Основы освещения и рендеринга. Источники света

Отраженный свет

Цвет отраженного от поверхности света зависит от цвета отражающей поверхности. Белые предметы отражают все световые волны, черные объекты полностью поглощают свет. При попадании белого света на красный предмет синие и зеленые волны поглощаются, а красные отражаются (я рассказываю только об основных цветах для простоты описания). Поэтому красный предмет будет освещать соседние предметы красным отраженным светом. Это явление называется рефлекс.

Деревянные жалюзи отбрасывают рефлекс на стену.

Отраженный от лепестков мака свет окрашивает брюшко пчелы в характерный красный цвет.

Рефлекс проявляет только при ярком свете, в мягком или тусклом освещении этот феномен исчезает. Если рядом расположены предметы одинакового цвета и они освещены ярким светом, то этот эффект усиливается, рефлекс из-за нескольких переотражений становиться очень насыщенным.

Насыщенный рефлекс за счет нескольких переотражений в ярком дневном свете.

Светлые и темные тона

В большинстве случаев свет и тень сбалансированы, т.е. светлых и темных цветов примерно одинаково. Однако в некоторых ситуациях в изображении может преобладать больше светлых или темных оттенков. Иногда это происходит из-за объективных факторов, например, мы изображаем снег или туман (светлые тона), или имитируем ночное освещение (темные тона). А иногда это делается умышленно, чтобы передать нужное нам настроение.

Светлые тона

На изображениях в светлых тонах преобладают белые и светло-серые оттенки, изображение кажется легким и воздушным. Как правило, это мягкие изображения с легкими размытыми тенями.

Фотография с минимальной цветовой палитрой – много белого цвета и немного черного и темно-серого.

Темные тона

Изображения в темных тонах плохо освещены и имеют, как правило, высокий контраст. Подобные изображения создают мрачное настроение у зрителей и обычно используются именно для этого.

Мрачное настроение создано с помощью темных тонов.

Баланс белого

Большинство источников света, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, имеют цветовой оттенок, но наш мозг отфильтровывает эту информацию. Если в источнике света присутствуют все три основных цвета, неважно в каких пропорциях, то мы воспринимаем такой свет как белый.

Чтобы продемонстрировать этот феномен, мы взяли цифровую фотокамеру с настроенным на дневной свет балансом белого. Первая фотография сделана в комнате, основной источник света – окно. Погода на улице пасмурная, поэтому освещение практически нейтральное по цвету.

Следующая фотография была сделана при зашторенном окне и включенной лампе накаливания 60 ватт.

Цвет последней фотографии, наверное, вас удивит. Наш мозг отфильтровывает эту цветовую информацию, обычно мы не замечаем цвет, который добавляют лампы накаливания. Последнюю фотографию мы бы увидели с нейтральным цветовым балансам, похожей на первую.

Еще один способ увидеть этот феномен собственными глазами – посмотреть на освещенную лампой накаливания комнату с улицы через окно.

Что-то подобное происходит и в ясный солнечный день на открытой местности. Голубой оттенок теней можно увидеть только отстраненным взглядом, наблюдая всю картину, а не только одну тень.

Боковое освещение

Боковое освещение очень хорошо показывает форму, объем и фактуру объекта. На объекте хорошо видны тени, изображение становится контрастным. Боковой свет отбрасывает на поверхности драматические тени. Осветив таким образом стены, можно создать атмосферное окружение в сцене. Этот вариант очень часто можно встретить на фотографиях и в кино. В природе такое освещение встречается утром и вечером.

При использовании бокового освещения некоторые элементы сцены могут попасть в тень и затеряться. Также к недостаткам можно отнести то, что это освещение подчеркивает морщины. При съемке мужчин это становится плюсом, их лица выглядят более фактурными. А вот женские лица в таком освещении стареют. Чтобы уменьшить этот эффект можно использовать более мягкий источник света.

