مدخلك إلى الإضاءة والخامات في بلندر - سؤال و جواب

[dyf]

في هذا الموضوع سأطرح مقدمات للخامات والإضاءة في عالم الثري دي وفي بلندر بشكل خاص.. وسيكون الموضوع بصيغة سؤال وجواب وأرجو من الخبراء مشاركتي في الموضوع والإجابة على الأسئلة لأن وقتي ضيق هذه الأيام.

هذا الموضوع أستخدم فيه صور من عندي وأحيانا صور عامة من الإنترنت والتي سأضع مصادرها متى استخدمتها. أيضا أحيانا استخدم موديلات جاهزة من http://e2-productions.com/repository.

تستطيع الاستفادة من المعلومات هنا بالشكل الذي تراه مناسبا لكن رجاء لايحق نسخ ولصق محتوياته في مكان آخر. ولكن تستطيع الإشارة إليه برابط مع إضافة تعليق لك.

مصادر مهمة:

• كتاب Digital Lighting and Rendering
• ويكي بلندر
• أي درس في الخامات والإضاءة من الأقسام الثانية في المنابر

ماهي الخامة؟
أحب أن أعرف الخامة أو الـ material بأنها إعدادات معينة تحدد كيفية تفاعل الجسم مع الضوء. فليس من داع للتصيير إذا لم تكن هناك إضاءة وبوجود الإضاءة يبدأ الكمبيوتر بالعمليات الحسابية لتحديد كيفية تعامل الخامة مع هذه الإضاءة.

من هنا تجد أهمية الإضاءة لذلك سنبدأ بها أولا..

مالذي يحدد ما إذا كان الرندر جيدا أم لا؟
المحدد الوحيد لجودة الرندر وإعدادات الخامات والإضاءة هو العين البشرية. مهما بلغت درجة التعقيد في إضاءة المشهد وخاماته فهو لايعني الكثير إذا لم يرضي المشاهد. وبما أن العين البشرية متصلة بالدماغ والدماغ صعب فهمه لذلك فجودة الرندر أيضا تكون صعبة التحديد لأنها تختلف باختلاف المشاهد. لكن فهمك للخامات والإضاءة ودراستك للخامات في الواقع سيساعد في إنتاج رندر إن لم يكن واقعي يكون فني بإخراج مرضي.

ما أول ما يجب معرفته في الإضاءة؟
توجد الكثير من الفروق بين الإضاءة في العالم الثلاثي الأبعاد و الإضاءة في الطبيعة.. ففي الواقع لايوجد ضوء لا ظل له، بينما في البرامج الثلاثية الأبعاد بالإمكان وجود إضاءة بلا ظلال. كما بالإمكان التحكم بقوة الظلال ولونها وحدتها. فمعرفة الفرق بين الاثنين مهمة لإضاءة المشهد بصورة جيدة.
يجب أيضا أن تكون الإضاءة ملائمة لجو المشهد. فلا تضع إضاءة من نوع Lamp لمشهد خارجي في الظهر مثلا، وإنما يفضل استخدام إضاءة من نوع Sun التي تنتج ظلال هي أقرب لظلال الشمس الواقعية. أيضا لون الإضاءة يحدد الوقت والجو العام للمشهد.

[dyf]

ماهي أنواع الإضاءة في بلندر؟
أنواع الإضاءة في بلندر تشبه أنواع الإضاءة في أي برنامج آخر. لنلخص هذه الأنواع وخصائصها الأولية حتى نفهم كيفية عملها.

إضاءة النقطة (Lamp): هذا النوع هو أقرب في العالم الواقعي إلى إضاءة المصباح أو الشمعة فهو يبث أشعة الضوء من نقطة واحد صغيرة جدا إلى كل مكان في المشهد. لاحظ أن ظلال هذا النوع من الإضاءة تتسع كلما بعدت عن الجسم. أيضا كونها صغيرة جدا (حجمها يؤول إلا مالانهاية) يجعل من الصعب استخدامها لمحاكاة ظلال ناعمة (خصوصا في إصدارات بلندر ماقبل 2.46).



الإضاءة الموضعية (Spot): هذا النوع يفضل أحيانا عن إضاءة النقطة لأنه يوفر تحكم أكبر بالإضاءة والظلال. الإضاءة الموضعية تبدأ من نقطة صغيرة جدا كسابقتها ولكن تأثيرها محدد باتجاه واحد عوضا عن انتشارها في جميع الاتجاهات. اتجاه الإضاءة الموضعية ممكن أن يحدد بلف اتجاه الضوء إلى المكان المطلوب أو من خلال ربط اتجاه الإضاءة بجسم آخر في المشهد بحيث يتبع الضوء ذلك الجسم أينما ذهب.
الإضاءة الموضعية تتميز بإمكانية تحديد قيمة التضاؤل أو الانخفاض في الضوء (Falloff) على حدود المكان المضاء.



