Global Illumination: Tipologie

Global Illumination: Tipologie

La global illumination è una tecnica per calcolare gli effetti della luce presente nella scena da renderizzare. Il sistema Radiosity o Irradianza (di default quando inseriamo la GI prendendola dagli effetti nei settaggi di rendering)  prende in considerazione l’illuminazione diretta di ogni superficie ed aggiunge a questa l’illuminazione secondaria ovvero quella “rimbalzata” dalle superfici vicine (bouncing).
Il risultato grazie a questa tecnica raggiunge alti livelli di foto-realismo soprattutto grazie al corretto utilizzo dei materiali e degli oggetti di scena complementari alle luci. Nell’illuminazione globale infatti non è necessario utilizzare un gran numero di fonti luminose “ di riempimento (e quindi non esistenti nella realtà) ma spesso è sufficiente una sola luce (quale può essere quella solare) accompagnata dagli oggetti di scena cielo e pavimento.
Oltre al Radiosity in Cinema 4D troviamo un altro sistema di illuminazione chiamato Quasi Monte Carlo (QMC). Il nome deriva dalla teoria dei giochi (riguardante la statistica dei numeri) che regola le estrazioni proprio come ad esempio nei casinò presenti in gran numero in Costa Azzurra. A differenza del Radiosity il QMC è un sistema di calcolo più brutale dei rimbalzi di luce ma può dare risultati particolarmente interessanti soprattutto negli esterni.

Per testare le diverse tipologie creiamo una scena molto semplice dove poter osservare anche le minime differenze tra una soluzione e l’altra: un cubo arrotondato appoggiato a pavimento con cielo e luce infinita a circa  45° diretta sul cubo.Testiamo quindi le diverse tipologie di illuminazione di Cinema 4D raffrontandole sulla stessa scena.

Illuminazione Tradizionale

[Fig.1] Illuminazione con luce infinita al 100%. No ombra.

Note: Il cubo presenta zone completamente non illuminate. Sembra fluttuare per la mancanza d’ombra riportata sul pavimento. E’ evidente la mancanza di punti di riferimento spaziali.

[Fig.2] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombra morbida.

Note: Il cubo presenta zone  non illuminate. L’ombra morbida colloca il cubo spazialmente nonostante la faccia opposta alla luce diretta sia completamente indistinta.

[Fig.3] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombra netta.

Note: Il cubo presenta zone completamente non illuminate. L’ombra netta colloca il cubo spazialmente.

[Fig.4] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombra Area.

Note: Il cubo presenta zone completamente non illuminate. L’ombra area colloca il cubo spazialmente e consente un maggiore realismo. Senza l’utilizzo di illuminazione globale sarebbe necessario inserire delle fonti di illuminazione aggiuntive per illuminare le zone in ombra.

Global Illumination : IR

[Fig.5] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre Area. Effetto: Illuminazione Globale IR

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: IR (Radiosity)
Diffusione: 1
Intensità primaria: 100%

Note: Il cubo risulta ora completamente illuminato. Le zone scure sono scomparse. Si nota una leggera ombreggiatura immediatamente sotto il cubo dovuta alla smussatura dello stesso.

Come si vede dal risultato, il cielo inserito emette radianza che viene moltiplicata dall’illuminazione Globale verso tutti gli oggetti presenti nella scena. Da notare prima della visualizzazione del rendering vero e proprio un passaggio chiamato Pre-pass dove l’Advanced Render 3 di Cinema 4D calcola i punti che serviranno a trasportare tutte le informazioni relative a luci ed ombre. I render effettuati con IR saranno tendenzialmente veloci, solitamente un po “piatti” e con ombre poco marcate. Il numero dei quadrati (bunket) che si rincorrono nel prepass sono il numero dei processori presenti nell’hardware del vostro computer.