Боковое освещение хорошо показывает форму и фактуру поверхности

Фактура стены подчеркнута вечерним солнечным освещением

Длинные боковые тени дают ощущение глубины и пространства

Освещение сверху

Освещение сверху неочень сильно отличается от обычного освещения в пасмурный день. Такое освещение можно встретить на улице в полдень и в закрытых помещениях с искусственным освещением. При использовании мягкого света этот вариант хорошо подходит для показа формы объекта. В жестком свете сцена приобретает мрачное и загадочное настроение. Тени становятся тяжелыми и многие элементы исчезают. Например, на лицах людей вместо глаз будут черные тени.

Мягкий свет сверху – отличительная черта пасмурной погоды

Жесткий верхний свет придает человеку устрашающий вид

Освещение снизу

Освещение снизу встречается очень редко и выглядит очень необычно. В естественных условиях подобное освещение можно наблюдать, если люди сидят ночью у костра, или человек держит в темноте факел в руках (при этом смотрим на его лицо). Легкий эффект подобного освещения можно наблюдать над водой, когда объекты освещаются отраженным от водной поверхности светом.

Знакомые предметы в таком освещении приобретают странный неправильный вид. Поэтому с помощью такой расстановки света можно сказать зрителю, что это неправильный предмет, а герой неправ. Также можно использовать этот вариант для придания сцене необычности или загадочности.

Освещением снизу можно создать необычные образы

С подсветкой снизу взгляд человека становится незнакомым и загадочным. Обратите внимание, как подчеркнута структура кожи. Сравните эту фотографию с лицом, освещенным сверху, - лица абсолютно одинаковы, но совершенно разные ощущения.

Полдень

В полдень солнце находится в зените, свет имеет максимально белый цвет и максимальную яркость. Контраст очень высок, тени темные, настолько темные, что эмульсия фотопленки воспринимает их абсолютно черными. Человеческий глаз, в отличии от пленки, способен различать детали в подобной тени.

В большинстве случаев сильный контраст делает картинку непривлекательной. Однако это можно использовать для освещения объектов, которые выглядят неконтрастно при обычном освещении. Например, вода очень выигрывает в полуденном освещении. Поэтому, как правило, изображения тропического океана сняты в полдень.

Яркий свет выбеляет все цвета, поэтому в полдень изображение выглядит менее насыщенным, чем в другое время суток. Еще один недостаток – яркий свет и геометрически малые тени "убивают" объем предметов. Большинство фотографов стараются не снимать в это время суток. Но это не значит, что нужно ставить крест на таком освещении, нетривиальные решения приводят к необычным и творческим результатам.

Типичное полуденное фото – песок на переднем плане практически белый, тени абсолютно черные

Водные фото только выигрывают от полуденного освещения

Контраст этой фотографии получен за счет полуденного освещения и усилен инфракрасным фильтром при съемке.

Ранний вечер

В это время суток солнце опускается к горизонту, свет становится более теплым, приобретает желтый оттенок, цвет неба насыщается.

Вечернее освещение выглядит очень привлекательно, теплые тона и мягкий контраст приятны глазу. Пик этого эффекта наступает за час до заката, фотографы называют этот час золотым.

К преимуществам можно добавить эстетически приятное сочетание теплых желтых оттенков освещенных частей с холодными голубыми оттенками теней.

Трубы электростанции окрашены в желтые цвета вечерним солнцем

Желтые блики вечернего солнца на шерсти собаки

Вечернее освещение может добавить привлекательности самым простым объектам

Закат

Во время заката солнечный свет приобретает оранжево-красный оттенок. Сила солнечного света ослабевает, контраст становится еще ниже. Влияние неба усиливается и тени принимают насыщенный голубой цвет.

Небо на закате бывает необычайно красивым. Если в это время на небе есть облака, то они подсвечены снизу, они также приобретают оранжевые или красные оттенки. В подобных условиях облака влияют на небо, а соответственно и на цвет теней. Затемненные части могут приобретать розовый или фиолетовый оттенок.

Блики цвета апельсина и пурпурные тени

Изображение имеет низкий контраст – по яркости солнце и небо примерно одинаковы

Закаты длятся недолго, сцена, подобная этой в природе продлится буквально несколько минут.

