Světlo – podrobný návod

Světlo – podrobný návod
Část 1. - Základy
Český překlad originálu „Light – a detailed tutorial“ od Richarda Yota (www.itchy-animation.co.uk/tutorials.html)
Tento materiál (český překlad) nesmí být v žádném případě použit ve spojení s komerční činností, prodáván, šířen v pozměněné podobě či
jinak modifikován.
Úvod
Zřejmě neexistuje příliš dostupných a podrobných informací, které mi však právě připadají jako
podstatné pro některé umělce a výtvarníky. Konkrétně se jedná o oblast světla, a to světla ve všech
jeho podobách, se kterými se každodenně setkáváme.
Přečetl jsem nespočet knih o digitálním a tradičním umění, avšak tématu světla se obsah těchto knih,
podle mě, dotkl velmi jemně. Přesto, každý, kdo chce vytvořit iluzi reality, by měl správně pochopit
princip chování světla v reálném (fyzickém) světě.
Největšími viníky jsou dle mého názoru ty publikace o 3d, které neustále opakují nudné poučky a
dovolí čtenáři jen pramálo nahlédnout do možností, jak vůbec vlastní scénu nasvítit. Celkem vzato,
výsledkem pak je, že principy světla jsou špatně pochopeny a digitální výtvarníci je téměř nevyužívají.
Kdo však by měl principům světla rozumět mnohem lépe, jsou fotografové a malíři. Přesto je světlo
klíčovým elementem každého druhu umění a bez jeho správného pochopení je velmi těžké
dosáhnout realistických výsledků (nebereme-li v úvahu vliv ovzduší).
Jelikož jsem nikde na Internetu nenašel podrobný článek, který by se oblastí světla zabýval, rozhodl
jsem se jej napsat. Většina toho, o čem zde budu povídat, je založena na mém vlastním pozorování,
takže zde mohou být jisté nepřesnosti. Může se zdát, že tento materiál je tak zřejmý, že nepotřebuje
další vysvětlení. Nicméně, to se mi zdá se nepravděpodobné, protože pečlivá pozorování okolního
světa vyžadují uvědomit si, jak se světlo chová v různých situacích.
ZÁKLADY
Pro ilustraci chování světla v různých částech dne budu v tomto článku používat model bílého míče
na bílé podložce:
Autor překladu: JME
-1-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Tato ukázka zde ilustruje slunečné odpoledne. Hlavním zdrojem světla je slunce, kdežto modrá
obloha je druhým zdrojem světla s velmi odlišnými vlastnostmi. Třetím zdrojem je světlo, které se
odráží vzájemně mezi míčem a podložkou.
Jasnější bílé světlo přichází od slunce. V tomto kontextu je slunce malým zdrojem světla, které na
podložku vrhá ostře ohraničené stíny. Naopak, modrá obloha – druhý zdroj světla – je mnohem
větším zdrojem světla, a jím vržené stíny jsou proto velmi jemné (které jsou však kompletně
“maskovány” přímým světlem ze slunce). Detaily o světelných zdrojích a velikosti stínů se budu
zabývat později, nyní si však pamatujte, že čím menší je zdroj světla, tím “těžší” stíny vrhá.
Světlo pocházející od modré oblohy má velmi silné zabarvení, které ovlivňuje všechny předměty v
této scéně. Stín vržený míčem má tedy modrou barvu, jelikož je osvětlen (stín) od modré oblohy a
navíc, míč působí jako clona bílého světla od slunce. Části míče, neosvětlené přímým slunečním
světlem, přebírají modrý odstín, jelikož jsou osvětlené modrou oblohou.
A konečně, převládající barva světla odraženého mezi podložkou a míčem je modrá (přestože
podložka i míč mají barvu bílou). Je to totiž právě světlo od modré oblohy, které se odráží od bílých
objektů. Povrchy, které jsou blízko sebe, přijímají více tohoto odraženého světla než povrchy, které
jsou od sebe dále. Z tohoto důvodu je spodní část míče světlejší než jeho střed, jelikož je (spodní část)
blíže bílé podložce.
Nejtmavšími oblastmi na obrázku jsou část podložky s vrženým stínem a tmavý přechod na míči
(přechod mezi místem ozářeným přímým slunečním světlem a místem, kde je na míči stín). Tato
oblast se nazývá přechod (terminátor). Jedna část podložky ovlivněná stínem od míče je velmi tmavá,
jelikož nepřijímá žádné sluneční světlo, a rovněž na ni nedopadá světlo z oblohy ani odražené světlo
Autor překladu: JME
-2-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
(nebo jen velmi málo). Druhá část podložky je naopak světlejší, protože na ní dopadá jak větší
množství světla z oblohy, tak i odražené světlo od míče.
Proč je terminátor nejtmavší oblastí na míči?
