От кино до Unreal:

Введение

Привет всем! Я Скотт Макграт, художник по освещению в игровой индустрии, сейчас работаю в Halon Entertainment. После окончания университета я десять лет работал в киноиндустрии, занимался кинематографией и освещением. В конце концов, я был готов к смене карьеры и снова обратил внимание на свою любовь к играм. Как только я узнал о художниках по освещению, это стало моей новой целью, и с тех пор я следую этому пути. Я прошёл курс «Освещение в играх» в CGMA, создал начальное портфолио, и несколько месяцев спустя мне посчастливилось устроиться на нынешнюю должность. Это был удивительный путь, и каждый шаг подпитывался страстью к тем пересечениям, где искусство встречается с наукой.

Я всегда стремлюсь к обучению и расширению своих навыков и знаний. С этой целью мне нравится продолжать работать над личными проектами по освещению, насколько позволяет время и энергия. Недавно я завершил проект Simplistic 4 — задание по освещению, которое мне дал замечательный наставник Томаш Бентковски. Он предоставил ссылки на четыре простых изображения для интерпретации и воспроизведения. Давайте погрузимся в это!

Перевод традиционных техник освещения в UE5

Мой опыт работы со съёмкой и освещением живых сцен действительно дал мне большой первоначальный импульс, когда дело дошло до изучения освещения в Unreal Engine. В кино я почти всегда работал на натуре, а не в студиях — «лица в пространстве» были игрой, и я обнаружил, что общий подход к освещению в реальном времени и 3D был довольно похож.

Работая на съёмочных площадках, особенно на натуре, вы всегда работаете в условиях ограничений времени и бюджета. Иногда, чем больше ваша команда борется с этим потоком, тем хуже может стать опыт и результат. Вместо этого вы учитесь, как всё упростить и свести к минимуму своё присутствие, насколько это возможно. Когда мы применяем высокоуровневый подход, сосредотачиваясь на том, что существенно для сцены, такой способ работы может стать более естественным и помочь вещам развиваться как в повествовании, так и в технике.

На абстрактном уровне это действительно вполне соотносимая с кино философия: всегда прислушивайтесь к тому, что вам говорит история, персонажи и окружение. Что важно в этой сцене или моменте? Как мы отделяем определённых персонажей или декорации от этого большего мира с помощью освещения? Каков тон и эмоциональное состояние нашей точки зрения? Каковы практические источники света в этом мире, чтобы мотивировать наше освещение?

Когда дело доходит до практических аспектов достижения нужного вида, неудивительно, что многие техники используются одинаково в разных средах. И многие инструменты очень знакомы! Точечные источники света, прямоугольные источники света, точечные источники света, глобальные источники света, отражающие карты, практические источники — всё это очень хорошо переносится из реального мира, как и предполагалось.

Что касается рабочего процесса, то определение свойств ключевого света является основным шагом — его направление, интенсивность, мотивация, размер источника, цветовая температура и т. д. Я считаю, что новички всегда должны уделять этому больше времени, чем они думают необходимым. Но это всегда основа и фундамент освещения сцены, и настройка этого помогает сделать весь остальной процесс более плавным и естественным. Далее нужно найти правильное количество разделения и глубины с помощью контурного освещения, используя заполняющий свет и отражатели, чтобы достичь идеального соотношения контрастов, и устраняя горячие точки, которые отвлекают от фокуса вашего кадра. Я думаю, что WYSIWYG-природа Unreal Engine 5 облегчает новичкам задачу — они могут сразу приступить к работе, начать экспериментировать с освещением и сразу увидеть результаты принимаемых решений.

Работа с референсами

Для этого проекта Томаш выбрал для меня четыре эталонных изображения, чтобы я мог воспроизвести их внешний вид. Цель состояла в том, чтобы сосредоточиться на освещении некоторых «простых» сцен и продолжить развивать своё понимание того, как лучше всего перевести свой опыт работы с живыми сценами в работу с 3D-средами и материалами. Они были выбраны из-за их способности быстро создавать их, используя только примитивные формы в движке. А чёрно-белый формат был выбран, чтобы помочь сосредоточить внимание на яркости, контрасте и т. д. Я назвал проект Simplistic 4 почти с некоторой иронией, потому что каждый из них был своей маленькой кроличьей норой, в которую можно было погрузиться. Но это-то и сделало его увлекательным вызовом!

