La simulazione della luce solare è uno degli aspetti più importanti per il raggiungimento di un buon livello di fotorealismo. In questo tutorial mettiamo a confronto alcune tecniche di simulazione basate sull’uso delle mappe HDRI e sul Physical Sky di V-Ray. Di seguito alcune immagini estratte dal tutorial.

Luce Blu/Crepuscolo (Dusk)

↑| Diagramma Solare | Il crepuscolo si verifica quando il sole scende al di sotto della linea di orizzonte |

↑| Diagramma Solare | All’interno della fascia crepuscolare si distinguono differenti tipologie di crepuscolo |

Si intende quella fascia oraria dove il sole non risulta più visibile ma i suoi raggi riescono anora a raggiungerci in quanto si riflettono sull’atmosfera. Il crepuscolo si verifica poco prima dell’alba e poco dopo il tramonto.
Dai fotografi è chiamata “ora Blu” e risulta un ora ideale per gli scatti.

↑| Light Color | Per impostare in modo corretto il colore del crepuscolo possiamo basarci sulla temperatura colore che corrisponde a 10000 K |

Iniziamo con una V-Ray Area Dome Light.
Per Impostare il colore giusto il consiglio è di immettere una temperatura colore “Kelvin” pari a 10000K (la temperatura corrispondente all’ora Blu).

↑| Render Test | Test eseguito con la sola V-Ray Area Dome Light come fonte di luce |

Con un tempo di posa abbastanza ampio questo è il risultato.
Le mie impostazioni per la Camera sono queste:
Film ISO = 100
F-Stop = 2.8
Shutter Speed = 10
Facciamo un altro test usando una mappa HDRI all’interno della V-Ray Area Dome Light.
Consiglio di inserire la mappa sfruttando il “V-Ray Adv Bitmap” in quanto permette un settaggio avanzato grazie a una notevole quantità di parametri a disposizione (come avremo modo di approfondire più avanti).

↑| V-RayAdvBitmap | Modifica dell’esposizione della mappa HDRI |

↑| Render Test | Test eseguito con la sola mappa HDRI come fonte di Luce. Esposizione ridotta di 5 stop |

Le mie impostazioni per la Camera sono le stesse di sopra:

Film ISO = 100
F-Stop = 2.8
Shutter Speed = 10

Se abbassiamo l’esposizione di soli 2 stop, il risultato è questo:

↑| Render Test | Test eseguito con la sola mappa HDRI come fonte di Luce. Esposizione ridotta di 2 stop |

Come è evidente i settaggi interni alla mappa HDRI permettono una notevole varietà di risultati.

Luce dorata/Tramonto (Sunset)

Credo che in molti siano d’accordo nel dire che questa è l’ora perfetta per scattare fotografie (ma anche per fare rendering aggiungerei).
Questa condizione si verifica per un certo lasso di tempo dopo l’alba e poco prima del tramonto. Il sole è visibile, ma molto vicino all’orizzonte, e la luce assume una gamma di colori molto calda.
Più il sole si avvicina verso l’orizzonte e più calda risulterà la gamma di colori.

Per descrivere questa condizione di luce in V-Ray abbiamo diverse strade a disposizione.

Sunset con Physical Sun

La prima, molto efficacie, è quella di impostare una “V-Ray Physical Sun + Sky”.

Nelle immagini di test che seguono, al fine di rendere più agevole la comprensione dei vari parametri a disposizione, il sole è stato alzato un più del dovuto.

↑| V-Ray Light | Impostiamo “Hosek et al.” come “Sky Model” e lo “Sky Intensity Multipler” al 10% |

Non dimentichiamo di attivare “Physical Sun”.
Come “Sky Model” il consiglio è quello di usare “Hoosek et al.”. Risulta molto accurato.
Infine regoliamo lo “Sky Intensity Multipler” in modo che la scena risulti con l’esposizione giusta.

↑| Render Test | Spesso non ci accorgiamo della presenza del sole perchè i parametri di defalut lo fanno apparire molto piccolo. Potrebbe anche essere al di fuori della visuale della camera |

Quando inizio a fare i primi test, posiziono il sole in modo che risulti visibile, senza preoccuparmi se le ombre sono quelle che voglio per l’immagine finale. Nella prima immagine vediamo che la dimensione del sole è abbastanza piccola. Se aumentiamo le dimensioni (esattamente come succede per le normali luci area) le ombre si ammorbidiscono. Il parametro va modificato se, appunto, l’intenzione è quella di sfumare oppure rendere più nette le ombre.

