关于渲染

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:22:25

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渲染，英文为Render,也有的把它称为着色，但我更习惯把Shade称为着色，把Render称为渲染。因为Render和Shade值两个词在三维软件中是截然不同的两个概念，虽然它们的功能很相似，但却有不同。Shade是一种显示方案，一般出现在三维软件的主要窗口中，和三维模型的线框图一样起到辅助观察模型的作用。很明显，着色模式比线框模式更容易让我们理解模型的结构，但它只是简单的显示而已，数字图像中把它称为明暗着色法。在像Maya这样的高级三维软件中，还可以用Shade显示出简单的灯光效果、阴影效果和表面纹理效果，当然，高质量的着色效果是需要专业三维图形显示卡来支持的，它可以加速和优化三维图形的显示。但无论怎样优化，它都无法把显示出来的三维图形变成高质量的图像，这时因为Shade采用的是一种实时显示技术，硬件的速度限制它无法实时地反馈出场景中的反射、折射等光线追踪效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像文件、视频信号或者电影胶片，这就必须经过Render程序。

Shade窗口，提供了非常直观、实时的表面基本着色效果，根据硬件的能力，还能显示出纹理贴图、光源影响甚至阴影效果，但这一切都是粗糙的，特别是在没有硬件支持的情况下，它的显示甚至会是无理无序的。Render效果就不同了，它是基于一套完整的程序计算出来的，硬件对它的影响只是一个速度问题，而不会改变渲染的结果，影响结果的是看它是基于什么程序渲染的，比如是光影追踪还是光能传递

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:24:40

渲染的基本过程

首先，必须定位三维场景中的摄像机，这和真实的摄影是一样的。一般来说，三维软件已经提供了四个默认的摄像机，那就是软件中四个主要的窗口，分为顶视图、正视图、侧视图和透视图。我们大多数时候渲染的是透视图而不是其它视图，透视图的摄像机基本遵循真实摄像机的原理，所以我们看到的结果才会和真实的三维世界一样，具备立体感。接下来，为了体现空间感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是决定哪些物体在前面、哪些物体在后面和那些物体被遮挡等。空间感仅通过物体的遮挡关系是不能完美再现的，很多初学三维的人只注意立体感的塑造而忽略了空间感。要知道空间感和光源的衰减、环境雾、景深效果都是有着密切联系的。

渲染程序通过摄像机获取了需要渲染的范围之后，就要计算光源对物体的影响，这和真实世界的情况又是一样的。许多三维软件都有默认的光源，否则，我们是看不到透视图中的着色效果的，更不要说渲染了。因此，渲染程序就是要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。和真实世界中光源不同的是，渲染程序往往要计算大量的辅助光源。在场景中，有的光源会照射所有的物体，而有的光源只照射某个物体，这样使得原本简单的事情又变得复杂起来。在这之后，还要是使用深度贴图阴影还是使用光线追踪阴影？这往往取决于在场景中是否使用了透明材质的物体计算光源投射出来的阴影。另外，使用了面积光源之后，渲染程序还要计算一种特殊的阴影－－软阴影（只能使用光线追踪），场景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序还将花费更多的系统资源来计算特效的结果，特别是体积光，也称为灯光雾，它会占用代量的系统资源，使用的时候一定要注意。

在这之后，渲染程序还要根据物体的材质来计算物体表面的颜色，材质的类型不同，属性不同，纹理不同都会产生各种不同的效果。而且，这个结果不是独立存在的，它必须和前面所说的光源结合起来。如果场景中有粒子系统，比如火焰、烟雾等，渲染程序都要加以“考虑”。
智能光

我一直认为，自然界的光是具有智慧的，它像一个魔法师，把世界变得缤纷绚丽，甚至离奇古怪，而渲染程序中的光就显得笨拙的得多了，程序虽然提供了足够多的光源类型来让我们模拟真实世界的光源，但就其本质来说，都只解决了光源的直接照射问题，而真实世界中的照明不是这样的，它还存在再次反射的现象，也就是通常所说的的光能传递，现在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能传递相混淆，他们虽然在原理和结果上非常相似，但是算方式却不一样。

光的“智慧”还体现在它的反射和折射质量上，这个质量并不是指渲染图像的质量或者光线追踪的正确与否，而是指是否能自动完成与光线的反射和折射有关的所有效果。Caustic特效的产生成为了高级渲染程序的一个重要标志。Cau-stic是一种光学特效，通常出现在有反射和折射属性的物体上，比如透明的圆球、凸透镜、镜子、水面等，它包含聚焦和散焦两个方面的效果。

就目前的情况来说，衡量一个渲染程序里的光源是否具有“智慧”，不是看它的光源类型有多么丰富，或者说，已经与直接照明没有什么关系了（所有的渲染程序都能很好的解决直接照明的问题），而是与光源的间接照明有密切的关系。无论是天空光还是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物体上产生的效果，它们是光线的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction产生的结果，产生这些结果的自动化程度越高，即不需借助任何辅助光源，我们就可以把该渲染程序的光源看成是有“智能”的。需要注意的是，并不是说不能自动产生间接照明效果的渲染程序就是低级的。我们依然可以使用辅助光源来模拟那些间接照明的效果，作为渲染的图像来说，我们关心的仍然是图像所显示的效果，而不是产生结果的方法，所谓条条大路通罗马，目的才是最重要的。我们不要迷失其中。