هنا تستطيع رؤية إضاءة بقيمة Falloff ضئيلة وأخرى بقيمة أعلى منها. لاحظ حدود الإضاءة على الأرض



لاحظ أن قيم الـ Falloff العالية التي تسبب تضاؤل متدرج يمكن دمجها بشكل أفضل إلى حد أنك لاتستطيع أن تميزها عن بعضها



إضاءة الشمس (Sun): هذا النوع من الإضاءة يتميز عن النوع السابق بأنه يعطي ظلال متوازية مع خط اتجاه الضوء. لأن الشمس تبعد عن الأرض آلاف الكيلومترات فإن الظلال تكون متوازية مع خط أشعة الشمس بعكس إضاءة النقطة. انتبه في هذا النوع أن مصدر الضوء لايهم موقعه فهو يبث إشعته إلى المشهد كله ولكن يهم أتجاه هذا البث لأنه يحدد اتجاه الإضاءة والظلال. لاحظ في الصورة أن الظلال مستقيمة وكأنها ناتجة عن مصدر ضوء بعيد جدا.



الإضاءة النصف كروية (Hemi): هذا النوع يحاكي الإضاءة الناتجة من ضوء شبه كروي مثل الغلاف الجوي للأرض وهو مفيد في محاكاة الإضاءة الخارجية إذا كان لونه مائلا إلى الزرقة. أيضا يفيد في حال احتاج المشهد إلى إضاءة محيطة (ولو أنه لايستخدم بهذا الشكل كثيرا لوجود طرق أخرى أفضل مثل AO). هذا النوع لا يمكن استخدامه للظلال لأنه لا يدعمها.
وهذه الإضاءة (مثل إضاءة الشمس) لا يهم موقعها لكن يهم اتجاهها.

هذا شكل توضيحي لنصف الكرة المميز لإضاءة الـ Hemi



وهذا الرندر تم بتلك الإضاءة



إضاءة المساحة (Area): هذا النوع من الإضاءة يحاكي الإضاءة الواقعية التي لها مساحة. جميع الأنواع السابق ذكرها لا تتأثر بحجم الضوء في المشهد بينما هذا النوع بالذات تتأثر إضائته بازدياد حجمه. إذا كان حجم إضاءة المساحة صغير فتأثيرها يشبه تأثير إضاءة النقطة. لكن عندما يكبر حجم مصدر الضوء، سيكون هناك مجال لأن يتداخل في الظلال فيجعلها تبدو ناعمة. هذا النوع هو المفضل للإضاءة الداخلية لأنه يعطي خيارات أكثر لكن استخدامه عادة لايفضل عند العمل على مشهد حركة بسبب أنها تحتاج إلى وقت رندر أكثر من غيرها



هل هناك مصادر أخرى للإضاءة؟
نعم وهي الإضاءة المحيطة التي موضوعها كان ولايزال محل نقاش كبير بين الفنانين والتقنيين في هذا المجال على حد سواء. أنواع الإضاءة المذكورة لاتستطيع محاكاة الإضاءة المحيطة بشكل جيد إذ أن المصير لا يعير اهتمام للضوء الذي ينعكس بين الأجسام أنفسها فلو وضعت قلما بجانب جدار أحمر لن ترى انعكاس الضوء من الجدار على القلم كما في الطبيعة. توجد الآن حلول كثيرة لمعالجة مشكلة الإضاءة المحيطة مثل ambient occlusion و radiosity و اللوغاريثمات الأخرى مثل path tracing و bi-directional و metropolis الموجودة في المصيرات الخارجية..

كما يوجد نوع من الإضاءة يسمى IBL أو Image Based Lighting وهو يستخدم صورة معينة لبث اشعة الضوء.. فتستطيع من خلاله وضع خلفية للمشهد وإضاءتها بالكامل من صورة الخلفية ذاتها.