Четыре референсные сцены:

В самом начале работы со светом я понял, что передо мной стоит выбор: задача этого упражнения — имитировать только суть этих референсов и посмотреть, насколько близко я смогу подойти с помощью простой и «реалистичной» настройки освещения? Или же цель — максимально точно соответствовать референсу и принять возможность чрезмерной сложности? Я выбрал второе, но это всё равно было (и, полагаю, всегда будет) балансировкой.

Рассматривая любые референсные изображения, важно помнить, что они (скорее всего) также были подделаны. Поначалу легко предположить, что эти референсы — просто фотографии, прямо с камеры, освещённые только естественным светом. Ладно, за исключением более абстрактного изображения лестницы. Но мы обманываем в кино, мы обманываем в играх, чёрт возьми, мы обманываем во время звонков по Zoom. В случае с фотографиями из референсов и кадрами из фильмов этот обман может принимать форму использования искусственного освещения на съёмочной площадке или ретуши и коррекции, выполненной в постпродакшне. Всё — это просто ссылка на ссылку на ссылку. Это не значит, что не важно понимать основы физического освещения (это критически важно!), но если ваша цель — имитировать конкретное изображение, об этом полезно помнить.

Давайте посмотрим на референсное изображение для «PlantHallway» в качестве примера того, что нужно проанализировать. Для начала вы можете увидеть, что есть очень сильный источник света, идущий с двух разных направлений. Для этого может быть множество объяснений, и мы можем только догадываться о том, чего не видим за пределами кадра.

Настройка освещения

Основа освещения каждой сцены — довольно простая настройка с использованием стандартных актёров UE5. Я использовал динамическое глобальное освещение и отражения через Lumen. Чтобы установить основной ключевой свет и атмосферу, я использовал направленный свет, атмосферу неба и небесный свет. Интенсивность направленного света была установлена в соответствии с реальными физическими значениями, а небесный свет был настроен на захват сцены в реальном времени, без HDRI. Хотя я не планировал, что это будет строго физически обоснованное упражнение, использование отправной точки PBL позволило мне быстро настроить экспозицию и заложить основу для внешнего вида.

Для дальнейшего освещения я использовал различные локальные источники света, блокировщики света и время от времени отражающую карту. Большинство локальных источников света были очень широкими прямоугольными источниками света, чтобы обеспечить более равномерное освещение или помочь сгладить спад теней в определённых областях. Тени трассируются лучами, и, поскольку это всего лишь статические композиции, я увеличил количество «образцов на пиксель» для большинства моих источников света, чтобы минимизировать шум и артефакты.

Вот снимок «PlantHallway» до и после добавления локальных источников света:

Для сцены «LonelyBall» референс показывает очень широкий и мягкий свет, исходящий из отверстия справа на экране. Чтобы добиться такого эффекта, я повернул направленный свет так, чтобы он не освещал сцену напрямую. Затем небесный свет освещает комнату непрямым светом, и я выставил камеру на такой уровень освещённости. Однако одного небесного света было недостаточно — ему не хватало ощущения направленности, блеска и чёткости контактных теней от мяча. Чтобы усилить небесный свет, я разместил отражающую карту за пределами кадра. Направленный свет попадает в эту отражающую карту и обеспечивает немного более яркий непрямой свет.

Поскольку практически весь свет, падающий на сцену, был непрямым, ему всё равно не хватало блеска и направленности, особенно на мяче. Я добавил прожектор, чтобы добавить немного этого в микс.