Částečně kvůli kontrastnímu efektu. Je-li oblast, ovlivněná tímto efektem, blízko velmi světlé části
míče ovlivněné slunečním světlem, zdá se být tato oblast tmavší. Na tuto oblast však také dopadá
méně odraženého světla od bílé podložky. Takže na rozdíl od zbytku míče – na který dopadá buď
přímé sluneční světlo, nebo světlo odražené od bílé podložky – je hlavním zdrojem světla zmíněné
oblasti modrá obloha. Jedná se o oblast na míči uprostřed dopadu hlavního světla od slunce a
výplňového světla (“fill light”, pozn. překl.) odraženého od bílé podložky.
Proč je světlo pocházející z oblohy modré?
Viditelné světlo je tvořeno drobnými částicemi nazývanými fotony. Tyto fotony mají různou vlnovou
délku, která závisí na jejich barvě: modré světlo se skládá z částic s kratší vlnovou délkou, zatímco
červené světlo je tvořeno z částic s delší vlnovou délkou.
Bílé sluneční světlo je tvořené souvislým spektrem barev (s narůstající vlnovou délkou), které
dohromady vytvářejí duhu; jedná se o tyto barvy: fialová, indigo, modrá, zelená, žlutá, oranžová a
červená. Sloučením těchto barev je tvořena barva bílá.
Ať už se se světlem při průchodu zemskou atmosférou stane cokoli, světlo s kratší vlnovou délkou se
rozptýlí. Naše atmosféra je složena z různých plynů, atomů a molekul. Fotony putující skrz atmosféru
fyzicky kolidují s těmito atomickými částicemi a každá tato srážka fotony odkloní a odrazí je do jiného
směru. Fotony s kratší vlnovou délkou jsou přitom odkláněny více než fotony s dlouhou vlnovou
délkou, tudíž převládající barva fotonů, které jsou způsobenou srážkou rozptýleny všemi směry, je
modrá.
Autor překladu: JME
-3-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Za bezmračného dne osvětluje modré světlo, rozptýlené zemskou atmosférou, vše kolem nás.
Světlo s delší vlnovou délkou (např. červené) putuje atmosférou dál, aniž by bylo rozptýleno. To je
důvodem, proč mají západy slunce načervenalou barvu: jak sluneční světlo k nám putuje skrz tenčí
vrstvu ovzduší, v nižší poloze na obloze se většina modrého světla vlivem rozptýlení ztratí, a ve
zbývajícím světle tak převládá červená barva.
Sluneční světlo při západu slunce září červenou barvou, jelikož „modré“ fotony s kratší vlnovou délkou se vlivem
rozptýlení ztratí.
Odrážení modrých fotonů všemi směry způsobuje, že je atmosféra osvícena modrým světlem, což je
také efekt viditelný z vesmíru. Toto modré světlo je dost silné na to osvítit místa, na které nedopadá
přímé sluneční světlo.
Autor překladu: JME
-4-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Stíny na této fotografii mají výrazně modrou barvu, jelikož jsou osvětleny modrou oblohou.
V momentě, kdy se světlo (resp. paprsek světla) dotkne povrchu, je buď odraženo, nebo pohlceno, a
to v závislosti na barvě tohoto povrchu. Bílý povrch bude odrážet všechny vlnové délky stejně,
zatímco černý povrch je všechny pohltí a nedorazí nic. Když se bílé světlo dotkne červeného povrchu,
modré a zelené vlnové délky budou pohlceny a odraženo bude pouze červené světlo (záměrně
používám pouze základní barvy než celé spektrum, jen pro zjednodušení).
Takže, dopadne-li na červený povrch bílé světlo, pak fotony, které budou tímto povrchem odraženy,
budou červené. Dopadnou-li později tyto fotony ve svém směru na jiný povrch, budou jej proto
osvětlovat červeně. Tento fenomén se nazývá záře (radiance), a barvy přiléhajících objektů budou tak
vzájemně ovlivněny.
Autor překladu: JME
-5-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Benátské žaluzie na obrázku vrhají na stěnu barvu svého dřevěného materiálu.
Zadní část těla včely je výrazně zabarvena červeným světlem odraženým od červeného květu makovice.
Obyčejně je záře velmi jemný efekt, který „spotřebuje“ velké množství světla na to, aby jej bylo
možné spatřit. V měkkém-difúzním či tlumeném světle nemusí být tento efekt vůbec viditelný,
nicméně, přesto může dodat objektům mnoho barev. Odráží-li se světlo mezi objekty stejné barvy,
může tak vytvořit velmi nasycený (saturovaný) efekt, kdy odražené světlo zdůrazňuje aktuální barvu
základového povrchu, přičemž tak oživí jeho barvu. Tento fenomén můžete občas spatřit za jasného
denního světla.
