Petites bases de l'illumination Globale en rendu intérieur

Le but de ce tutoriel est de donner des bases du fonctionnement et de la compréhension du mécanisme de l'illumination globale sur un sujet particuliers qui est le rendu intérieur, il ne traitera que d'un cas de figure classique mais difficile, une pièce avec une ouverture et éclairée par une source de lumière extérieure.

Nota : Pour toutes les manipulations qui vont suivre, je suppose que le lecteur connaît un minimum de l’interface de base de Cinéma4D.

Sommaire

1 CONSTRUCTION DE LA SCÈNE

1.1 Objets de base de la scène
1.2 Pose des objets
1.3 Pose de l'éclairage
1.4 Réglages de rendu 4

2 PREMIERS RENDUS ET RÉGLAGES

2.1 Amélioration du rendu, la profondeur de diffusion
2.2 Et les taches alors ?

3 UN PEU DE COULEUR

3.1 Mise en place d'un matériau au sol
3.2 Pose d'objets déjà texturés
3.3 Récapitulatif de ce que nous avons vu jusqu'ici.

4 L'OCCLUSION AMBIANTE

5 LES CORRECTIONS D'IMAGES

6 ANNEXE

6.1 Modification de l'IG générée par les matériaux.
6.2 Quelles dimensions pour les ouvertures ?
6.3 Dimensions des objets.
6.4 Le « Clay render » un bon démarrage

1 CONSTRUCTION DE LA SCÈNE

1.1 Objets de base de la scène

1.2 Pose des objets

Ajouter un objet cube, le choix de celui-ci est d'éviter les lumières parasites, notre espace doit être fermé, l'entrée de lumière se faisant uniquement avec une ouverture créée par nos soins. Puis appliquer le matériau blanc sur le cube, le type de projection n'a pas d'importance.

Le cube constituera notre pièce, dimensionné pour l'exemple : 780x300x630 (en x, y, z), ensuite le rendre éditable (touche c) et créer une ouverture d'environ 120x225 désaxée pour bien la voir avec une caméra que l'on va placer comme sur l'image en dessous, penser à renommer vos objets au fur et à mesure.

Positionnement de la caméra perpendiculairement à la baie (90°) avec une distance de focale à 25mm et la mise en place d'un tag de protection pour éviter de la bouger par erreur et ainsi avoir toujours le même rendu.

Nota : voir l'annexe en dernière page, quelle dimension pour une ouverture dans une habitation

Pour voir comment se comporte les ombres, on va placer à divers endroits plusieurs objets supplémentaires de formes différentes (sans oublier de leur appliquer le matériau blanc), ici un carré, une pyramide et une sphère.

1.3 Pose de l'éclairage

Mise en place d'un ciel physique (menu créer > ciel physique), seules modifications à apporter pour l'instant sont l'heure et faire une rotation du ciel en vous servant du gestionnaire des coordonnées (partie rotation case H) pour que la lumière rentre dans la pièce. 9h permet d'avoir une belle entrée de lumière bien visible au sol. Faites des essais, c'est une question de goût.

1.4 Réglages de rendu

Sortie : je propose du 1024x640 pour que les rendus soient rapides et une forme plutôt rectangulaire, vous pouvez mettre plus suivant votre machine.
Activer l'illumination globale (IG) (cliquez bouton droit dans la partie gauche) et mettre les paramètres suivants l'image en dessous (version R16).
Selon la puissance de votre machine vous pouvez aussi mettre l'antialiasing sur « au mieux ».

2 PREMIERS RENDUS ET RÉGLAGES

Le rendu est un peu sombre, mais cela permet de voir que notre ciel est bien positionné, l'ouverture semble trop petite pour apporter une lumière suffisante dans la pièce et « Aïe », premier rendu et déjà un problème. Pourtant en partant d'un cube nous avons fait en sorte que notre objet soit fermé, mais des fuites de lumières (artefacts) apparaissent !!.
Il y a également des traces sombres sur les parois qui font sales, mais nous en parlerons plus tard.

Ce problème est créé par le moteur en IG, je ne vais pas m'étendre là dessus, surtout que pleins de facteurs comme la vue de la caméra peuvent le faire disparaître et cela met vite le cerveau en ébullition si on n'essaye de comprendre le pourquoi du comment (voir en dessous).

Pour régler le problème, une petite phrase dans l'aide nous indique que : « On peut aussi s’aider en utilisant des objets plus épais au lieu de surfaces composées d’un seul polygone », donc faisons un doublage du mur extérieur et n'en parlons plus.

Nota : Sinon l'aide nous donne une autre solution avec le pré-filtre du placage de lumière, mais ne vous fatiguez pas, quelque soit le paramètre la plupart du temps cela ne marche pas...

2.1 Amélioration du rendu, la profondeur de diffusion

A ce stade, plusieurs choix s'offrent à nous pour améliorer la lumière de notre rendu :

C'est vrai que vu le titre, il n'y a pas de suspens, nous allons prendre le dernier choix.
Pour comprendre le fonctionnement des calculs IG, on peux aller faire un tour sur Google et faire une recherche, on y trouvera des explications assez complexes qui vont jusqu'aux algorithmes utilisés pour le calcul.