↑| Render Test | Aumentando il valore del “Size Multipler” aumenta anche la dimensione del sole |

↑| V-Ray Light | Size Multipler |

Adesso proviamo a variare il parametro “Turbidity”. Si tratta di un parametro essenziale per ottenere una buona simulazione. Determina la quantità del pulviscolo atmosferico. Valori molto alti disperdono la forma del sole e influiscono sul colore della luce e del cielo.

↑| Render Test | Il parametro “Turbidity” determina il pulviscolo atmosferico. In questo test è impostato un valore pari a 8 |

↑| V-Ray Light | Turbidity |

Il parametro “Ozone” invece è utile per virare la gamma cromatica su toni caldi o freddi. Aumentando il valore di default, conservando tutte le altre impostazioni, l’immagine diventa più fredda.
Io preferisco mantenere toni caldi e quindi non alzo quasi mai questo valore.

↑| Render Test | Il parametro “Ozone” interviene sulla gamma cromatica |

↑| V-Ray Light | Ozone |

Per l’immagine che segue ho ridotto l’altezza del sole per avvicinarmi all’effetto del tramonto. Il parametro Ozone è impostato per avere toni caldi.

↑| Render Test | In questo test abbiamo ridotto l’altezza del sole |

Se volessi avere un pò di luce in più non dimentichiamo che possiamo comodamente agire sull’apertura del diaframma o sul tempo di posa. Nell’immagine che segue abbiamo ridotto di uno stop l’apertura portandola da 8 a 5.6.

↑| Render Test | Aumentando l’apertura di diaframma da 8 a 5.6 |

↑| VrayPhysicalCamera | F-Stop |

Non dimentichiamo che molti parametri possono essere modificati in post-produzione senza grande sforzo. 

↑| Post Produzione con Lightroom | Intervenendo sulla temperatura colore, sull’esposizione e sull’intensità dei neri |

Sunset con Physical Sun e Mappa HDRI

Adesso, vediamo un ultimo metodo che prevede l’uso combinato della mappa HDRI con il Physical Sun. Ripartiamo la scena “Test_06” e procediamo come segue:

 

Inseriamo una luce V-Ray Area Dome Light e assegniamo una mappa HDRI.

↑| Light Dome | La mappa HDRI va caricata nell’apposito canale della Light Dome |

Poi, selezioniamo la luce Light Dome e attiviamo il V-Ray Domelight Texture Viewer” che troviamo nella tendina di V-Ray. Questo comando ci consentirà di vedere la reale posizione della mappa HDRI. Dobbiamo ruotare la Light Dome fino a quando il sole della mappa HDRI non coinciderà con la posizione del Physical Sun.

↑| Editor di Cinema 4D | Preview della mappa HDRI |

A questo punto dobbiamo disabilitare il Physical Sky, in quanto la luce che prima era generata dal Physical Sky sarà adesso generata dalla mappa HDRI.

↑| V-Ray Light | Il physical Sky va disattivato |

Infine possiamo fare un test con le due fonti di luce attive: la Light Dome con la mappa HDRI e il Physical Sun.

↑| Render Test | Test definitivo con entrambe le fonti di illuminazione |

La mappa è stata creata da un insieme di foto scattate al tramonto, ed era nostra intenzione simulare un tramonto.
La differenza tra una scena prodotta con il “Physical Sun + Physical Sky” e una scena prodotta con il “Physical Sun + Dome Light” è notevole:

↑| Render Test | Comparazione |

Con l’applicazione dei materiali la differenza diviene ancora più marcata.

Valutare i diversi contributi di luce

Non dimentichiamo mai che ogni fonte di luce va valutata singolarmente.
Se conosciamo il contributo di ogni fonte di illuminazione presente nella scena sarà più facile trovare l’impostazione corretta.
Ad esempio, se la nostra scena finale prvede una mappa HDRI oltre al Physical SUN, dobbiamo eseguire dei test lasciando attiva una sola fonte i luce per volta:

↑| Render Test | Contributo del Physical Sun |

↑| Render Test | Contributo della Mappa HDRI |

↑| Render Test | Test definitivo (Physical Sun + Mappa HDRI) |

Ciascun contributo va ben calibrato in termini di esposizione e di contrasto, oltre che di intensità.
Quando tutte le luci sono attive possiamo fare un altro test e valutare, se occorre, di ritoccare i parametri delle singole fonti di illuminazione.