［说明：天空光是一种很特殊的光源。准确的说天空光不应该称为光源，它是由于大气漫反射太阳光形成的，所以，它也可以看成是太阳光的间接照明。］
材质的真相

材质是什么？简单的说就是物体看起来是什么质地。材质可以看成是材料和质感的结合。在渲染程序中，它是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性，才能让我们识别三维中的模型是什么做成的，也正是有了这些属性，我们计算机三维的虚拟世界才会和真实世界一样缤纷多彩。

这就是材质的真相吗？答案是否定的。不要奇怪，我们必须仔细分析产生不同材质的原因，才能让我们更好的把握质感。那么，材质的真相到底是什么呢？仍然是光，离开光材质是无法体现的。举例来说，借助夜晚微弱的天空光，我们往往很难分辨物体的材质，而在正常的照明条件下，则很容易分辨。另外，在彩色光源的照射下，我们也很难分辨物体表面的颜色，在白色光源的照射下则很容易。这种情况表明了物体的材质与光的微妙关系。下面，我们将具体分析两者间的相互作用。

色彩（包括纹理）

色彩是光的一种特性，我们通常看到的色彩是光作用于眼睛的结果。但光线照射到物体上的时候，物体会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色，这些漫反射出来的光色到达我们的的眼睛之后，就决定物体看起来是什么颜色，这种颜色在绘画中称为“固有色”。这些被漫反射出来的光色除了会影响我们的视觉之外，还会影响它周围的物体，这就是光能传递。当然，影响的范围不会像我们的视觉范围那么大，它要遵循光能衰减的原理。另外，有很多资料把Radiosity翻译成“热辐射”，其实这也蛮贴切的，因为物体在反射光色的时候，光色就是以辐射的形式发散出去的，所以，它周围的物体才会出现“染色”现象。

光滑与反射

一个物体是否有光滑的表面，往往不需要用手去触摸，视觉就会告诉我们结果。因为光滑的物体，总会出现明显的高光，比如玻璃、瓷器、金属………而没有明显高光的物体，通常都是比较粗糙的，比如砖头、瓦片、泥土………这种差异在自然界无处不在，但它是怎么产生的呢？依然是光线的反射作用，但和上面“固有色”的漫反射方式不同，光滑的物体有一种类似“镜子”的效果，在物体的表面还没有光滑到可以镜像反射出周围的物体的时候，它对光源的位置和颜色是非常敏感的。所以，光滑的物体表面只“镜射”出光源，这就是物体表面的高光区，它的颜色是由照射它的光源颜色决定的（金属除外），随着物体表面光滑度的提高，对光源的反射会越来越清晰，这就是在三维材质编辑中，越是光滑的物体高光范围越小，强度越高。当高光的清晰程度已经接近光源本身后，物体表面通常就要呈现出另一种面貌了，这就是Reflection材质产生的原因，也是古人磨铜为镜的原理。但必须注意的是，不是任何材质都可以在不断的“磨练”中提高自己的光滑程度。比如我们很清楚瓦片是不可能磨成镜的，为什么呢？原因是瓦片是很粗糙的，这个粗糙不单指它的外观，也指它内部的微观结构。瓦片质地粗糙里面充满了气孔，无论怎样磨它，也只能使它的表面看起来整齐，而不能填补这些气孔，所以无法成镜。我们在编辑材质的时候，一定不能忽视材质光滑度的上限，有很多初学者作品中的物体看起来都像是塑料做的就是这个原因
透明与折射

自然界的大多数物体通常会遮挡光线，当光线可以自由的穿过物体时，这个物体肯定就是透明的。这里所指的“穿过”，不单指光源的光线穿过透明物体，还指透明物体背后的物体反射出来的光线也要再次穿过透明物体，这样使我们可以看见透明物体背后的东西。由于透明物体的密度不同，光线射入后会发生偏转现象，这就是折射。比如插进水里的筷子，看起来就是弯的。不同的透明物质其折射率也不一样，即使同一种透明的物质，温度的不同也会影响其折射率，比如当我们穿过火焰上方的热空气观察对面的景象，会发现有明显的扭曲现象。这就是因为温度改变了空气的密度，不同的密度产生了不同的折射率。正确的使用折射率是真实再现透明物体的重要手段。

在自然界中还存在另一种形式的透明，在三维软件的材质编辑中把这种属性称之为“半透明”，比如纸张、塑料、植物的叶子、还有蜡烛等等。它们原本不是透明的物体，但在强光的照射下背光部分会出现“透光”现象。

通过上面简单的描述，相信大家已经进一步了解了光和材质的关系，如果在编辑材质时忽略了光的作用，是很难调出有真实感的材质的。因此，在材质编辑器中调节各种属性时，必须考虑到场景中的光源，并参考基础光学现象，最终以达到良好的视觉效果为目的，而不是孤立的调节它们。当然，也不能一味的照搬物理现象，毕竟艺术和科学之间还是存在差距的，真实与唯美也不是同一个概念。

