту из бесплатной коллекции сайта HDRI-Haven, под номером 046, с настройкой экспозиции карты на 0,8. Таким образом мне удалось получить мягкие тени и освещение пасмурного дня.

Для создания напольного покрытия мною был использован плагин FloorGenerator, со следующими значениями:

№	Наименование параметра	Значение
1	Max Length	2200 mm
2	Max Width	180 mm
3	Min Offset	20 %
4	Max Offset	40 %
5	Extrude	14 mm

Для создания материала напольного покрытия были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	1,0
2	HEX Color	*
3	Reflection level	0,8
4	Reflection Glossiness	0,78
5	Fresnel IOR	1,55

---

*Была использована текстура ламината ДУБ TARTUFO GRANDE с сайта Krono Original.

Для создания материала стен были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	0,88
2	HEX Color	D8CDC0
3	Reflection level	0,2
4	Reflection Glossiness	0,65
5	Fresnel IOR	1,52

Для создания материла потолка были использованы следующие параметры:

№	Наименование параметра	Значение
1	Diffuse Level	0,95
2	HEX Color	D2D2D2
3	Reflection level	0,35
4	Reflection Glossiness	0,72
5	Fresnel IOR	1,66

Далее я распишу полную таблицу элементов интерьера, использованных мною в данной сцене, а также их ориентировочную стоимость при реализации этого проекта:

№	Наименование элемента интерьера	Поставщик	Источник модели	Раз мер	Ориентировочная цена	Количество
1	Лампа напольная	Gräshoppa floor lamp скандинавская классика	3DDD	1239 х365 х316 мм	4599 руб.	1 шт.
2	Диван	Pohjanmaan Aria sofa	Turbo Squid	2252 х1069 х869 мм	28000 руб.	1 шт.
3	Кресло	Mfize Aria armchair	Turbo Squid	1298 х1312 х864 мм	11000 руб.	1 шт.
4	Журнальный столик	Mfize coffee table	Turbo Squid	1200 х768 х969 мм	7000 руб.	1 шт.
5	Шторы	IKEA АЙНА	3DDD	554 х2495 х3119 мм	6500 руб.	2 шт.
6	Люстра	Bullarum St-9 Chandelier	3DDD	1119 х1050 х1050 мм	9000 руб.	1 шт.
7	Ковёр	Mfize rug Mirage	Turbo Squid	1239 х365 х316 мм	4000 руб.	1 шт.
8	Письменный уголок	ИКЕА ЛИАРМОНН	3DDD	1977 х1930 х2880 мм	5000 руб.	1 шт.
9	Тумба под ТВ	ИКЕА БЕСТО	3DDD	1455 х600 х860 мм	3000 руб.	1 шт.
10	ТВ	LED телевизор SAMSUNG UE32N5300AUXRU FULL HD	3DDD	1140 х36 х673 мм	30000 руб.	1 шт.
11	Потолочные колбы	Потолочный накладной светильник ODEON LIGHT	3DDD	100 х100 х270 мм	800 руб.	3 шт.
12	Полоточные споты	DL-120x120M	Turbo Squid	120 х120 х50 мм	600 руб.	2 шт.
13	Межкомнатная дверь	Scandi box SECRET	Turbo Squid	140 х915 х2050 мм	2000 руб.	1 шт.
14	Кресло офисное	ИКЕА СКРУВСТА	3DDD	700 х720 х720 мм	3000 руб.	1 шт.

---

Здесь нам следует подробно поговорить о методах и механизмах архитектурной визуализации, для того, чтобы понять, как это работает и найти наиболее оптимальные и эффективные пути к реализации нашего проекта.

В текущих реалиях для получения реалистичного изображения используется метод глобального освещения (Global Illumination). Трассировка фотонов – один из самых популярных способов для просчёта глобального освещения.

Для получения наиболее реалистичного результата, современные механизмы визуализации используют просчёты материалов с учётом эффекта подповерхностного рассеивания. Данный метод используются для реализации реалистичного изображения таких материалов, как воск, тонкая ткань, еда и прочее. Работает он следующим образом, лучи света направленные на подобные предметы, рассеиваются внутри и тем самым мы наблюдаем подповерхностное свечение изнутри материала.

Также для того чтобы добиться реалистичности итогового изображения используются различные возможности эффектов камеры, такие как смазывание движущихся объектов (Depth Of Field) и глубина резкости. Используя глубину резкости мы можем сосредоточить внимание зрителя на определенном объекте или ряде объектов в нашей сцене. Таким образом мы увеличиваем акцент на нужной нам части изображения. Аналогом данного механизма в реальной жизни является фокус фотокамеры.

Существует множество решений для рендеринга 3D-сцены, поэтому помимо стандартных алгоритмов, как упоминалось ранее, существует множество альтернативных систем рендеринга. Они используются для получения максимально фотореалистичного изображения.

Основная задача любой программы визуализации - рассчитать освещенность и цвет произвольной точки в трехмерной сцене. Эта задача очень сложная. Чтобы компьютерные изображения достигли современного уровня фотореализма, методы компьютерной графики прошли долгий путь.