Wikipédia donne une définition simple de l'IG :
… des rayons de photons émanent d'une source lumineuse dans toutes les directions et bombardent la scène. Quand ces photons frappent un objet, certains sont bloqués et d'autres sont reflétés et réfractés. Ces derniers (les rayons non bloqués) vont alors frapper d'autres surfaces. Le processus continue ainsi pendant un certain nombre d'itérations. Ce procédé permet notamment de voir les objets d'une scène qui ne sont pas illuminés directement par une lumière ou les réflexions d'une surface brillante.

Pour C4D, le calcul de l'IG se divise en 2 parties appelées méthode primaire et secondaire.
Si on utilise que la méthode primaire, ce qui a été notre cas, la profondeur de diffusion qui définit le nombre de fois ou la lumière se reflète est de 1, donc on est loin d'un comportement naturel de la lumière, ce que nous avons bien vu plus haut. Donc pour avoir une image plus naturel, nous n'avons pas le choix que d'utiliser une méthode secondaire.

Le placage de lumière semble un choix judicieux pour les scènes d’intérieures (selon l'aide) en méthode secondaire et pour commencer on mettra 2 en profondeur max, puis 4.

Ces nouveaux rendus nous permettent de voir une différence, on voit nettement mieux les objets, les ombres ont été débouchées et une partie des taches qui étaient présentes sur les parois de notre pièce ont disparu.
Je vous encourage à faire d'autres essais en montant la profondeur de diffusion à 8 et 16 pour voir les différences de lumière et de temps de rendu.

En méthode secondaire, C4D nous propose 4 possibilités, l'aide vous donnera une « succincte » explication des différentes méthodes proposées, mais ne cherchez pas trop sinon vous allez vous demander rapidement du bien fondé d'avoir 4 méthodes à disposition...

2.2 Et les taches alors ?

Lors du premier rendu, vous avez certainement remarqué des tâches au niveau des ombres et sur les intersections murs, sol plafond, même si celles-ci se sont atténuées dans nos derniers rendus avec l'ajout de la méthode secondaire, certaines sont toujours présentes.

Pour régler ce problème, allez dans les réglages de rendu (voir plus haut) et montez la valeur « échantillons » de bas à moyen, cela suffit généralement à régler ce type de tâches. D'autres réglages sont également disponibles comme la densité des enregistrements dans le menu cache irradiance, mais cela sera à voir ultérieurement.

3 UN PEU DE COULEUR

Maintenant que nous avons compris l'utilité et le fonctionnement de la profondeur de diffusion, finissons avec la mise en place de nouveaux matériaux et objets.
Pour le sol, prendre dans la médiathèque un matériau de type parquet ou carrelage avec un peu de réflexion, puis on posera du mobilier au choix pour remplir la pièce.

3.1 Mise en place d'un matériau au sol

Sélectionnez l'objet servant de pièce, mettez-vous en mode polygone et sélectionner les polygones du sol, puis enregistrer la sélection, un petit triangle plein rouge a du apparaître à droite de votre objet.
Cliquez sur le triangle créé et dans votre gestionnaire d'attributs, changer le nom par défaut « sélection de polygones » par sol.

Placer le matériau sur votre objet servant de pièce en projection cubique et faite glisser la sélection de polygones (le petit triangle) dans la case « limiter à la sélection » ou écrire directement le nom de la sélection.

Nous sommes prêt pour refaire un nouveau rendu avec les paramètres précédents.

La lumière s'est moins diffusée dans la pièce, ce qui est logique vu que le matériau de sol est sombre, les parois ont pris un peu de la couleur par la génération de l'IG du matériau.

Nota : page annexe à la fin pour voir comment modifier la génération de l'IG d'un matériau.

Pour en finir avec les réglages de base de l'IG, on peux également d'augmenter l'intensité primaire et secondaire pour pousser un peu le moteur, cette astuce est intéressante dans certains cas de figure à condition de ne pas en abuser bien sur.
Pour ce faire, cliquez sur le petit triangle noir comme indiqué sur l'image en dessous pour déplier le menu.

3.2 Pose d'objets déjà texturés

Nota :Le canapé et la table basse viennent du site www.fritzhansen, mais vous pouvez aussi piocher dans la médiathèque.

3.3 Récapitulatif de ce que nous avons vu jusqu'ici.

4 L'OCCLUSION AMBIANTE

On ne peux pas parler de l'Illumination Globale sans évoquer l'occlusion ambiante (OA).
Pour en comprendre les bases, nous allons utilisé notre scène pour réaliser une batterie de test.
Dans les images suivantes, seul les paramètres longueur de rayon maximum et contraste seront modifiés.

Petite explication sur le paramètre « longueur de rayon max » (Lrmax)
Ce facteur qui est de 100 par défaut correspond à la taille de la zone ombragée créée par l'OA mesuré en centimètre, donc l'ombre produite sera étalée sur 100cm=1mètre, ce qui est déjà beaucoup.

