Подобно нашим смартфонам, Unreal Engine автоматизирует экспозицию, принимая на себя всю сложную работу, связанную с виртуальными мирами. Хотя это и удобно, но может создавать трудности при настройке значений ключевых компонентов освещения и работе над несколькими проектами с разными настройками.
В этой статье мы рассмотрим, как реализовать аналогичный практический подход к освещению в Unreal Engine 5. Мы рассмотрим настройку рабочего процесса физически корректного освещения (PBL), разберемся, как измеряется экспозиция, и настроим реальные значения для направленного света и объемов постобработки. Также подробно изучим тональную компрессию и локальную экспозицию, чтобы имитировать процесс редактирования.
Что такое физически корректное освещение и зачем его использовать?
PBL подразумевает использование реальных, измеримых величин и единиц освещения, таких как люксы и люмены, для более точной имитации источников света, таких как солнце, лампа или свеча. Это позволяет создавать более предсказуемое освещение с последовательными результатами, подобно тому, как это происходит на съемочной площадке или в процессе производства.
Пример автоэкспозиции
Ниже представлен пример автоматической экспозиции Unreal Engine. Слева направленный свет установлен на 10 люкс, а справа — на 100 000 люкс. Однако воспринимаемая яркость сцены остается неизменной, что затрудняет точную настройку значений и балансировку источников света. Включив отладку HDR (адаптация глаза) в разделе «Показать» > «Визуализация», мы можем увидеть значение EV для каждой сцены.
Среднее значение EV100 для левой стороны кадра составляет 0,8, а для правой — 14 EV.
Важно также помнить, что хотя существуют произвольные значения для общих условий освещения, они не учитывают погодные условия, атмосферу, местоположение и даже облачность. Поэтому их следует использовать в качестве ориентира для установления более точных соотношений между освещенностью и экспозицией, а не как набор определенных чисел.
Мы можем рассчитать EV100, используя формулу, основанную на конкретных выбранных нами справочных фотографиях.
Примечание: Скорость затвора = (1 / Время) = Доля секунды
EV100 = (log2 (Диафрагма² / (Выдержка) * 100 / ISO))
Также для расчета можно использовать этот сайт: https://www.omnicalculator.com/other/exposure
Введя указанные выше значения диафрагмы, выдержки и ISO, мы можем получить следующее значение для 10,9 EV:
Если мы перейдем к Unreal, то сможем рассмотреть, как правильно настроить объем постобработки в соответствии с желаемым EV.
Как упоминалось ранее, Unreal обычно включает автоэкспозицию по умолчанию, если только это специально не изменено в PPV. Другой распространенный подход — ограничить минимальное / максимальное значение EV до 1 и настроить яркость сцены с помощью компенсации экспозиции. Однако это физически некорректно и не коррелирует с реальными значениями.
Можно применить вышесказанное на практике, используя демонстрационную сцену из Quixel. Для начала установим направленное освещение на 100 000 люкс — значение, подходящее для солнечного или слегка облачного дня с полуденным солнцем, — и настроим минимальное / максимальное значение экспозиции (EV) на 13.
Это дает хорошую основу для начала рассмотрения ключевых / заполняющих соотношений и локальной экспозиции.
Вот общее правило для соотношения ключа и заполнения:
- 4:1 прямое освещение / тень
- 3:1 восход / закат
- 2:1 пасмурно
Используя отладку HDR, мы можем точечно замерить экспозицию между ключевым и заполняющим светом, чтобы получить наши соотношения. Ниже отрегулировали интенсивность направленного света в диапазоне 100k / 50k / 10k, чтобы проиллюстрировать эти соотношения.
Хотя значения EV и люкса обеспечивают прочную техническую основу, в конечном счете именно художник должен подобрать освещение, которое будет соответствовать желаемому настроению и повествованию. Реализм — это лишь отправная точка, а художественный замысел воплощает его в жизнь.
Можно дополнительно настроить общую экспозицию, используя локальную экспозицию и тональную компрессию. Этот подход очень похож на подход к фотографии, где RAW-файл редактируется путем корректировки теней и светлых участков и использования тоновой кривой для настройки общей контрастности.
Будем использовать демоверсию Epic Games Electric Dreams для демонстрации повторного освещения с использованием метода PBL.
Применяем фотореференс справа, чтобы продемонстрировать возможности тональной компрессии и локальной экспозиции для улучшения сцены Unreal и получения более реалистичного результата.
Используя данные EXIF, рассчитали значение EV сцены, которое составило 9,5, а поскольку эталонная съемка производилась в полдень довольно яркого солнечного дня, установили направленный свет на 100 000 люкс.
Хотя эти настройки отлично работают в условиях прямого освещения, мы можем заметить, что освещение в тенях выглядит довольно темным.
Первой мыслью было бы либо увеличить интенсивность освещения небом, что приведет к плоской сцене, лишенной глубины, либо увеличить компенсацию экспозиции, что вместо этого приведет к пересвеченным бликам и слишком сильному подъему в теневых областях изображения.
В качестве последнего средства, сохраняя компенсацию экспозиции +2EV, мы могли бы попробовать уменьшить интенсивность солнечного света до 25 000 люкс. Однако это снова вернет нас к исходной точке с темным изображением.
К счастью, Unreal Engine включает в себя множество инструментов локальной экспозиции и тональной компрессии в объеме постобработки, которые позволяют нам точно настраивать нашу сцену с гораздо большим контролем, чем предыдущие подходы.
Мы можем снизить контрастность светлых участков , чтобы восстановить детализацию в самых ярких областях изображения. Если вы когда-либо использовали Lightroom / Adobe Camera Raw , представьте себе, что это ползунки регулировки светлых и темных участков.
Мы также можем настроить общую тональную компрессию сцены, используя настройки пленки . Опять же это очень похоже на тоновую кривую в LR или ACR.
Носок — это изгиб в левом нижнем углу (тени).
Наклон — это средняя часть (средние тона).
Плечо — изгиб в правом верхнем углу (светлые тона).
Для этой сцены мы подняли значение теней (toe) с 0,55 по умолчанию до 0,38 и немного увеличили контрастность в средних тонах, увеличив наклон. Также уменьшили значение светлых участков в настройках локальной экспозиции, чтобы устранить обрезку светлых участков.
Хотя разница и незначительная, ее можно увидеть на гистограмме / тоновой кривой на изображении ниже.
Наконец, отрегулировали баланс белого до немного более теплой температуры, как на эталонном изображении, увеличил общую глобальную насыщенность до 1,1 и слегка увеличил усиление для светлых участков и теней до желто-зеленого оттенка.
Это очень краткое введение в PBL-освещение, но, надеемся, оно вдохновит вас на создание собственных сцен или игр с использованием нового подхода.
Главные преимущества — это физически точное соотношение источников света и корректные значения экспозиции сцены. Хотя вы можете легко удвоить интенсивность света и вдвое уменьшить экспозицию, чтобы сохранить ту же яркость сцены, с увеличением количества зон быстро возникает путаница, особенно если вы совмещаете внутренние и внешние сцены.
PBL создает прочную основу, которую можно использовать для различных продуктов, таких как игры, фильмы и виртуальное производство, и поддерживает паритет, позволяя художникам легко приступать к проектам без каких-либо догадок.
Настоятельно рекомендуем провести собственные исследования освещения с использованием PBL, особенно с использованием фотографий, сделанных вами самостоятельно (даже на смартфон), поскольку это позволит получить точное значение EV сцены для базовой точки отсчета.
Освещение, как и фотография, может зависеть от множества переменных; однако возможность контролировать основные принципы дает гораздо больше свободы для экспериментов и творчества.