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:26:12

关于摄像机

一幅渲染出来的图像其实就是一幅画面。在模型定位之后，光源和材质决定了画面的色调，而摄像机就决定了画面的构图。在确定摄像机的位置时，总是考虑到大众的视觉习惯，在大多数情况下视点不应高于正常人的身高，也会根据室内的空间结构，选择是采用人蹲着的视点高度、坐着的视点高度或是站立时的视点高度，这样渲染出来的图像就会符合人的视觉习惯，看起来也会很舒服。在使用站立时的视点高度时，目标点一般都会在视点的同一高度，也就是平视。这样墙体和柱子的垂直轮廓线才不会产生透视变形，给人稳定的感觉，这种稳定感和舒适感就是靠摄像机营造出来的。

当然，这种放置摄像机的方法不见得也适合表现室外的建筑，我想说的是，摄像机的位置必须考虑观察者所处的位置和习惯，否则画面会看起来很别扭。在影视作品中，摄影机的自由度会大得多，为了表现特殊的情感效果。有时会故意使用一些夸张、甚至极端的镜头，要注意区别对待。

那么，在三维软件中的摄像机除了影响构图之外，还有什么其它的作用呢？当然有，这就是景深效果和?#092;动模糊。应该说这两种特效都是和摄像机密不可分的，因为摄像机（或照相机）都有光圈和快门，而光圈和快门就是产生景深效果和?#092;动模糊的直接原因，所以，?#092;用好这两种特效是再现真实摄像效果的必要手段。

三维软件里的摄像机，除了上面提到的内容外，还有更复杂的部分，那就是摄像机的?#092;动。如果你的工作不会涉及到动画制作，可以忽略与摄像机?#092;动有关的内容，但不论怎样，花点时间看看摄像方面的书籍是很有帮助的。要知道影视作品和我们平时照相不同，照相注重构图和用光，影视作品更讲究镜头的?#092;动和镜头的切换。所以，如果你要?#092;用好你的“虚拟摄像机”，就必须参考专业类的书籍，千万不要再凭自己的想象，否则，费了好大的劲儿制作好了模型，设置好了光源，把最难调的材质也调好了，还设置了动画关键帧，本来应该有个好的渲染结果了，却因为使用了“蹩脚”的摄像机镜头和?#092;动方法而导致剪辑师无从下手，结果前功尽弃。当然，这种结果在三维动画制作中并不多见，原因是三维动画制作通常都是先有了分镜头脚本（也叫故事板）才开始制作的。每个分镜头脚本中都注明了该用什么样的镜头以及如何?#092;用镜头，但这并不表示我们可以不用去学习镜头语言，假如你对镜头一无所知，那该怎样才能看懂分镜头脚本呢？也就更谈不上制作了吧。

光与影的艺术

“光与影的艺术”常用来作为摄影类书籍的主题。在摄影专业中，光线是一种使影像投射到胶片上的能量，那么在三维图像中呢？是否可以理解为光线是一种使影像投射到虚拟胶片上的能量？计算机也可以产生照片一样的图像，正是因为这样，使计算机图像成为另一种新的艺术表现形式，它和传统的摄影在用光上有着很多相似之处；不同的是，摄影的用光都是基于真实的光源，而在计算机中都是虚拟的光源，它只对计算机中的虚拟物体产生作用。本章将以自然光源为起点，逐步引入并深入介绍CG光源的特点和应用技巧。

自然界的光源

自然界始终充满着光线，，即使在“漆黑”的夜晚也会有微弱的光线照射着周围的环境，他们有的是月光或者星光，如果没有月光和星光，至少也会有天空和云层的散射光线存在，所以，绝对的黑暗在生活中是不存在的，即使有，那也只是视觉上的假像。猫和人对黑暗的感受不相同，甚至在光线充足的环境里，对亮度的视觉感受也不是恒定不变的。人的瞳孔在放大和收缩时对光的感受也不相同，这也是为什么人从亮处突然走进暗处会感到一片漆黑的原因，这也是摄影为什么存在曝光不足和曝光过度的原因所在。但在三维软件的虚拟摄像机中是不会有这个现象的，场景的亮度完全由光源来控制，但这是否就简化了对光源的控制呢？回答是否定的，要解释其中的原因，我们还要先来分析一下真实世界的光照模式。

光线照射的两种方式

想象自己站在阳光明媚的草原上，周围没有任何遮挡物。这时太阳是一个直射光源，它直接照亮你的身体和周围的草地，草地接受到太阳的光照后，会吸收一些光线，并漫反射出绿色的光线（注意，这绿色的光线也是太阳光里的一部分），这部分光线间接增强了太阳光的强度。如果在这个地方放一把遮阳伞，当你走进伞的阴影里时，对你而言，太阳光便不再是直射光源，此时照射你的都是来自天空和草地的漫反射光线。为了区别这两种不同的光照形式，我们把太阳光称为直射光照，把天空和草地的反射光称为间接光照，这两种光我们把它们统称为入射光，自然界的物体就是被这两种光照亮的。

虽然两种光照产生的效果不同，但它们其实都是来自于太阳的光线，只是光线走的"路径"不一样，这就是真实世界的光照方式。在真实的世界里，天空是不会自己发光的，它必须依靠太阳的光能，而在三维软件中，通常把天空光也作为一种独立的光源。因此，在这里我们把天空光也称为直射光源，它可以不依靠太阳而独立存在。由于天空光是一种非常特殊的光源，我们将在下一小节“渲染软件的光源类型”中详细介绍它。

