Inleiding tot 3D in de praktijk: schaduwen

In hoofdstuk 2 hebt u al kunnen lezen dat schaduw een plaats is waar geen licht is, of waar weinig licht op valt. Schaduwen maken een scène realistischer, omdat ze aan het 3D-werk een dieptewerking geven. Daarnaast zegt schaduw ook iets over hoe het licht op het voorwerp schijnt.

Als u een lichtbron vlak voor een object plaatst, dan zal de schaduw breder zijn, dan wanneer u de lichtbron verder bij het voorwerp vandaan zet. Verder hangt de lengte van de schaduw af van de hoek tussen de lamp en het oppervlak waarop de schaduw valt. Hoe kleiner deze hoek, hoe langer de schaduw. Om het voorgaande te illustreren ziet u in onderstaande figuur een fluitketel met daaromheen vier lampen op verschillende posities. Vervolgens ziet u in het tweede figuur de gerenderde scène inclusief de verschillende schaduwen.

Schaduw activeren

Veel 3D-programma’s laten standaard geen schaduwen zien, omdat dit meer rekentijd kost. Als u dus toch schaduw wilt, dan zult u deze optie aan moeten zetten. Meestal is deze instelling te vinden bij de parameters van de lichtbron. De instelling wordt dan vaak aangeduid met de term cast shadows. Ook moet u vaak per object aangeven dat het een schaduw af moet geven.

Grofweg bekeken zijn er met 3D-programma’s via twee verschillende methoden schaduwen te maken met, te weten: ray-traced shadows en shadow mapping. Welke tot uw beschikking staat, hangt van het 3D-programma af dat u gebruikt.

Ray-traced schaduw

Bij ray-tracing wordt een scène pixel (punt) voor pixel bekeken en vervolgens opgebouwd. ray-tracing zorgt dan ook voor een zeer gedetailleerde en realistischere weergave van uw scène. Meer over ray-tracing leest u in hoofdstuk 7. Ook de schaduwen worden met ray-tracing perfect berekend en zeer gedetailleerd weergegeven. Een minpunt is dat in veel gevallen de schaduwen harde randen hebben in de overgang van donker naar licht (zie onderstaande figuur) . Dit komt niet helemaal overeen met de werkelijkheid, omdat een ‘echte’ schaduw zachte overgangen heeft. Een ander nadeel is dat ray-tracing veel tijd kost, omdat er een heleboel details berekend moeten worden.

Shadow mapping

Shadow mapping is een scanline renderingtechniek. Bij deze techniek bekijkt de render-engine de scène lijn voor lijn. De engine bepaald welke punten zichtbaar zijn en welke niet. Vervolgens worden voor de zichtbare punten de juiste eigenschappen bepaald zoals bijvoorbeeld de uitvoering van het oppervlak. Op deze manier wordt de scène dus lijn voor lijn opgebouwd. Meer over scanline rendering leest u in hoofdstuk 7. Bij shadow mapping maakt de software net voor het renderen een grayscale- texture (texture met alleen grijstinten) gebaseerd op de vorm van het object, de invloed van mogelijke andere objecten en de instelling en de positie van het licht.

Deze texture stelt dan de schaduw voor en wordt tijdens het renderen aan de scène toegevoegd (zie onderstaande figuur). De randen zijn zacht, wat overeenkomt met schaduwen uit de echte wereld. Een nadeel is dat deze methode veel geheugen kost. Een ander nadeel is dat de schaduw minder nauwkeurig is dan bij ray-tracing.

Zelf experimenteren met schaduw

Om een idee te krijgen hoe schaduwen werken, kunt u zelf experimenteren met een lamp en voorwerpen. Verander de positie van de lamp ten opzichte van het voorwerp en kijk wat de schaduw doet. Afhankelijk van het doel van uw 3D-scène is het in veel gevallen niet zo heel belangrijk hoe gedetailleerd en nauwkeurig de schaduw is, omdat het verschil de meeste mensen toch niet op zal vallen. Besteed in zo’n geval niet te veel tijd aan de schaduw