Parzyste N · N promieniNieparzyste N · 2NOstrość · z przymknięciaKrawędź · prosta vs łuk
Rozdział 25 / Flara

Starburst: listki i promienie

Liczba promieni wokół latarni nie jest przypadkowa i nie zależy od jasności. Zależy od liczby listków przysłony — a reguła ma jeden nieoczywisty haczyk przy liczbie nieparzystej.

TL;DR
Gwiazdki · ta sama przyczyna, inny objaw

Skąd promienie wokół świateł

Do tej pory patrzyliśmy na dyfrakcję jako na coś, co psuje. Ma jednak drugą twarz, tę, dla której ludzie celowo przymykają przysłonę: promienie rozchodzące się od jasnych punktowych źródeł.

Mechanizm jest ten sam co wcześniej, tylko liczy się teraz nie sam otwór, a jego krawędzie. Prosta krawędź listka przysłony rozprasza światło w kierunku do siebie prostopadłym — tak samo jak szczelina rozlewa wiązkę w poprzek. Każdy listek daje więc jedną smugę, prostopadłą do swojej krawędzi.

I tu wchodzi reguła, która przy pierwszym spotkaniu wygląda na kaprys:

Parzyste kontra nieparzystedlaczego liczba promieni się podwaja
6 LISTKÓW · krawędzie parami równoległe 5 LISTKÓW · brak par równoległych 6 promieni smugi z przeciwległych krawędzi nakładają się na siebie 10 promieni każda krawędź daje własną smugę, żadna z żadną się nie pokrywa
Reguła nie dotyczy listków, tylko kierunków krawędzi. Liczba nieparzysta nie potrafi ustawić żadnej pary równolegle.

Sześciokąt ma trzy pary krawędzi równoległych. Smuga od górnej krawędzi i smuga od dolnej mają ten sam kierunek, więc pokrywają się — zostaje sześć promieni, po jednym na parę, w dwie strony. Pięciokąt nie ma ani jednej pary równoległych krawędzi, więc każda z pięciu daje własną smugę w dwie strony: dziesięć promieni.

Stąd reguła w pełnej postaci: parzysta liczba listków daje tyle promieni, ile listków; nieparzysta daje ich dwa razy więcej. Siedem listków to czternaście promieni, dziewięć to osiemnaście, jedenaście to dwadzieścia dwa.

Dwie uwagi praktyczne. Po pierwsze, gwiazdki wymagają prostych krawędzi — zaokrąglone listki, stosowane dla ładniejszego bokeh, dają promienie rozmyte i słabe. To jest bezpośredni kompromis: obiektyw o ładnym bokeh ma brzydkie gwiazdki i odwrotnie. Po drugie, siła gwiazdek rośnie z przymknięciem, bo maleje otwór, a rośnie względny udział krawędzi.

Warunki · kiedy gwiazdki w ogóle są

Czego promienie potrzebują, żeby powstać

Nie każde jasne światło w kadrze daje gwiazdkę. Potrzebne są trzy rzeczy naraz i brak którejkolwiek wystarcza, żeby efektu nie było.

Źródło musi być małe. Promienie powstają na krawędzi przysłony i rozchodzą się z punktu. Źródło rozciągłe — okno, lampa z kloszem, odbite słońce w wodzie — daje tyle nakładających się gwiazdek, ile ma punktów, a ich suma jest zwykłą poświatą. Dlatego latarnia w nocy daje piękne promienie, a ta sama latarnia widziana z bliska już nie.

Przysłona musi być przymknięta. Przy pełnym otworze listki chowają się poza oprawę i otwór wyznacza okrągła tuleja — a okrąg nie ma krawędzi ustawionych w konkretnych kierunkach, więc rozprasza równomiernie we wszystkie strony. Efekt narasta z przymykaniem z dwóch powodów naraz: pojawiają się proste krawędzie, a udział krawędzi w całym obwodzie rośnie, bo otwór maleje.