在分析真实世界的两种光照形式后我们了解到，应该还存在一种间接光照。其实依靠传统的渲染技术是不可能实现间接光照的照射效果的，它需要一种称之为“Radiosity”的渲染技术。现在一种采用Global Illumination技术实现间接光照效果的软件正在逐步取代传统的光照效果，与传统的光照相比，它的出现从根本上解决了光线照射的两种方式的问题。首先，我们依然可以使用传统光源来模拟真实世界的直射光源，然后利用Global Illumination技术可以在前者的基础之上添加天空光照和来自环境的散射光线。

光线反射的两种形式

我们都知道，当光线照射到物体上时物体会吸收一部分光线，还会反射一部分光线，这个反射光也分为两种形式。第一种前一小节已经提到过了，就是漫反射。物体表面的固有色就是由漫反射光射入我们的眼睛决定的，在真实世界中，物体除了固有色之外，还应该有高光色，这个高光色就是由于镜面反射产生的，它往往出现在光滑的表面上。对于镜面反射，它的原理是，由于反射跟入射光线的夹角相等，所以平滑的表面会把入射光线集中的向另一面反射，这时反射的能量很高，就形成了明显的高光。但不是所有的物体表面都会形成高光，既然它是由于光滑度产生的，那么，在粗糙的物体表面，高光就不再有了，那是不是粗糙的表面就不反射入射光线了呢？不是的，是由于反射光线不再集中的向一个方向反射，所以它的能量被分散掉了，整齐的入射光线照在粗糙的表面上被反射到了各个方向，这时由于反射光线和入射光线总是跟表面法线的夹角相等这一特性造成的，这种反射在物理学上称之为”漫反射“。这样，镜面反射和漫反射就形成了光线反射的两种形式。不要小看这两种反射形式的存在，它跟三维软件中的材质有着密切关系。试想一下这样一幅图像，有从左到右三个材质球，左边红色球体是Lambert材质，在同样的光照条件下，它的表面上没有高光，使它看起来没有旁边的两个球体光滑，它模拟的是漫反射的效果；中间黄色的球体是典型的Blinn材质，它有明显的高光，这个高光就是模拟镜面反射的效果，黄色的固有色就是表面吸收光线之后散射出来的光色；右边蓝色的球体是一种比较特殊的反射现象，它的材质名称叫 Anisotropic（各向异性），可以说三维软件里的光源是以真实光源为依据的，材质也是一样。

在这里要特别指出的是，Radiosity的渲染技术在计算间接光照的时候，它其实只计算了散射光的间接照射效果，也就是物体表面固有色对周围环境的影响，对于镜面反射，Radiosity还是没有能力计算，它需要Caustic特效才能实现。现在越来越多的渲染程序支持Caustic特效，不过渲染出这种效果往往需要很大的代价（当然是指渲染时间），好在它只会在透明物体和有强烈反射的物体上出现。了解了真实世界的光照和反射形式，才能理解渲染程序中光源和材质的重要性，才可以根据场景的需要科学地把握最终的图像效果。

自然光源和人工光源

在我们的生活中，光线无处不在，可是被称为光源的并不多，因为只有能够自发光的物体才能称之为光源。但是在三维世界里便有了特例，比如月亮，它自己不发光，靠反射太阳的光线来照射物体，严格来说它不是光源，但实际上在三维世界它也起到了光源的作用。通常把光源分为自然光源和人工光源。自然光源有太阳、月亮、星光，也包括闪电，甚至连萤火虫也是。其实在特殊的时刻，自然光照明也是充满情调的，这种情调往往来自于光源在特定时刻的色调，比如太阳在初出和将要落山的时候，桔红色光芒照射大地，这时给人的感觉和太阳在正午时分是截然不同的，所以，很多摄影师都避免在正午的时候到户外摄影，除了会引起曝光方面的问题外，色调与氛围也是很重要的一个原因。与朝阳的红色情调不同，夜晚的月光总是把世界渲染得神秘、朦胧、和浪漫，所以年轻的朋友一般都会选择有月亮的夜晚约会（美其名曰“步月”），特别是月圆之夜。

人工光源的起源可能要追溯到燧人氏钻燧取火的时代，现在所指的人工光源主要是电灯，可以说，由于人工光源的出现，才会使得照明效果变得复杂起来，它除了给我们带来光明之外，也为生活增加了些许情趣，所以现在我们对光源的要求已经不以照明为简单目的了，而是更多地追求它的艺术效果。很多城市都实施过“亮起来”工程，就是用人工光源来装点我们的城市。其实仔细想想，人工光源在很大程度上实际是在模仿自然光源，比如在迪厅的灯光就象闪电一样，咖啡屋的灯光就像星光，客厅的灯光很明亮，像太阳一样，而卧室的灯光也朦胧得像月光一样………在三维软件中，光源虽然没有自然光源和人工光源之分，但都是在模拟这两类光源产生的，而且越是优秀的作品，越能把握光源的“情感”问题。

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:27:04

光源的衰减问题

在使用三维软件模拟光照效果的时候，最难的还不是光线的漫反射和Caustic，因为很多渲染程序都已经把这个过程“人工智能”化了，难的是正确表现光线的衰减，真实世界的光源是随着距离的增加按反向平方衰减的，而三维软件中的光源却需要我们人为地调节衰减，很多朋友在调节光源的时候忽略了这一步，这是一个非常不好的习惯，特别是在做室内设计的时候，这个问题尤其突出。