Autor překladu: JME
-6-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Jak se světlo odráží mezi žaluziemi, barva dřevěného materiálu se zvýrazní tím, jak se světlo stejné barvy odráží
zpět na tento materiál. Výsledkem je, že zbarvené světlo a základový povrch společně vytvoří novou zářivou a
nasycenou barevnou „verzi“ původního dřevěného materiálu.
Vysoká a nízká jasová oblast
Způsoby znázornění scény jsou subjektivní a volně interpretovatelné. Většina okem vnímaných situací
se nalézá v rovnováze světlých barev a jejich odstínů. Jejich kombinace pak vytváří jakýsi průměrný
šedý odstín, který my vnímáme jako normální - přirozený. Přesto však existují situace, kdy přirozený
průběh věcí způsobí, že vnímáme pouze extrémní hodnoty světla, např. bílou mlhu či sníh na straně
jedné, nebo tmavou barvu noci na straně druhé. Umělec si tak může zvolit, jaký extrém použije pro
vyvolání určitého vizuálního účinku nebo zvláštního pocitu.
Vysoká jasová oblast
V obrazech s vysokou jasovou oblastí převažují bílé nebo velmi světlé tóny, a mají tak sklon vypadat
jemně a lehce (až vzdušně). Osvětlení s využitím vysoké jasové oblasti bývá často, i když ne vždy,
jemné, a detaily jsou tak povětšinou na nízké úrovni. V přírodě je tento typ osvětlení viditelný za mlhy
a na sněhu, kde i stíny jsou, díky množství odráženého okolního světla, jemné.
Nízká jasová oblast
Obrazy s nízkou jasovou oblastí obsahují už právě vzhledem ke své povaze velmi málo světla.
Takového obrazy obecně mají vysoký kontrast a „tlumené (tvrdé)“ světlo. Právě z tohoto důvodu jsou
vytvářeny pro navození náladové atmosféry. Jako nejběžnější scény pro obrazy s nízkou jasovou
oblastí jsou využívány: noční doba, scény znázorňující bouří či interiérové scény.
Vyvážení bílé
Většina světelných zdrojů, se kterými se každodenně setkáváme, vyzařují určitou barvu. Tento jev
dokáže náš mozek velmi dobře odfiltrovat. Pokud je však výsledná kombinace základních tří barev
světla nevýrazná, náš mozek tuto barvu interpretuje jako bílou. Dokonce, stojíme-li pod světleným
zdrojem, vyzařujícím velmi výraznou barvu, jsme stejně tak schopni tuto informaci, kterou přijímají
naše oči, filtrovat.
Autor překladu: JME
-7-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Nejobvyklejší způsob, jak demonstrovat tento efekt, spočívá v použití digitální kamery, u níž je funkce
„vyvážení bílé“ nastavena na denní světlo. Jedná se o neutrální nastavení, umožňující ve výsledku (na
displeji kamery) odrážet barvy, které jsou aktuálně ve scéně. Na obrázku níže jsem pro vyfocení
předmětu použil jako zdroj světla okno. Tedy, relativně neutrální světlo přichází skrz toto okno do
pokoje nepřímo – ze zatažené oblohy.
Na následujícím snímku jsem zatáhl žaluzie a jako zdroj světla použil standardní 60-wattovou
žárovku.
Autor překladu: JME
-8-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Intenzita barvy na tomto obrázku vás možná velmi překvapila, jelikož nemáme sklon vnímat světlo
wolframové žárovky takto „žlutě až oranžově“. Náš mozek vnímané barvy transformuje, zde do
podoby barev, tak jak je vidíme na prvním obrázku. V tomto případě to však není náš mozek, nýbrž
digitální kamera, která utváří reálný „oranžově nasycený“ obraz.
Existuje snadný způsob, jak tato fakta potvrdit. Podíváme-li se ve večerním čase zvenku do
osvětleného interiéru, světlo, které uvidíme, bude mít světle oranžový nádech. Nenacházíme-li se
tedy přímo pod zdrojem světla, vidíme toto světlo v jeho pravých barvách.
Autor překladu: JME
-9-
14.12.2008
© Mayamax3D.net
Podobná situace nastává, stojíme-li ve stínu, ve kterém světlo má modrou barvu (viz obrázek níže).
Toto světlo vnímáme jako neutrální, avšak ustoupíme-li o krok zpět a podíváme-li se do stínu
z přímého slunečního světla, je tento modrý stín mnohem lépe viditelný. Můžeme zmínit několik
dalších podobných situací, v nichž má světlo velmi intenzivní barvu: např. fluorescenční světlo je
často zelené, pouliční osvětlení sytě oranžové a barva večerního západu slunce přechází od světle
žluté do sytě červené, atd.
Autor překladu: JME
- 10 -
14.12.2008
© Mayamax3D.net