هذه الصورة مثلا تمت إضاءتها كليا باستخدام الخلفية

[Monaime]

موضوع مفيد اخي ضياء و ان شاء الله يصبح كمرجع لكل مستخدمي البلندر .. بارك الله فيك

[وائل محمد]

موضوع جميل وانتظر منى رد افضل من هذا
برايي انا......وتقبل تحياتى

[إبن يس]

ممتااااااااااااااااااااز

ثبت يا عم سمران ^_^

[xMustaphax]

السلام عليكم
شكرا لك أخي على الموضوع المتميز
رمضان مبروك

[dyf]

هل من الممكن رؤية تأثير الإضاءة قبل الرندر؟
نعم يمكن بل يحبذ ذلك لكنه يستهلك من قدرة كرت الشاشة لذلك عليك الحذر إذا كان المشهد معقدا. بلندر يستخدم معلومات النقاط (vertices) لتحديد شدة الإضاءة فكلما زاد عدد النقاط تحتاج إلى قدرة أكبر لإظهار التأثير في منظور الـ 3d. لرؤية تأثير الإضاءة عليك أن تكون في وضع Shaded الذي تستطيع تفعيله من أزرار الـ 3d view header.. كما في الصورة التالية.



كما تستطيع الانتقال بين Shaded و Wireframe بضغط shift-Z.

لماذا لا أستطيع رؤية الإضاءة بدقة ولماذا يختلف تاثيرها عما أراه في الرندر؟
وضع الـ Shaded في الـ 3d view يستخدم كل نقطة في المشهد أو بالتحديد كل عامودي على النقطة (vertex normal) لتحديد الإضاءة لذلك يجب أن تعرف أين يتجه كل عمودي على النقطة في الأجسام المراد إضاءتها. لإظهار هذه الأعمدة عليك أن تكون في وضع Edit Mode، وفي وضع Editing في نافذة الأزرار كما هو موضح في الصورة أدناه ثم تفعيل زر Draw VNormals من تبويب Mesh Tools More. تستطيع التحكم في حجم الأعمدة الظاهرة من خلال قيمة NSize في نفس التبويب.



إضاءة الأجسام في نافذة بلندر تعتمد على شدة الإضاءة و موقعها (كما في الطبيعة)
وتعتمد أيضا على الزاوية بين الضوء وبين العمودي على النقاط أو vertex normals. إذا قلت هذه الزاوية إلى الصفر ستكون الإضاءة في أقصى قوتها. وكلما زادت الزاوية بين العمودي وبين اتجاه الإضاءة تقل شدة الإضاءة على تلك النقطة. يعني تحديدا الإضاءة تتعلق بـ "جتا" أو cosine الزاوية.

لاحظ في الصورة التالية أن الزاوية 2 أقل انفراجا من الزاوية 1 لذلك تأثير الإضاءة في النقطة التابعة للزاوية 2 يكون أشد.



في وقت الرندر يختلف هذا الكلام حيث أن شدة الإضاءة يتم حسابها لكل بيكسل في الصورة النهائية. خذها من هذا المنظور: الهدف من الرندر هو إظهار صورة، وأصغر وحدة للصورة في الكمبيوتر هي البيكسل. لذلك في وقت الرندر يعالج بلندر كل بيكسل في الصورة ويتتبع مايجب حسابه لإظهار ذلك البيكس بلونه المطلوب.
بمعني آخر بلندر يطلق إشعاعات لكل بيكسل من الكاميرا ويرى إن كان ذاك الشعاع يتقاطع مع جسم معين، إذا وجد بلندر ذلك الجسم يبحث بعد ذلك عن أي إضاءة تؤثر على الجسم ثم يقوم بحساب لون وخامة الجسم وهذه الطريقة طبعا أدق من لو استخدم المصير كل نقطة (vertex) لكنها تحتاج لحسابات أعقد.

إذن لاستخدام وضع Shaded بشكل صحيح عليك أن تعرف الفرق في حساب الضوء بينه وبين الرندر النهائي.

مامعنى Diffuse و Specularity ومادورها في الرندر؟
سؤال مهم جدا
diffuse كلمة تطلق على الضوء المنتشر على الجسم. عندما تشع قليلا من الضوء على معظم الأجسام تجد أن بقعة كبيرة من الجسم تستجيب للضوء وكأن الضوء ينتشر على سطحها ويتلاشى بشكل ناعم بعد ذلك.
specularity هي اللمعة التي يسببها الضوء على الجسم. بعض الأجسام ليس لها لمعان كبشرة الإنسان الجافة، وبعضها يوجد لها لمعان خفيف مثل أوراق الأشجار وبعضها لمعانها قوي مثل البلاستيك أو الحديد.

في برامج الثلاثية الأبعاد تستطيع تطبيق إحدى الخاصيتين أو كلاهما في كل خامة أو تستطيع إطفاءها بشكل كامل من الضوء نفسه. في بلندر عندما تختار الضوء تجد في أزرار الإضاءة زري No Diffuse و No Specular.