由于很多渲染程序没有提供Radiosity，所以它不能计算物体表面在接受光照之后，散射光线对周围物体的影响，因此，如果按真实光源的方式来衰减，那么场景就会很暗。为了解决这个问题，多数三维软件都采用了一种折衷的方式，就是用线性衰减，这种衰减方式比真实情况简单，但存在的问题是光线照射的聚光区不够真实，也就是由于衰减不够快使得聚光区产生类似“曝光过度”的现象，特别是场景中有很多辅助光源的情况下更容易发生这种情况。在Lightscape中即使把光源的亮度提高几倍，它也不会在聚光区产生生硬的光斑，，它总是显得非常有层次。其实在其它三维软件中也可以产生这样的效果，笔者喜欢把光源的衰减由线性衰减改变为反向平方衰减，然后使用Multiplier参数（在MAX中）或者Intensity参数（在Maya中）来调节光源的亮度，这时光源投射的聚光区会很有层次，当然，要产生好的效果，必须配合相应的辅助光源，而且千万不要忽视辅助光源的衰减问题。

渲染软件的光源类型

在分析了自然光源和人工光源之后，让我们回到三维软件中，软件中的光源也可以分成几个类型，具体的类型会因为软件的不同而有所差异，但总的说来不外乎点、线、面、体积这几类。

点光源

点光源是最常见的光源类型，光线从单一的点发射出来，根据光线发射的形式不同，在三维软件中又被细分为Point、Spot和Directional，它们通常用来代表真实的灯泡、射灯和太阳光。

需要注意的是，不同的三维软件对Point光源的称呼也不同，比如在3ds max中就称为Omni；在TrueSpace中却被称为Local Light；在Lightscape中又被称为Isotropic，笔者觉得还是Isotropic最恰当，“等方向性”一下子就把该光源的特性概括了。Point光源是指光线从某一点开始，向各个方向等量的发射。

Spot也是一种点光源，和Point光源最大的不同是Spot光源有一个用来限制光线照射范围的锥角，也称为光束的发散角度。要知道Point光源是全向的，而Spot光源最大的发散角度通常不会大于180度，除了这一点之外，和Point光源相比Spot光源的照射区域还分为聚光区和衰减区，我们平常使用的手电筒就是最典型的Spot光源，还有舞台上常用的追光灯。

和前面介绍的两种点光源的光线发射不同，Directional光源发射出来的每条光线彼此之间是平行的。所以也被称为平行光源，把它也作为点光源的一种，是因为它常被用来模拟太阳光，我们都知道太阳其实是一个巨大的Point光源，由于和地球有足够远的距离，才使得它的每条光线之间的夹角非常的小并接近于平行，所以虽然它的照射效果跟Point光源截然不同，但还是把它作为点光源来看待。三维软件中常用Directional光源来模拟太阳光，它的特点就是单向性的平行光。

线光源

线光源是一种比较特殊的光源类型，最早接触到这类光源应该是在Lightscape中，它常用来模拟日光灯管的光线。在室内设计中，经常会在吊顶中暗藏日光灯管形成发光灯带，有了线光源，就能很好来模拟它的效果。线光源与点光源相比最大的不同在于它的阴影发生了变化，三维软件中把这种阴影称为Soft Shadow。

注意：从严格意义上说，虽然线光源可以模拟日光灯的光照效果，但它的结果和真实情况还是有区别的。日光灯是圆柱状的光源，除了两端之外，应该是通体发光，而线光源居然有指向性，要完全的模拟日光灯的效果，估计需要用两个线光源背向而置才可以。另外，线光源目前还不能产生曲线的照射效果，比如弯曲的霓虹灯文字等。

面光源

顾名思义，面光源是一个发光的二维平面，与线光源一样属于高级的光源类型，常用来模拟室内来自窗户的天空光，其实它还有个最好的模拟对象，就是把它作为辅助光源，模拟表面的光能传递。原理很简单，当表面接收光线的照射后，会反射出一部分光线，既然散射出来的光线是从二维平面上发射出来的，那不正好是个典型的面光源吗？当然，为了获得更好的效果，还需要把面光源的颜色调节得和表面一致。

环境光源

环境光源比较复杂，并不是所有的三维软件都提供环境光，它主要是用来做什么的呢？依然离不开光的漫反射，前面曾不止一次的提到过，表面接收到光照后，会反射一部分光线出去，现实空间中的每一个物体其实都受到来自四面八方的反射光线的影响，为了模拟这种效果，就产生了环境光源。在Maya中，当Ambient 光源的Ambient Shade参数为1时，其效果很容易跟Point光源混淆。要知道，为了让Ambient光源很好的表现反射效果，该光源是不会在物体的表面上产生高光的。