 

[Fig.6] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre Area. Effetto: Illuminazione Globale IR

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: IR (Radiosity)
Diffusione:2 
Intensità primaria: 100%
Intensità secondaria: 100%

Note: Aumentando la diffusione si aumentano i rimbalzi sulle superfici. Le zone d’ombra vengono schiarite dall’intensità secondaria. L’intensità primaria invece si potrà regolare per aumentare la luminosità delle superfici esposte direttamente alla fonte luminosa. Più  si aumenta la diffusione e più l’immagine diverrà chiara (da non confondersi con l’aumento del valore gamma che lavora sulla luce indiretta o dell’effetto “luminosità” in Photoshop che aumenta in ogni punto indistintamente). Con l’aumentare della diffusione la scena migliorerà in foto-realismo: di contro avremo un aumento dei tempi di calcolo. Ideale per gli interni.

Global Illumination : QMC

 

[Fig.7] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre area. Effetto: Illuminazione Globale QMC

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: QMC
Profondità Diffusione:1
Intensità primaria: 100%

In Tab QMC
Conta campioni: 64

Note: Il metodo QMC come detto è un metodo più brutale in quanto a differenza della IR che, grazie al prepass calcolava dei singoli punti (chiave di lettura dei chiaro-scuri) , interviene su ogni singolo pixel dell’immagine realizzando di fatto delle zone ombra più accentuate e definite anche se caratterizzate da una certa grana.

[Fig.8] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre area. Effetto: Illuminazione Globale QMC

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: QMC
Profondità Diffusione: 2
Intensità primaria: 100%

In Tab QMC
Conta campioni: 64

Note: Anche per il metodo QMC aumentando la profondità diffusione aumenteremo la luminosità globale dell’immagine

 

[Fig.9] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre area. Effetto: Illuminazione Globale QMC

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: QMC
Profondità Diffusione: 2
Intensità primaria: 100%

In Tab QMC
Conta campioni: 128

Note: Aumentando la conta campioni affineremo il calcolo dell’ombra diminuendone la grana. E’ sicuramente un buon parametro per ottenere effetti interessanti anche se così facendo aumenteremo i tempi di calcolo.

Global Illumination : IR + QMC

[Fig. 10] Illuminazione con luce infinita al 100%. Ombre area. Effetto: Illuminazione Globale IR + QMC

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: IR + QMC
Profondità Diffusione: 1
Intensità primaria: 100%

In Tab QMC
Conta campioni: 128

Note: E’ un sistema che offre i vantaggi di entrambe le tecniche:  perfetta per esterni per le ombre intense e definite ed i  piani ben illuminati.

Global Illumination : campioni cielo

[Fig. 11] Solo oggetto cielo. Effetto: Illuminazione Globale Campioni cielo

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: Campioni cielo
Intensità primaria: 100%

In Tab Sky
Conta campioni: 64

Note: E’ da utilizzarsi quando l’illuminazione è demandata solo alla presenza dell’oggetto Shader Cielo di Cinema 4D o all’oggetto Cielo Normale (quello presente in gestione luci). L’illuminazione proviene dall’alto ( il progetto da illuminare deve poggiare su di un piano)

 

[Fig. 12] Solo oggetto cielo. Effetto: Illuminazione Globale Campioni cielo

In Tab Generale proprietà Global Illumination
Illuminazione Globale: Campioni cielo
Intensità primaria: 200%

In Tab Sky
Conta campioni: 128

Note: Aumentando l’intensità primaria si illumina maggiormente la scena. Maggiore è il numero dei campioni  e minore sarà la grana presente nella scena.

Riassumendo come recita la guida Online di Cinema 4D queste sono le linee guida da seguire per le varie situazioni:

Interni: IR

Esterni (principalmente illuminati dal cielo; con la possibile aggiunta di illuminazioni; le luci possono essere riflesse più volte): IR+QMC

Esterni (illuminate solamente dal cielo; luci riflesse non importanti, precise ombre HDRI): Campioni Cielo

Interno/esterno (più preciso ma con lunghi tempi di rendering IG; sempre granulare, a meno che i valori non siano molto alti): QMC