Trzy warunkibrak jednego wystarczy
ŹRÓDŁOPRZYSŁONAKRAWĘDŹ punktowe rozciągłe przymknięta pełny otwór prosta zaokrąglona Górny warunek spełniony → ostre, policzalne promienie. Którykolwiek niespełniony → poświata bez struktury. Ostatnia para jest wyborem konstruktora: te same listki nie mogą dać naraz ładnego bokeh i ostrych gwiazdek.
Trzeci warunek jest jedynym, na który użytkownik nie ma wpływu — wynika z kształtu listków, wybranego przy projektowaniu.

Krawędzie muszą być proste. Producenci zaokrąglają listki, żeby bokeh przy przymkniętej przysłonie zostało bliższe koła — o czym w Dodatku AF. Zaokrąglona krawędź nie ma jednego kierunku, tylko cały ich wachlarz, więc jej wkład rozmazuje się zamiast składać w jeden promień. Ten sam obiektyw nie może mieć naraz okrągłego bokeh i ostrych gwiazdek — i jest to jeden z najczystszych kompromisów w całej tej książce.

Wygląd · co jeszcze da się odczytać

Długość, ostrość i barwa promieni

Poza liczbą promieni jest jeszcze kilka cech, z których każda o czymś mówi.

Długość rośnie z przymknięciem. Skala kątowa rozproszenia na krawędzi to długość fali podzielona przez rozmiar otworu — czyli ta sama wielkość, która wyznacza krążek Airy'ego z Rozdziału 10. Przeliczona na matrycę daje wynik zależny wyłącznie od liczby przysłony, a nie od ogniskowej: przy f/16 promienie są dwa razy dłuższe niż przy f/8, niezależnie od tego, czy to szeroki kąt, czy tele.

Ostrość promienia zależy od prostoliniowości krawędzi, ale też od tego, jak dokładnie listki są wykonane i wzajemnie ustawione. Zestaw, w którym jeden listek odstaje o ułamek stopnia, daje gwiazdkę z jednym promieniem grubszym albo rozdwojonym — i jest to jedna z tych rzeczy, które odróżniają egzemplarze tego samego modelu.

Barwa jest tęczowa i to jest nieuniknione. Skala rozproszenia zależy od długości fali, więc czerwień rozchodzi się dalej niż błękit. Każdy promień jest więc lekko rozszczepiony wzdłuż swojej długości — bliżej środka chłodniejszy, na końcu cieplejszy. Efekt jest subtelny i właśnie ta subtelność jest tym, czego najczęściej brakuje gwiazdkom dokładanym w compie.

Warto też zauważyć, czego na tej liście nie ma. Nie ma jakości obiektywu ani ceny — gwiazdka jest zjawiskiem dyfrakcyjnym, czyli wynikającym z falowej natury światła, a nie z korekcji. Najdroższe szkło świata daje przy f/16 dokładnie tak samo długie promienie, jak najtańsze, o ile oba mają tyle samo listków i równie proste krawędzie. Różni je co najwyżej czystość: obiektyw o gorszym kontraście topi promienie w poświacie z Rozdziału 22.

Jest to zresztą jedyne zjawisko w tej części, którego nie da się poprawić żadną konstrukcją. Powłoki usuwają ghosty, czernienie usuwa glare, symetria usuwa dystorsję — gwiazdek nie usuwa nic poza zaokrągleniem listków, a to jest wybór, nie ulepszenie. Dyfrakcja jest, jak w Rozdziale 10, granicą, a nie wadą.

Długość promieni a przysłonaskala rośnie liniowo z liczbą f
f/2f/5,6 f/11f/22 brak×1×2×4 Długość skaluje się z liczbą przysłony — i to niezależnie od ogniskowej, bo ogniskowa skraca się w rachunku.
Ta sama scena, cztery nastawy. Promienie rosną dokładnie wtedy, gdy krążek Airy'ego z Rozdziału 10 też rośnie — bo to jedna wielkość.

Skala kątowa w liczbach, tabela dla kolejnych przysłon i rachunek na krążek Airy'ego, z którego to wynika — Dodatek D.

W CG · jedyna flara, którą warto liczyć

Odtwarzanie gwiazdek

Gwiazdki są wśród zjawisk z tej części wyjątkiem: ich kształt wynika z jednej liczby, którą znamy z metryczki albo odczytujemy z bokeh. Nie trzeba tu ani biblioteki elementów, ani zgadywania.