Сумерки

Это очень специфическое время суток с непредсказуемым, но очень часто с очень красивым освещением. Так как солнца уже нет на небосклоне, единственным источником света остается небо. В результате мы имеем очень мягкое освещение с небольшими тенями, слабым контрастом и спокойными цветами.

В ясный день сразу после заката восточная часть неба окрашена в розовые тона. Этот эффект называется Alpenglow и он может окрашивать светлые поверхности (белые стены, песок, воду) в розовые тона. Этот свет очень слаб, поэтому он не может повлиять на более темные поверхности.

Однако, этот эффект может проявляться не только розовыми тонами. Это могут быть и желто-оранжевые цвета из-за отраженного свет от только что зашедшего солнца.

Если смотреть на небо в это время суток через окна из закрытого помещения (особенно если в этом помещении горят лампы накаливания), то небосвод будет казаться темно голубым, розовые оттенки наш глаз не сможет различить.

В пасмурный день небо также остается голубым, для эффекта Alpenglow нужно ясная погода.

Характерный розовый небосвод

Розовые отблески на лодке и воде

Сумерки в пасмурный день

В тени

В тени основным источником света является небо, все предметы окрашены в голубые тона, тени очень мягкие.

В подобных световых условиях возможно проявление рефлекса. Например, находясь в тени густого леса можно ощущать зеленые рефлексы от листвы деревьев.

Обратите внимание на голубые оттенки на лестнице

Растение в тени

Пасмурный день

Освещение в пасмурную погоду может варьироваться от толщины облаков и времени суток. Но вопреки популярному мнению, освещение в пасмурный день может быть интересным. Весь небосклон действует как один неяркий источник света, освещение мягкое, тени очень легкие. Контраст низкий, цветовая насыщенность обычно высока.

Пасмурное освещение обычно связывают со скучным настроением. Но это освещение можно очень интересно использовать. Мягким освещением можно удачно подчеркнуть объем, структуру и цвет объектов. Хорошо смотрятся в таких условиях отражающие поверхности (например, вода, автомобили).

Низкий контраст и относительный нейтралитет по цвету освещения в пасмурный день позволяет хорошо показать цвета листьев. В яркий солнечный день цвета были бы бледнее.

Освещение подчеркивает форму, хорошо видны теневые стороны, цвета насыщены.

Пасмурное небо позволяет получить прекрасные серебристые отражения на воде.

Ночь

Главным источником света ночью остается солнце, хотя его уже нет непосредственно на небосводе. Свет от него поступает либо рассеиванием через атмосферу, либо в виде лунного света. Звезды светят очень слабо, поэтому их влияние можно не учитывать.

При имитации ночного освещения нужно помнить, что яркость земли и предметов должна быть меньше яркости ночного неба (если конечно в сцене не присутствует искусственное освещение). Посмотрите на изображения ниже: слева - правильный вариант, справа – физически невозможный вариант, т.к. свет на ландшафт попадает неизвестно откуда.

Лунный свет – это отраженный солнечный свет, он повинуется тем же законам, что и солнце. Собственная поверхность луны имеет серый цвет. Это хорошо видно на фотографиях с астронавтами на луне, они кажутся черно-белыми, пока не разглядишь на скафандрах цветные элементы. Поэтому сама луна не изменяет цвет освещения и ведет себя подобно солнцу: у горизонта она имеет красный или желтый цвет, в зените – белый.

Ночью при отсутствии луны освещение и тени мягкие, с луной – жесткие. В общем, все тоже самое, что и днем, одно отличие – освещение намного слабее дневного. И еще одна деталь – размер луны невелик в жизни и всегда есть соблазн сделать ее больше.

Что касается цветовой насыщенности, то она остается примерно такой же, как и днем. Однако наши глаза не воспринимают цвета в низкой освещенности, мы ночью видим практически все бесцветным. А фотопленка "видит" ночные цвета. Если на фотоаппарате поставить выдержку побольше, то можно получить практически дневную фотографию. В кино часто ночные сцены снимают днем с недоэкспозицией и синим фильтром, чтобы создать иллюзию ночи.

Еще один фактор ночного освещения – присутствие светового "шума". Даже если вы находитесь в сельской местности, на небе будут хорошо видные отсветы ближайших крупных городов.