体积光源

体积光源在生活中经常见到，但在三维软件中就不常见了。真正把它单独列出来的笔者还只在Alias StudioTools中见过，当然，这并不是说在其它的三维软件中就不能模拟这种效果，而且只要分析产生这种光源的原因和其照射效果，模拟就不难了。我们打个比方，一个亮着的灯泡，是典型的Point光源，但如果用一个磨砂玻璃做的球形的灯罩把它罩起来，这时光线的发射就产生了变化，它会因为磨砂玻璃粗糙的表面而打破光线原有的“次序”，这使它看起来不像是由一个点发出的光线，而更像是整个灯罩发出的光，而且阴影也会因为这个原因变成Soft Shadow。明白了这个原理之后，仿真体积光源的效果也就变得容易了。不过可惜的是，对于其它的几何形状来说就不太好模拟了，好在不是所有的CG图像都要求照明的精确，一般只有建筑设计和工业设计的效果图才对照明要求准确无误。

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:28:06

特殊的天空光

在所有的光源类型中，天空光可能是最特殊的了。天空光可以看成一个巨大的球形体积光源，不过我们都处在这个光源的内部，而且总是只能看到球形体积光源的上半部分，也就是倒扣着的“锅”，这么一解释，天空光岂不是像一个反的Point光源？

Point光源是从一个点向四面八方发射光线，而天空光正好相反，它是光从四面八方向内部的一个点发射。解释起来虽然简单，但这种光源却非常难得，很多三维软件都没有提供。离开了天空光，是很难表现出户外效果的。特别是对于从事建筑效果图制作的人来说，其意义就更重要了，它一般都会跟Directional光源一起组成一个阳光系统。

光源类型与阴影的关系

什么是阴影

什么是阴影？这好像是一个很傻的问题，你一定会说，不就是物体在光源的照射下投射出来的黑影吗？这有什么好问的。其实并不是这么简单，其实阴影就是在光源的有效照射范围内，没有被照射的部分形成的。因为当光源照射到物体上时，会增加照射区域的亮度，明暗一对比就形成了所谓的阴影，阴影的形状是由遮挡物体的外形决定的，阴影边缘的“硬度”是由光源的属性决定的。明白阴影形成的原理非常重要，它有助于我们正确设置光源的属性，至少我们已经知道阴影要体现环境色的特点，而不是单纯的黑色。

本影与半影

所谓半影，在CG中把它称为Soft Shadow，这种阴影在生活中比较常见，但在三维软件中一般只有线光源、面光源和体积光源才能产生，不过，使用Depth Map阴影也可以让点光源模拟这种效果。在阴影中，我们把中间颜色比较深的部分叫“本影”，边缘颜色表较淡的部分叫“半影”，真正的半影跟光线投射的距离有密切的关系，为了揭示这种关系，先来了解一下产生本影和半影的原因。假设有一个蓝色的圆球在地板上，在该圆球的正上方有一个Spot光源对圆球进行照射，光线从一点出发所以得到边缘非常清晰的阴影。如果照射圆球的不是Spot光源而变成一个球形的体积光源，那么由于体积光源是通体发光，所以光线不再是从一点出发，如果我们对球形体积光源的上下两级分别进行光线取样，可以很明显的发现，在上下级光线都照射不到的地方就产生了深色的本影，而边缘的半影，总是会被某一级的光线照射到，所以出现了比本影颜色淡的效果，也就是Soft Shadow。在现实生活中，很少有真正的点光源，也就是说很少有光线是从某一点射出的，即使是灯泡，也是从“TNR”型的灯丝发出的光线，所以，多数都应该是Soft Shadow，而不是那种边缘很清晰的阴影。在很多时候要产生Soft Shadow并不太难，可以使用Depth Map阴影中的Sample Range参数来模拟Soft Shadow（增大Sample Range参数的数值，注意在其它的三维软件中该参数的名称可能会有变化，这里是指在3ds max中），但这种方法并不适合所有的情况，且不说要产生Soft Shadow的是透明物体，就是普通的物体，只要光源的位置一变，Depth Map阴影的破绽就会显露出来。

注意：细心的朋友可以观察一下周围，有没有桌子或者椅子在窗户旁边，如果有的话，请观察桌腿产生的阴影，是不是越靠近桌腿本身阴影越清晰，越远离桌腿阴影越模糊？这说明阴影也是有衰减的，Soft Shadow的形成也包括阴影衰减的原因存在。

比较不同的光源类型产生的阴影

在三维软件中，最常用的光源是Point、Spot、Directional和Area这四种。这几种不同的光源对阴影有什么影响呢？答案很明确，这种影响是非常直接的。资深的CG专家只要看看阴影就知道使用了哪些光源。为了便于识别这些光源类型的阴影，使用同样的场景，并且所有的光源都处在同一个位置，照射角度也完全相同。通过比较，我们发现Point光源和Spot光源投射的阴影是一样的，这和它们光线发射的原理有关，前面介绍过了，它们同属于点光源，光线都是从一个点发射出来的，既然这两个光源的位置相同，那么投射出来的阴影完全一样也就不奇怪了。它们的区别仅仅在于照射范围上。Directional光源投射的阴影，和上面的两个光源投射的阴影相比，它除了显得小之外变形也不大，这跟该光源射出的光线都是相互平行的有关，这种阴影效果很容易让人联想起阳光，所以Directional光源常用来模拟太阳光。任何平行光源加上光线追踪阴影都能够很好的表现阳光的效果。Area光源投射的阴影，和上面三个光源投射的阴影相比，最大的不同在于它产生了Soft Shadow，虽然阴影很模糊，但更真实（当然要根据实际情况而言）。虽然这里只介绍了四种光源类型产生的阴影，但却非常具有代表性，因为在通常情况下我们只使用这几种光源。