بعض المصممي يطفئ إضاءة الـ Specular ويعمل على إضاءة الـ Diffuse حتى يتمكن منها ثم يفعل الـ Specular ليطبق التعديلات اللازمة.

في هذه الصورة تجد من اليمين لليسار: إضاءة الـ diffuse، إضاءة الـ specular، الاثنتان معا.



أظن هذا يغطي بشكل عام الإضاءة في بلندر وسننتقل للخامات. إذا وفقنا الله ووجدنا وقت تكلمنا أكثر في الإضاءة من الناحية الفنية وللعلم فيوجد في المنتدى مصادر جيدة مثل هذا الدرس الخاص بإضاءة الاستوديو:
http://www.maxforums.net/showthread.php?t=93824

[dyf]

وشكرا لمن رد على هذا الموضوع خصوصا الأخ منعم على تشجيعه الدائم
وأرجو السؤال إذا وجدت نقطة لم تفهم.

[mangawy]

موضوع يستحق التثبيت
بارك الله فيك أخي ضياء
حقا لفتة جميلة

[Mrzik]

بارك الله فيك عزيزي ضياء موضوع قيم و يستحق الاهتمام
+
الله يجعله في ميزان حسناتك يا غالي ^^

[jagalinho]

موضوع ممتاز أخي ضياء شكرا على المجهودات الطيبة + أتمنى أن تضيف إلى هذا الموضوع الرائع الذي هو مرجع لنا جميعا بعض النقاط الجديدة و ذلك للتعمق في الموضوع

[العقرب77]

موضوع ممتاز يا ضياء وإن كان هناك في الحقيقة بعض النقاط التي تستوجب النقاش

[علي5005]

أول شي مبروك عليك وعلى المؤمنين شهر رمضان
ثاني شي يعطيك الف الف الف عافيه على هذا الموضع الي يستحق التثبيت.
طله جميله منك أخي ضياء والله عاجز عن التعبير
كل الي اقدر أقوله
الله يوفقك يا رب

[samran]

شكرا على الموضوع الجميل ^_^

[dyf]

ماشاء الله شكرا للجميع على هذه الدفعة القوية والله يعيننا على إكمال الموضوع بالشكل المطلوب.. ومبروك عليكم الشهر.

العقرب77: إذا هناك نقاط للنقاش أتمنى أن تطرحها لكي يستفيد الجميع.

[وائل محمد]

الموضوع يستحق التثبيت

[dyf]

قبل الانتقال إلى الخامات، أتى سؤال مهم في بالي.

ماهو المؤثر على إضاءة الـ Diffuse وماهو المؤثر على إضاءة الـ Specular؟
إضاءة الـ diffuse تتأثر بموقع الجسم بالنسبة للضوء كما هو الحال في الطبيعة فعندما تنقل الإضاءة إلى الجهة الآخرى من الجسم ستضيء تلك الجهة وتظلم الجهة الأخرى.
إضاءة الـ specular أيضا تتأثر بموقع الجسم بالنسبة للضوء (بالإضافة للأشياء المذكورة سابقا، كشدة الإضاءة) ولكن أضافة إلى ذلك فهي تتأثر بموقع الكاميرا من المشهد أي أن تأثير الإضاءة له علاقة بالمنظور الذي نختاره للنظر إلى الجسم. جرب هذا الشيء بنفسك. صمم مشهد قريب من الموجود في الصورة ثم إذهب إلى وضع Shaded لترى تأثير الإضاءة. بعد ذلك حرك في الضوء. ستجد أن هناك لمعتان تتبعان الضوء، اللمعة الأقوى منهما هي الـ specular. الآن إختر الكاميرا لوحدها وحركها. ستلاحظ أن إضاءة الـ diffuse لاتتأثر بينما إضاءة الـ specular تتبع الكاميرا كذلك. هذا الشيء ستراه أكثر من مرة في الخامات. بعض الخامات تتأثر بالضوء فقط والبعض الآخر يتأثر بالضوء وبموقع الكاميرا بالنسبة للجسم لذلك حاول أن تتعود على هذا الشيء.

هذا المشهد الأساسي:



عندما نغير موقع الضوء، تتغير الإضائتين.



عندما نغير موقع الكاميرا، تتغير إضاءة الـ specular فقط.

[dyf]

بعد أن تم تعريف الخامة. ماهي الأشياء الأساسية المهمة في الخامة؟
في الحقيقة الأمر يعتمد على الجسم وعلى جو المشهد المطلوب فإذا كنت تطمح للواقعية يكون أدق التفاصيل مهما. لكن في الخامات بشكل أولي عليك فهم المقصود بالشيدر (shader) لذلك يأتي السؤال التالي.