До и после:

Наконец, я добавил несколько блокировщиков света, чтобы добавить контрастности и сформировать спад освещённости на определённых участках сцены. Блокировщики света — это просто примитивные плоскости с нанесённым чёрным матовым материалом. Поскольку они должны были появиться в кадре, я включил параметры «Скрытый в игре», «Скрытая тень» и «Влияние на непрямое освещение, пока скрыт» для плоскостей.

До и после:

Пост-процесс

В кино существует стереотип, что многие студенты и любители кино решают снять чёрно-белый фильм, потому что думают, что это автоматически сделает его круче. К сожалению, зачастую получается обратный эффект, потому что для хорошего чёрно-белого изображения требуется так много вещей, которыми новички ещё не овладели. Рендеринг монохромных композиций действительно обнажает ваше освещение. Без информации о цвете вы сталкиваетесь с недостатками своего мастерства с точки зрения передачи реализма через слои и глубину.

В этом проекте я довольно упорно пытался добиться этого в основном за счёт освещения и материалов, а не за счёт кривых тонального отображения и тяжёлой постобработки. Я не трогал стандартное тональное отображение Unreal, но в итоге немного подкорректировал цвет, чтобы довести дело до конца на 5% или около того. Хотя я чувствовал, что готов справиться с этими препятствиями с помощью одного только освещения, очень быстро стало ясно, насколько я буду зависеть от манипуляций с шейдерами, чтобы пройти оставшийся путь.

Роль материалов и шероховатости поверхности

Давайте углубимся в материалы! Это было, безусловно, самым большим препятствием для меня в этом проекте. И, вероятно, над этим я работал больше всего, потому что... я не художник по окружению. В моих предыдущих личных проектах я мог в принципе сделать достаточно, чтобы оформить декорации, настроить шейдеры и т. д., чтобы довести их до «достаточно хорошего» уровня. Но на этом мои навыки заканчивались. После отправки одного из раундов моих рендеров Томашу на просмотр, он сообщил мне, что освещение было почти готово, но мне нужно было добавить гораздо больше деталей и разнообразия поверхностям. Цель состояла в том, чтобы усилить ощущение естественного реализма, добавив больше разнообразия значениям Roughness и Albedo, а также минимизировав заметную плитку текстуры.

В кинематографе и освещении вы зависите от того, что находится перед объективом: декорации, костюмы, реквизит и т. д. Так что, хотя это была якобы задача по освещению, пришло время улучшить свои навыки работы с окружением. Все эти сцены изначально были построены с использованием примитивных кубов с применёнными текстурами Megascans. И хотя Megascans относительно детализированы, они могут выглядеть довольно плоско и нереалистично, если просто применить их к плоским кубам.

Я обратился к людям, гораздо более опытным, чем я, и получил предложения по реализации детальных текстур, смещения и наклеек. На большинство поверхностей я добавил слой текстур Albedo и Normal, и это уже было большим улучшением. Затем я использовал смещение Nanite и смешивание материалов с помощью вертекс-пейнтинга. Easy Mapper, инструмент UE5, созданный Уильямом Фэшером, был простым и удобным способом начать работу с этим. Его мастер-материалы позволили мне легко внедрить смещение, смешивание между тремя разными материалами, слой лужи и т. д. Вертекс-пейнтинг позволил мне быть очень конкретным в художественном направлении, и я мог точно контролировать размещение и интенсивность смесей. Наконец, добавление нескольких наклеек добавило последний штрих разнообразия и повествования, чтобы помочь сделать пространство живым и «обжитым».

Вот несколько рендеров с более-менее окончательным освещением до и после применения этих техник. Вы можете увидеть, насколько игровой выглядела сцена изначально! До:

После:

Все вместе, вот небольшой таймлапс WIP всех четырёх сцен с итерациями освещения и искусства:

Настройка камеры

Для съёмки этих сцен я использовал Unreal's Cine Camera actor с очень простой настройкой. Я перенёс камеру на уровень, зафиксировал её на месте и установил соотношение обрезки в соответствии с соотношением сторон эталонного изображения для этой сцены. После того как я в основном заблокировал сцену примитивами, я сверялся с эталонным изображением, чтобы почувствовать, какую длину фокуса они использовали для его захвата. Я не был очень научным на этом этапе; я просто посмотрел на эталон, сделал предположение, основанное на своём опыте, а затем отрегулировал длину фокуса, чтобы получить уровень сжатия глубины, более или менее соответствующий.