真实的透明阴影

一直很奇怪透明物体怎么会有阴影？按理说，透明物体不会阻挡光线，照射它的光源会完全穿过它，既然是这样，怎么又会产生阴影呢？要解释这个现象，笔者以为，首先，透明度应该是一个相对的概念，绝对透明的物质生活中很难遇到，比如，玻璃是透明的，但几十块玻璃迭在一起，它还透明吗？其次，就是折射现象的存在，会使穿过它的光线发生偏转，使光线的能量产生相应的变化。还有一点，就是厚薄的问题，其实因厚薄产生阴影问题实际上是综合了上面所说的两点，比如一个玻璃杯，它正对着光源的部分应该最薄，越往两侧越厚，因此产生了不同的透明度，阴影也随之发生了变化，如果说玻璃杯中间不会产生阴影，那两侧还是会有明显的阴影的。我们都知道，现在的三维软件都提供了Depth Map阴影和Ray Trace阴影两种形式。两者相比，在速度上前者占优势，在质量上后者占优势，但如果要产生透明阴影，那就必须使用Ray Trace阴影了。因此，我们为了获得更快的渲染速度而使用Depth Map阴影，但碰到有透明物体的场景时，还是不得不使用Ray Trace阴影来获得更好的效果的。注意：Ray Trace阴影必须采用Raytracing方式来渲染，否则，不会出现阴影效果。

介绍Caustics

Caustics特效是最近才流行起来的一种渲染技术，它能够*真的再现因折射和反射引起的光学现象。不过，千万不要误以为只要有了能产生Caustics特效的渲染程序，就等于可以制作出好的作品，这是截然不同的两个概念。我们只能说，有了Caustics特效会给作品增添不少色彩，但Caustics不是灵丹妙药。笔者根据Caustics特效产生的效果推测，它将被主要应用到工业产品效果设计中，因为高反射和折射的材质多出现在工业产品中，而Caustics特效的产生就是依靠光线的反射和折射。需要特别指出的是，Caustics特效并不是阴影，准确的说它是一种光，其中包含光线的反射、光线的聚焦和光线的散焦。不同的条件下效果产生的位置也不相同，但常出现在阴影之中。由Caustics特效示意图我们注意到，因折射而引起的Caustics特效一般都会出现在阴影之中，而因反射引起的Caustics特效则可能出现在阴影之外，这要视入射光线跟表面法线形成的角度来定，另外，Caustics特效如果没有出现在阴影之中，那么它的影响会比较轻微，其道理就像大白天使用手电筒一样，手电筒的光不会在受阳光直射的表面留下明显的光斑，但如果照射到阴影之中，还是会有影响的。当然，如果你有能跟太阳的光照相抗衡的光源，就另当别论了。不过，这样的光源哪儿才有呢？除非用一面镜子来反射太阳光。说起产生Caustics特效的方法，不外乎两种：一种是利用渲染程序提供的这个功能，另外一种就是模拟了。特别是模拟圆球体的Caustics特效，非常容易，只要使用光源的纹理投射功能，就可以达到以假乱真的效果。对于依靠渲染程序提供的Caustics特效，相对模拟来说，在*作上就容易多了，我们只需要调节有关的参数，再经过漫长的等待（视硬件速度而定），就可以得到需要的效果。

光能传递与虚影

在使用Lightscape的时候，就发现它产生的阴影非常真实，为什么会这样呢？因为它在渲染中应用了真实的光照效果，在Lightscape中，光源不再是影响阴影的唯一元素，凡是参与光能传递的表面都会对阴影产生交叉影响，因此，使用了光能传递渲染技术是产生真实阴影的重要原因。在本书中，将会把Lightscape中这种真实的阴影成为“虚影”，为了讲清楚这个问题，我们首先来看一下虚影跟前面提到过的Soft Shadow的区别。

虚影跟Soft Shadow的区别

应该说，虚影跟Soft Shadow有很多相似的地方，这主要体现在它们各自的形态上，它们都呈现出边缘模糊的形态，但虚影绝不等同于Soft Shadow，因为Soft Shadow是光源在自身条件下形成的一种阴影类型，它模糊的边缘是半影的体现。而虚影与投射它的光源没有直接关系，产生并影响它的是来自环境的散射光线，也就是光能传递所产生的光线，它使得原本“生硬”的阴影变得“活泼”起来。散射光线的强度决定了阴影的浓淡，有时甚至会出现把阴影完全虚化的现象，但不论怎样，它产生的效果是非常真实的，因为它是按真实的光线传播原理计算的。举一个例子，在一个房间里有一个正方体和一个圆球体，墙的左侧是红色的，右侧是蓝色的，我们在同一个视角分别用Maya和Lightscape对球体生成Soft Shadow和虚影，我们发现用Lightscape渲染的图像更真实一些，对于球体的阴影来说，它首先是因面积光源而产生的Soft Shadow，这一点跟Maya软件渲染的该图是一样的，其次由于受环境中散射光线的影响，阴影的颜色和亮度都发生了变化，观察不锈钢圆球下面的阴影，左侧受到红色墙面的影响，右侧受到蓝色墙面的影响，越靠近圆球的底部阴影的颜色越深、受环境的影响越小；越远离圆球的底部阴影的颜色越?#092;、受环境的影响越大，这应该就是虚影的特点吧。