Сначала мы узнали, как рассчитать освещение объектов от источников света, которые находятся на линии прямой видимости (объект и источник соединены прямой линией). В таком расчете наиболее важными были модель освещения Фонга и модель затемнения Фонга. Они сглаживали цвета поверхности полигонов, рассчитывали зеркальные блики. И теперь эта модель и ее модификации с некоторыми дополнениями являются основой для расчета прямого освещения. В настоящее время для достижения мягких краев в тенях учитываются пространственные размеры источника света.

Он также принимает во внимание тот факт, что интенсивность света ослабляется в зависимости от расстояния. В частности, в физически правильных расчетах освещения используется закон квадратичного ослабления интенсивности пучка света, распространяющегося на расстоянии.

---

Второй компонент освещения объекта определяется зеркальным отражением (или почти зеркальным) окружающей среды и прозрачностью самого объекта. Чтобы рассчитать это, был разработан метод трассировки лучей. Этот метод отслеживает лучи света от камеры до первой грани пересечения, а затем направление дальнейшего распространения луча определяется в зависимости от прозрачности или отражающих свойств поверхности. Впервые трассировка лучей от камеры позволила включить ее окружение в расчет освещения объекта и была более эффективной, чем трассировка лучей от источников света, потому что она обрабатывает только лучи, достигающие камеры.

Одним из недостатков классического метода трассировки лучей является «твердость» получаемого изображения. Поэтому впоследствии была разработана модификация, известная как трассировка распределенных лучей (DRT). Суть DRT состоит в том, что на каждом пересечении радиуса, нарисованного поверхностями вдоль его пути, из каждой точки пересечения строится не один, а несколько лучей. Этот процесс чем-то похож на цепную реакцию. Этот подход позволил рассчитать размытые отражения и преломления (также известные как размытые, размытые или глянцевые отражения и преломления), но за счет большого увеличения объема вычислений. Модель DRT реализована в свойствах отражений и преломлений материалов с помощью параметра Glossy.

Третий компонент освещения объекта рассчитывает различные диффузные отражения света от окружающих объектов. Первым методом для расчета вторичного рассеянного освещения была Radience, которая, хотя и используется до сих пор, из-за нескольких присущих ей недостатков, дала начало еще двум прогрессивным алгоритмам расчета - методу Монте-Карло и методу фотонных карт.

Метод фотонной карты создает базу данных для каждой поверхности объекта сцены, в которой хранится информация о столкновениях «фотонов» с поверхностью - координаты столкновения, направление и энергия фотона. Под фотоном понимается часть энергии освещения, которая распространяется в определенном направлении от данного источника света.

Плотность фотонной карты используется в дополнительных расчетах для оценки освещенности точки в результате диффузного рассеяния света на окружающих поверхностях. Все визуализации с использованием метода фотонной карты выполняют расчет освещения в два прохода. Первый проход отслеживает фотоны от источников света до поверхностей и создает для них фотонные карты. Второй проход отслеживает лучи назад от камеры, и карты фотонов используются для расчета диффузного освещения точек пересечения лучей, отступивших от поверхностей.

---

Четвертый компонент освещения вычисляет световые эффекты, которые появляются во время фокусировки из-за отражения или преломления света в определенной области поверхности. Эффекты освещения называются эффектами каустики. Это, например, объектив, который фокусирует солнечный свет на поверхности объекта. Расчет эффектов каустического освещения может быть выполнен методом фотонного картирования, который требует локальной фотонной карты высокой плотности. По этой причине карты фотонов генерируются отдельно при необходимости.

Подводя итог вышесказанному, можно утверждать, что современный уровень развития вычислительных методов компьютерной графики позволяет рассчитывать освещенность произвольной точки трехмерной сцены как сумму четырех компонентов: прямого освещения, зеркальных преломлений и отражения, вторичные диффузные отражения и эффекты каустик-освещения. Для абсолютно точного расчета всего света, который падает на определенную точку на поверхности, необходимо добавить лучи света, идущие со всех сторон. Это приводит к необходимости интегрировать освещение на полушарие, окружающем точку, если она принадлежит непрозрачной поверхности, или на сфере, если поверхность также прозрачна.

Для построения интегралов освещения в компьютерной графике используются функции, описывающие все четыре компоненты освещения - функции источника света, функции зеркального отражения / преломления (идеал) поверхности и функция диффузного отражения поверхности.

Последние два типа функций часто объединяются в один, называемый BRDF - Двунаправленная функция распределения отражения / преломления (функция двунаправленного отражения / распределения преломления). Однако точное аналитическое решение этих интегралов в большинстве случаев невозможно, поэтому для их поиска используются различные численные методы.

Распространенным и часто используемым методом является метод Монте-Карло. Этот метод позволяет рассчитать интегральное значение как сумму небольшого числа значений подынтегрального выражения, которые выбираются случайным образом. То есть математический аппарат метода Монте-Карло является правилом определения выбора этих значений, поскольку от него зависят точность и скорость нахождения решений интегралов. Значения, выбранные для вычисления интеграла от подынтегральных функций, обычно называют выборками. Теперь метод Монте-Карло фактически является стандартом для компьютерной визуализации 3D-графики и используется практически во всех основных пакетах. Однако метод Монте-Карло имеет существенный недостаток, а именно медленную сходимость решений. На практике это означает, что для повышения качества расчета освещенности, например, в два раза, необходимо будет в четыре раза увеличить количество вычислений (количество образцов). Недостаток качества при рендеринге проявляется как «шум» - яркие пятна, видимые на изображении, зернистость и визуальные артефакты.

---