Я не стал использовать настройки экспозиции физической камеры для этого проекта. Как только я был доволен своим первым шагом освещения, установив ключевой свет, я установил для камеры режим экспозиции «Ручной» и настроил компенсацию экспозиции так, как казалось правильным для ключевого света и базовой экспозиции.

3D и кино в реальной жизни: различия

Ранее я упоминал, что, как и в кино, зачастую простота является ключом как к процессу, так и к результату. Когда дело доходит до визуального повествования, мы иногда спрашиваем: «Какой выбор более интересен?» Часто это не самый сложный выбор. Но в live-action часто бывают случаи, когда вам хотелось бы просто обмануть законы физики или обойти ограничения времени или рабочей силы и сделать немного больше, поставить ещё один свет сюда, более полно заблокировать солнце там и т. д.

Но в 3D у вас почти неограниченная власть и контроль (и время, если вы работаете над личными проектами). Это и благословение, и проклятие. Хотите добавить немного заполняющего света на потолок? Легко. Уменьшить интенсивность солнца в определённых частях вашего окружения? Сделано. Прикрепить движущийся свет к актеру в вашей сцене? Без проблем. Я постоянно повторял, добавляя в сцену всё больше и больше, опьяненный силой возможности осветить каждый пиксель. Но много раз больше — не значит лучше, и то, что вы можете, не значит, что вы должны. Это был интересный урок, который пришлось выучить заново во время моего карьерного перехода.

Если вы пришли из мира кино, вам нужно будет привыкнуть к другому подходу в освещении — использованию отражённого света и диффузии. В кино и фотографии мы почти всегда размещаем оборудование перед источниками света, чтобы смягчить их (диффузия). Существует огромное количество различных видов диффузионных гелей и тканей, каждый из которых может кардинально изменить блеск и качество теней источника. Хотите, чтобы ваш небольшой источник света казался большим, с множеством обтекаемых форм и мягкими тенями? Установите раму размером 12'x12' с полной сетчатой тканью. Поступая так, вы фактически меняете источник с лампы на диффузионную раму, и он ведёт себя как гораздо больший источник. В Unreal нет простого способа эмулировать такую диффузию «из коробки». Однако вы можете использовать «сети», которые представляют собой блокировщики света различной прозрачности, с небольшой работой шейдеров. Если вы ожидаете, что полупрозрачные материалы будут вести себя как диффузия, вы будете так же разочарованы, как и я! Вместо этого размер источника регулируется напрямую через свойства света (ширина и высота для прямоугольных источников света, радиус источника для направленных, точечных и прожекторных источников света), к чему нужно немного привыкнуть. Не говоря уже о том, что вы можете настроить как зеркальный, так и диффузный множитель (и нарушить PBR в процессе!), если захотите.

Сходное, но отличающееся, отражённое освещение немного более удобно в освоении. Lumen принёс динамическое глобальное освещение в массы, и благодаря этому отражённое освещение более или менее работает как ожидалось, хотя и с оговорками. Lumen (давайте оставим трассировку пути за рамками этого обсуждения) — это скорее кувалда, чем зубило. Он отлично справляется с широкими мазками, но не имеет нюансов физического непрямого освещения. Как и в случае с диффузией, специалисты по освещению в кино и фотографии используют бесчисленное количество различных инструментов для отражения света с разными качествами. От острых и блестящих зеркал до идеально матовых и шероховатых поверхностей — все эти поверхности для отражения света дают разные результаты. В Lumen непрямой свет, создаваемый при отражении, отлично способствует диффузным значениям, но не особо подчёркивает блеск, независимо от материала сетки, используемой для отражения света.

Скотт Макграт, художник по освещению

Интервью проведено Арти Сергеевым