Przepis jest krótki. Weź maskę jasnych źródeł, rozciągnij ją w N kierunkach rozłożonych równomiernie po okręgu — gdzie N wynika z reguły parzystej i nieparzystej — i dodaj wynik do obrazu. Kierunki muszą być prostopadłe do krawędzi listków, a nie dowolne, więc gwiazdka ma określoną orientację względem kadru, tę samą co wielokąt w bokeh.

Maskę warto przy tym wyciąć progiem znacznie wyższym niż intuicyjny. Gwiazdki powstają tylko na źródłach o jasności przekraczającej resztę kadru o rzędy wielkości — czyli na kilku pikselach, a nie na wszystkim, co jest jasne. Zbyt niski próg daje promienie na białej koszuli i na chmurze, co jest jednym z najszybciej rozpoznawalnych błędów, bo w rzeczywistości nigdy się nie zdarza.

Trzy rzeczy, na których podrobione gwiazdki najczęściej się sypią:

Orientacjagwiazdka i bokeh z tej samej przysłony
PRZYSŁONABOKEHGWIAZDKA normalne do boków ten sam wielokąt promienie prostopadle do boków Obie rzeczy pochodzą z tego samego wielokąta, więc ich kąty są ze sobą sztywno związane. Rozjazd zdradza dokładkę.
Wielokąt bokeh obrócony względem gwiazdki o połowę kąta między promieniami — to nie przypadek, tylko zależność normalnej od boku.

Zależność orientacji warto wykorzystać jako kontrolę własnej pracy. Jeśli w ujęciu jest jednocześnie nieostre światło i gwiazdka, ich kąty muszą się zgadzać: promień biegnie prostopadle do boku wielokąta, więc gwiazdka jest obrócona względem bokeh o połowę kąta między sąsiednimi promieniami. Sprawdzenie zajmuje chwilę i wyłapuje błąd, którego inaczej nikt nie zauważy świadomie.

Ostatnia uwaga dotyczy proporcji. Gwiazdka jest zjawiskiem o bardzo dużym zakresie jasności: przy źródle promienie są niemal tak jasne jak ono samo, a na końcu tysiące razy słabsze. Dodawanie ich z liniowym spadkiem daje efekt zbyt równomierny i zbyt widoczny; realny spadek jest gwałtowny na początku i długi w ogonie, i to on odpowiada za wrażenie, że promień „ginie w powietrzu”, a nie kończy się w konkretnym miejscu.

Z praktyki

Policz promienie, żeby poznać listki. Parzysta liczba promieni oznacza tyle samo listków; nieparzysta jest niemożliwa, a liczba nieparzysta listków daje jej dwukrotność. Sześć promieni to sześć listków, czternaście to siedem. Jedna informacja więcej o obiektywie, za darmo, z każdego nocnego ujęcia.

Gwiazdki i kocie oko wykluczają się nawzajem. Gwiazdki wymagają przymknięcia, kocie oko z Rozdziału 7 znika po przymknięciu. Jeśli widzisz w kadrze oba naraz, patrzysz na dwa różne ujęcia albo na coś dołożonego.

Przy dokładaniu sprawdź orientację względem bokeh. Wielokąt bokeh i gwiazdka pochodzą z tej samej przysłony, więc ich kąty są ze sobą sztywno związane: promienie idą prostopadle do boków wielokąta. Zgodność tych dwóch rzeczy jest szczegółem, którego nikt świadomie nie sprawdza, a którego brak każdy zauważa.

Słowniczek
gwiazdka (starburst, sunstar)
Promienie rozchodzące się od jasnego punktowego źródła, powstałe z dyfrakcji na prostych krawędziach przysłony.
reguła parzystości
Parzysta liczba listków daje tyle promieni, ile listków; nieparzysta dwa razy tyle. Wynika z tego, że przeciwległe krawędzie parzystego wielokąta są równoległe.
listki zaokrąglone
Listki o wygiętej krawędzi, dające bokeh bliższe koła po przymknięciu — kosztem ostrości gwiazdek.
rozszczepienie promienia
Tęczowe zabarwienie wzdłuż promienia, wynikające z zależności skali dyfrakcji od długości fali.
Idź głębiej
Dodatek D — Krążek Airy'ego i granica dyfrakcyjna