6 - Les éclairages
Implémentation
Vous allez améliorer votre moteur de rendu pour qu’il puisse gérer au moins deux lampes dans la scène.
Lois de Grassmann
Les études menées par Hermann Grassmann au XIXe siècle sur la perception humaine des couleurs l’ont mené à énoncer 3 lois en 1853. Elles expliquent comment gérer la superposition (l’addition) de plusieurs couleurs. Ces lois sont la base de tout calcul colorimétrique. Elles étendent notre logique sur la superposition additive des couleurs :
Première loi : Toute sensation colorée peut être reproduite par un mélange additif de trois couleurs primaires : C = r×[R] + v×[V] + b ×[B].
Deuxième loi : La sensation colorée provoquée par un mélange additif de deux ou plusieurs lumières colorées est égal à la somme des composantes de chacune des lumières. Ainsi, avec C1 = r1×[R] + v1×[V] + b1 ×[B] et C2 = r2×[R] + v2×[V] + b2 ×[B] alors la superposition de deux lumières C1 et C2 est égale à l’addition de leurs composantes :
Et pour terminer :
Troisième Loi : Si une lumière colorée baisse ou augmente en intensité, il suffit de modifier les trois primaires dans les mêmes proportions. Ainsi, avec C = r×[R] + v×[V] + b×[B] et k un réel désignant le coefficient multiplicateur appliqué à l’intensité, nous avons :
Ces trois lois confirment le comportement linéaire de la lumière.
Algorithmique
Si un objet éclairé par une lampe L1 est de couleur C1 et si le même objet éclairé par une lampe L2 est de couleur C2 alors cet objet éclairé à la fois par les lampes L1 et L2 sera perçu avec d’une couleur égal à C1+C2 d’après le principe d’additivité de la lumière. Ainsi pour connaître la couleur d’un objet dans une scène, on parcourt la liste des lampes, pour chaque lampe on calcule son diffus et son spéculaire. La couleur finale correspond à la somme des couleurs générées par chaque lampe plus la contribution de l’ambiant.
Ou encore avec un schéma :
Consigne à respecter Ne mélangez pas les modèles d’illumination (diffus, spéculaire) avec les types de lampe (directionnelle et ponctuelle). On entend parfois parler de « lampe diffuse ». Pour rappel, les lampes sont des sources de lumière et les modèles d’illumination décrivent comment cette lumière se comporte à la surface des objets ! Attention, l’ambiant est à l’origine de cette confusion puisqu’on utilise deux termes similaires en parlant de lampe ambiante et de modèle ambiant.
Mise en place
Travail à effectuer Pour embellir votre scène, mettez en place au minimum une Fill Light et une Key Light avec une lampe ambiante. La Key et la Fill correspondront à des lampes directionnelles dans un premier temps.
Comment éclairer la scène ?
Problématique
En synthèse d’images, le monde par défaut est sans éclairage, donc la scène est plongée dans la nuit noire. En posant une unique lampe, on ne peut reproduire un éclairage proche de la réalité. Utiliser une seule lampe vous amènera à un éclairage proche des éclairages que l’on fait sous une tante avec une lampe de poche placée sous le menton histoire de faire peur à ses camarades !
En effet éclairer une scène avec une seule lampe pose problème. Tous les arrières des objets seront dans la pénombre ce qui est peu flatteur pour le rendu. Il faut donc passer un à éclairage plus professionnel. Le monde du cinéma a largement travaillé sur la question et il a adopté le modèle du « Three Points Lighting ». Pour notre part, nous allons utiliser une version simplifiée de cette approche en utilisant seulement 2 lampes pour éclairer correctement tous les objets de la scène.
Principe
Dans un éclairage studio (cinéma, photo, plateau télé), au moins 2 lampes principales sont utilisées : la Key Light et la Fill Light. La Key Light représente la lampe principale. Elle a pour fonction d’éclairer le sujet de trois quarts de face sur un coté. Pour compléter l’éclairage principal, on utilise une deuxième lampe : la Fill Light, toujours de trois quarts mais cette fois de l’autre coté de la Fill Light afin d’apporter de la lumière aux zones non éclairées par la Key Light. Ainsi, 95% des zones de l’objet sont éclairées par ces deux lampes, les zones d’ombre restantes seront relevées en utilisant l’Ambiant Light.
Comment régler la puissance de ces lampes ? Si vous mettez la Key et la Fill à 100%, certaines zones de l’objet seront en surexposition car l’intensité lumineuse va atteindre 200% et brûler l’information de couleur. Il faut donc faire attention à ce que la somme des puissances de vos lampes avoisinent les 100% ceci afin d’éviter les zones de saturation.
En pratique
L’éclairage de gauche utilise seulement la lampe Key Light. Elle est positionnée de trois quart sur la droite. Le coté gauche de l’objet est mal détouré, sombre il se confond avec l’ombre de l’objet. Le coté droit se détache du fond car bien éclairée. Il comporte un spéculaire qui rend l’objet plus agréable à regarder. L’ombre portée sur la gauche permet d’apporter un effet de volume à l’objet.
La Fill Light est une lampe plus douce, elle vient éclairer la zone gauche de l’objet non éclairé par la Key Light. L’image de droite correspond à l’addition des éclairages produits par la Key et la Fill. Il reste encore des zones assez sombres, notamment derrière la tige et en bas à gauche du fruit. L’ajout de l’ambiant viendra corriger ce défaut.