Les paramètres IG seront les même que la dernière image rendu au dessus pour pouvoir faire une comparaison rapide,c'est à dire :

Sur l'image ci dessous, un cerclage a été fait pour montrer les principaux apports de l'OA.

L'OA n'est pas toujours esthétique et ne convient pas à toutes les scènes, question de goût aussi.
Mais elle permet de rehausser ou de créer certains ombrages qui ne sont pas fait naturellement par la ou les sources de lumières.

En ayant toujours à l'esprit que 100=1m, on voit qu'à partir d'une certaine longueur de rayon, l'ombrage créée s'étale sur l'ensemble de la scène, elle absorbe la lumière et commence à masquer les matériaux, ces valeurs peuvent certainement avoir leur utilité mais il faudra une certaine expérience pour les maîtriser.
A l'inverse, les petites valeurs peuvent apporter un léger contraste ou une petite ombre qui permettra d'éviter l'impression de lévitation d'objets pourtant bien posés sur le sol.
Pour des rendus de très prés de type macro, on peux même descendre en dessous de 1.

Nota : Une petite astuce souvent utilisée pour ce genre d'exercice, créez une ouverture derrière la caméra qui apportera un petit peu de lumière et débouchera les ombres.

5 LES CORRECTIONS D'IMAGES

On ne pouvait pas finir ce tuto sans évoquer les corrections d'images.
La partie qui lui est consacrée est dans le menu Réglages de rendu sous le nom de Correction couleur, vous y accéderez comme pour le menu IG en faisant un clic droit sur la partie gauche du menu et en cochant la case de celui-ci.

Comme on peut le voir, nous avons tous les paramètres pour faire des corrections et Maxon a pensé à nous en mettant à notre disposition un outil bien pratique qui va nous permettre de modifier ces valeurs facilement.
Le filtre du visualiseur est l'outil de correction d'image par nature, il vous permet au besoin de corriger notre image en direct et de modifier les valeurs dans le menu correction couleur en un clic sur le bouton « créer effet de post-production ».

Pour notre scène, un petit boost du Gamma et de l'exposition apportera un peu de lumière, je vous laisse faire les essais.

L'image pourra également être sauvegarder avec les corrections apportées par le filtre en un clic sur le bouton droit sur celle-ci.

Ce qui vous amènera dans le menu suivant et vous permettra de sauver votre image avec le filtre en cochant la case appropriée.

Nota : Logiquement les corrections apportées à votre image doivent être minimes, sinon cela veut dire que les réglages de votre scène doivent être revus.

6 ANNEXE

6.1 Modification de l'IG générée par les matériaux.

Un matériau génère trop de couleur dans votre scène à cause de l'IG, pas de problème.
Cliquez sur illumination dans votre modificateur de matériau et changez les paramètres en haut, générer l'IG et recevoir l'IG qui sont là pour régler ce soucis.

6.2 Quelles dimensions pour les ouvertures ?

Lors de la création d'un bâtiment (en réel bien sur), on prévoit un minimum de 1/6e d'ouverture de la surface totale de plancher (réglementation thermique appelée RT2012), pour simplifier, les dimensions minimums de vos baies devront faire entre 16 à 20% de la surface de vos pièces selon l'orientation.
Comme indiqué, ceci est un minimum, libre à vous de faire des baies plus grandes voir extra-larges, mais si réalisez votre projet, penser à l'orientation de celles-ci et donc avoir un système d'occultation efficace.

6.3 Dimensions des objets.

La dimension des objets d'une scène d'architecture est un sujet qui revient souvent, le mobilier autour de nous est fabriqué la plupart du temps industriellement et selon des règles de dimensionnement qui ont été défini par les caractéristiques humaines, même si certains designers jouent avec les formes et les volumes, le but final est quand même que l'utilisateur puisse en profiter avec un certain confort.

Sur internet avec une recherche de type « dimensions mobilier », des schémas comme ci-dessous vous seront proposés et vous permettront d'avoir des bases de conception et ainsi éviter d'avoir des disproportions entre les objets (et les persos).

Ce n'est évidemment pas une règle absolu mais si vous souhaitez créer une scène avec du mobilier pour un martien de 2,50m, vous devrez respecter un minimum de règles afin d'avoir une homogénéité dans celle-ci.

6.4 Le « Clay render » un bon démarrage

C'est vrai que lorsque que l'on débute en 3D, on a tout de suite envie faire une image qui tue et de la montrer, mais la plupart du temps on va trop vite en besogne et on cumule très vite divers problèmes, cela devient donc un vrai casse tête pour savoir par ou on a fauté avec beaucoup de questions à la clé (est-ce que cela vient de ma modélisation, de mon éclairage ou de mes matériaux ?).
Après la modélisation, le placement de vos objets et un éclairage basic, le Clay Render ou rendu en blanc est une bonne alternative qui va permettre de voir rapidement votre scène (et de la montrer si vous le souhaitez !), placement de la caméra, éclairages, objets, le comportement de la lumière et pouvoir tranquillement faire les premiers ajustements.

Je vous laisse aller faire un tour sur Google images et taper « clay render ».