Come generare ombre dure con la sola mappa HDRI?

La tecnica che abbiamo visto sopra è interessante perchè offre la possibilità di gestire separatamente le ombre rispetto alla mappa HDRI. Tuttavia si tratta di un artefatto, non si può negarlo.
Per i test che seguono prendiamo questa mappa HDRI:

↑| Mappa HDRI | Fonte https://hdrihaven.com/ |

In questa mappa il sole è alto ed è intenso, e quindi ci si aspetterebbe che le ombre siano dure. Tuttavia quando applichiamo la mappa HDRI alla fonte di luce, il risultato è un immagine con ombre molto morbide (come se il cielo fosse coperto).

↑| Render Test 01 | Mappa HDRI applicata alla V-Ray Area Dome Light con impostazioni di default |

Per risolvere il problema possiamo ricorrere al “V-Ray Adv Bitmap”, si tratta di uno Shader che permette una qualità notevolmente superiore rispetto a quella consentita dalla normale gestione delle mappe interna a Cinema 4D. Ogni qualvolta si inserisce una bitmap texture andrebbe sempre usato il “V-Ray Adv Bitmap”, questa è la raccomandazione dalle fonti ufficiali di V-Ray /http://vrayforc4d.net/docs/vrayforc4d-manual/materials/v-ray-shaders/).
I vantaggi sono ancora più evidenti quando si usa una mappa con un ampia gamma dinamica, come è appunto il caso delle mappe HDRI.
Anzitutto vediamo come si attiva questo shader:

↑| V-Ray Light | Come attivare il V-Ray Adv Bitmap per la mappa HDRI |

↑| V-Ray Adv Bitmap | Scheda dei settaggi interni |

Adesso, con la stessa mappa HDRI applicata come texture alla “V-Ray Area Dome Light”, e riducendo di due stop l’esposizione, guardiamo la differenza di resa:

↑| Render Test | Attivando il V-Ray Adv Bitmap |

Come possiamo notare sono comparse le ombre, e non abbiamo avuto bisogno di ricorrere a nessun artefatto. Se volessimo usare la stessa mappa HDRI ma avere ombre morbide non dovremmo fare altro che intervenire sul contrasto:

↑| V-Ray Adv Bitmap | Modifica del parametro “Contast” dentro “Color Correction” |

↑| Render Test | Attivando il V-Ray Adv Bitmap e riducendo il contrasto a “-2” |

Se riduciamo il contrasto a “+0.1” e aumentiamo di uno stop la luminosità possiamo ottenere ombre molto delicate e leggermente sfumate.

↑| V-Ray Adv Bitmap | Modifica del parametro “Brightness” dentro “Color Correction” |

↑| Render Test | Attivando il V-Ray Adv Bitmap, aumentando di 1 stop la luminosità e riducendo il contrasto a “+0.1” |

L’importanza della gamma dinamica della mappa HDRI

La qualità della mappa a disposizione è molto importante. Ovviamente, le mappe non sono tutte uguali, e non posseggono la stessa gamma dinamica.
Ogni mappa può essere calibrata agendo sul valore di gamma.

↑| V-Ray Adv Bitmap | Il parametro Gamma è proposto pari a “1” di default |

Valori alti tenderanno a schiarire le ombre e a renderle più morbide.
Valori bassi tenderanno a scurire le ombre e a renderle più dure.
Oltre alla gamma si può intervenire anche sulla correzione colore. Per schiarire le ombre, come abbiamo già visto, si può ridurre il contrasto. Un valore di contrasto troppo basso non è – in genere – una buona cosa, tuttavia ha il vantaggio di schiarire le ombre mantenendo la leggibilità dei contorni.
Render Test | Comparazione | Variazione della Gamma mantenendo tutti gli altri parametri come proposti di default

↑| Render Test | Comparazione | Variazione della Gamma mantenendo tutti gli altri parametri come proposti di default |

↑| Render Test | Gamma 0.5 |

Riferimenti e consigli di approfondimento:

Da appassionato di fotografia ho avuto modo di consultare alcune pubblicazioni.
Per capire le caratteristiche fisiche della luce e alcune tecniche fotogragiche di base, ho trovato di grande utilità il testo di Syl Arena “La luce nella fotografia digitale” edito da Pearson.
Non si tratta di un testo particolarmente approfondito, ma è semplice, e la lettura risulta divertente e scorrevole. Tutti i concetti che si apprenderanno sono facilmente trasportabili all’interno di V-Ray.

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