Без искусственного освещения наземные объекты темнее неба

Ночные цвета на фотографии насыщеннее, чем это видит наш глаз

Луна у горизонта имеет красно-коричневый оттенок

Цвет неба

Порой небо может выглядеть безумно красивым. Если ежедневно наблюдать за небом, то можно встретить удивительные цвета очень широкого спектра. Множество факторов влияют на цвета, которые мы видим на небе и облаках. Поэтому и предсказать, что мы увидим сложно.

Цвет неба непредсказуем

Вода

Мы встречаем воду везде, - в виде дождя, росы, рек, озер, морей. Водные поверхности хорошо отражают и преломляют свет. Например, роса, преломляя и отражая утренние лучи света, покрывается множеством ярких бликов. Можно встретить и полностью зеркальные отражения, например, на спокойных водных поверхностях. И, наконец, вода – причина таких красивых атмосферных эффектов как радуга и ореолы.

На каплях воды видны яркие блики даже в пасмурный день

Зеркальные отражения на асфальте говорят нам о том, что он мокрый

Влага на ягодах дает сильный блик и подчеркивает форму

Освещение из окон

В данном случае мы имеем источник естественного освещения в закрытом помещении. Окно – слабый, но геометрически большой источник света, поэтому свет и тени как правило очень мягкие. Цвет освещения зависит от многих факторов: в пасмурный день – цвета белые, серые или голубые, в ясный солнечный день – белые, желтые или красные в зависимости от времени суток. Если прямой солнечный свет попадает в помещение через окно, то из-за переотражений он влияет на все - и на пол, и на потолок, и на стены, и на предметы.

Нужно учитывать все эти факторы, чтобы имитировать подобное освещение. Для начала рекомендую взять за основу самый простой вариант – за окном пасмурный день. В этом случае окно – слабый мягкий источник света белого цвета. Используя как отправную точку, эту схему можно усложнять, добавляя нужные световые акценты.

В прошлом художники, не имея надежного искусственного освещения, старались свои студии располагать в комнатах с окнами, выходящими на север. В такие помещения не попадает прямой солнечный свет и они освещены равномерным рассеяным светом практически весь день. Подобное освещение художники называют Северным (North Light).

Прямой солнечный свет непосредственно освещает только часть комнаты, все остальное пространство освещено отраженным светом.

Пример мягкого освещения

Мягкий свет из окна столетиями использовали художники, применяют современные фотографы. Потому что это красиво, предсказуемо и доступно.

Рестораны, магазины

Освещение подобных заведений очень разнообразно и направлено в первую очередь на создание настроения. В ресторанах, как правило, используют приглушенный свет, чтобы создать нужную атмосферу. При этом используют самые разнообразные виды источников света – от бра до свечей. Вряд ли можно найти два одинаковых по освещению ресторана. Хороший способ найти интересное освещение для сцены – это походит по настоящим ресторанам и понаблюдать. Хотелось бы отметить еще одну характерную для ресторанов деталь – большое количество отражений. Множество локальных источников отражается в посуде и хромированных элементах отделки.
При освещении магазинов также уделяют внимание атмосфере, но все же первостепенное правило – максимально ярко и презентабельно осветить продаваемый товар.

Типичный ресторан с множеством небольших источников света.

Обратите внимание на количество бликов на бокалах.

Классический торговый центр с ярким освещением. Обратите внимание на тени от стульев.

Лампы дневного света

Лампы дневного света обычно использует тогда, когда хотят сэкономить, это более дешевый вид освещения. Его используют в основном в общественных местах. Хотя наш мозг старается отфильтровывать цветовой оттенок этого света, мы все равно чувствуем этот неприятный зеленый цвет.

Эта фотография сделана с нейтральным цветовым балансом.

Смешанное освещение

Часто можно наблюдать смесь естественного и искусственного освещения. Это рождает интересные сочетания цветов.

Студийное освещение

Это очень мягкий свет с практически отсутствующими тенями.

Фотографы используют подобное освещение при портретной съемке и в рекламе.