ماهو الـ shader ومامعنى أسمائه المختلفة ومالفرق بينها؟
shader: الشيدر هو ببساطة مجموعة إعدادات تعطي تحكم أفضل في كيفية تعامل الجسم مع الضوء. سنتعلم الفرق بينها عمليا الآن.
لكي لاتصدم بالحقيقة، إعلم أن المصطلحات غريبة لأنها تسمى بإسم مخترعها (إن صح التعبير).
إذا أردت معرفة معلومات أكثر عن مصمم الشيدر وتفاصيله الرياضية، هذه الصفحة من ويكيبيديا مفيدة:
http://en.wikipedia.org/wiki/List_of...ing_algorithms

بالإمكان في بلندر اختيار شيدر لتأثير الـ diffuse وآخر للـ specular في الخامة. حاليا سنعمل على تلك التابعة للـ diffuse ونترك specular إلى مابعد. أول مايجب عمله هو إلغاء تأثير الـ specular وذلك يتم إما من خلال الضوء كما ذكرنا أو من خلال سحب تأثير الـ specular إلى الصفر في الخامة (أو الخامات إذا كان هناك أكثر من جسم).



تستطيع اختيار الشيدر الخاص بتأثير الـ diffuse من هنا:



Lambert: هذا الشيدر هو أبسط الأنواع وهو يعطي انتشار جيد ومنتظم على الخامة. لهذا النوع مزلاق واحد يتحكم في كمية تأثره بالضوء (Reflectance) معظم الأنواع الأخرى تتفرع من هذا النوع. عادة لا تحتاج لتغيير هذه القيمة. وبما أن هذا الإعداد بالذات مشترك في كل أنواع الشيدر الأخرى سنبقيه على قيمته الافتراضية (0.8)



Oren-Nayar: هذا الشيدر يشبه الـ Lambert لكن يعطي تحكم في تدرج اللون من بقعة الضوء إلى المنطقة المظلمة. قيمة صفر تجعل شيدر الـ Oren-Nayar مثل الـ Lambert بالظبط. ولكن قيم أعلى لإعداد الـ Rough تجعل الضوء ينتشر بشكل أكبر.



Toon: هذا النوع يستخدم عادة لإعطاء جو كرتوني للمشهد لكن يمكن استخدامه في حالات أخرى. عند اختياره ستجد قيمتين: Size تحدد كمية انتشار الضوء على الجسم، قيم أعلى تعطي انتشارا أكبر. وقيمة Smooth تحدد مدى نعومة الحد الفاصل بين الجزء المنير والجزء المظلم في الخامة. في المجموعة الأولى من هذه الصور تجد تأثير الـ Size وفي الثانية تأثير الـ Smooth





Minnaert: هذا النوع يوفر مزلاق يدعى Dark وهو يتحكم في شدة إضاءة أو اسوداد الخامة عند النظر إليها من الكاميرا. قيمة 1.00 تجعل هذا النوع مثل الـ Lambert بالضبط. و عندما تزيد القيمة عن 1.00 ستجد أن الخامة تسود أو تظلم من جهة المشاهد. بينما قيم أقل من 1.00 تزيد من إضاءة هذه المنطقة. هذا النوع هو الوحيد الذي يأخذ الكاميرا في عين الاعتبار (من أنواع الـ diffuse طبعا).



لاحظ عندما حركنا الكاميرا في وضع Shaded، تحرك معها اسوداد إضاءة الـ diffuse. هذا التأثير قد يكون مفيدا إذا كانت نعومة السطح لايمكن تحقيقها باستخدام الأنواع الثانية



Fresnel: هذا النوع طريقة عمله صعبة الفهم نوعا ما. فهو يزيد اسودادا عند الجهة المقابلة للضوء بدلا من أن يقل. وإعداداته تتحكم في مقدار هذا التأثير. قيمة Fresnel تزيد من المساحة السوداء المتأثرة بالضوء و Fac أو (Factor) يتحكم في مدى اندماج منطقة السواد مع البياض. بعض المصممين يغيرون عشوائيا في هذه القيم إلى أن يحصلوا على التأثير المطلوب.

[samran]

جمييييل جدا أخي معلومات جميله شكرا و متابع معك ^_^ .

[Monaime]

هذه المواضيع و لا بلاش .. جازاك الله عنا كل خير في هذا الشهر الكريم

متابع معاك أخي ضياء ..