光能传递与虚影的关系

既然虚影的产生离不开环境中的漫反射光线，那么渲染程序采用什么样的方式来计算图像就显得非常重要了，毫无疑问，光能传递是最佳的选择，因为只有支持光能传递和Global Illumination的渲染程序才能“自觉”地计算环境中的散射光线，所以也只有这样的渲染程序才能自动地完成虚影的计算。

漫反射光线跟直射光线一样，都可以起到照亮物体的作用，由于阴影是没有直射光线照射的区域，所以它只接受环境的漫反射光线。这使得阴影的颜色不会太深，而且即使是光源本身不会投射出Soft Shadow，但受漫反射光线的影响，阴影的边缘也会变得很“软”，所以把它称为虚影。

我们已经知道，漫反射光线除了有“光”的性质之外，还有“色”的成分（其实光与色原本就是一体的）。也就是说，什么颜色的表面就反射什么颜色的光，由于散射光线的能量远远低于照明光源的能量，所以它对受到光源直接照射的表面影响很微弱，但阴影却对反射光线非常敏感，因此，阴影的颜色受到的影响尤其大。

综上所述，可以看出光能传递与虚影的关系是非常密切的，也了解到虚影的复杂性，因为通常环境中的漫反射光线不是一种统一的环境色，而是多种光色的混合、迭加的效果，并交叉影响着。表面的法线控制着散射光线的方向，因此任何一个反射了光线的表面都可以看成一个特殊的面积光源，也许正因为如此才产生了Global Illumination渲染方式。

说明：Global Illumination渲染方式和Radiosity（光能传递）是不是一回事？就其工作原理和产生的结果看，完全是一回事。只是现在一些新的渲染程序都使用了Global Illumination这个词，而很少用Radiosity了，也许新的词更容易望文生义吧。不过据观察，凡是采用Radiosity技术的我们总能看到每一个表面发出漫反射光线的过程，而现在流行的Global Illumination技术则看不到这个过程。

明白了光能传递与虚影的关系后是否就是说我们只有用有光能传递功能的渲染程序才能得到虚影的效果呢？当然不是，就象用辅助光源模拟光能传递一样，虚影也可用同样的方法来模拟，只是我们要更加关注阴影的效果。在这方面没有什么特殊之处，如果你能很好的模拟出光能传递的效果，那么一般也会得到满意的虚影效果。

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:29:16

眩目的光效

光源除了因照明而产生了明与暗、光与影之外，还会出现很多光学特效。光学特效的使用，除了可以强化图像的真实感之外，也会为画面增添不少情趣。这些光学特效，有的是因为特殊环境而产生的，比如雨天的路灯周围就会出现漂亮的光晕；有的是因为摄像镜头产生的光学现象，比如镜头反射光斑等。由于这些效果在生活中和影视作品中经常遇到，所以大家都对它们非常熟悉，如果一个大家都熟悉的东西不能出现在CG作品中，那么图像的真实感就要大打折扣了。因此，学习并掌握光学特效是非常重要的！

灯光雾和辉光

灯光雾（也叫体光）和辉光经常同时出现，但两者却是截然不同的现象。随着光源的锥角扩散并逐步衰减的就是灯光雾。它的出现是因为空气中含有的杂质，比如细小的尘或雨水，在绝对纯净的空气里是不会有灯光雾出现的。而辉光则不同，它的出现是一种视觉效果，虽然大气也会影响它，但那种因强光而造成的光芒感却是由于观察者（或摄像机）的眼睛（或镜头）引起的。因此，辉光常常出现在强光和强反射材质的高光处。

镜头光学特效

镜头特效的特殊之处在于它是摄像机的镜头正对着光源时，对光源产生一系列反应，我们在很多影视作品中都会看到这些效果，以下是几个常见的镜头光学特效：1.Glow；2.Ray；3.Star；4.Auto-Secondary。虽然它们并不是镜头特效的全部，却非常具有代表性。笔者认为，镜头特效的出现，表现真实感是次要的，主要是为了烘托一种情趣或是一种氛围。另外，镜头特效的?#092;用，从某种程度上来说有暗示光源强度的作用，有时还会产生戏剧性的效果。

记住：一定要记住，在表现某一特定事物时，直接表现不一定是最佳的手法，利用对比、陪衬和烘托往往能起到更好的作用。对于表现CG中的光源更是如此，也许把注意力集中在表现阴影上，光的效果也就体现得更淋漓尽致了。

实用灯光技术

灯光照明是一个实用性很强的技术，掌握了它比掌握任何高级渲染程序更加可靠，因为无论你使用什么样的渲染程序，如何布置你场景中的光源都是必须要考虑，而且还必须是重到位的，否则，是很难渲染出令人赞叹的作品的。我们知道，渲染图像的技术和摄影技术有很多相似之处，那么布光对摄影有多重要也就对渲染有多重要，明白了这个道理，学起来就容易多了。

灯光的基本原则

三维软件里的灯光和生活中的灯光是相通的，在生活中我们布置光源的时候一定会考虑是为了满足什么需要，比如：书桌上的台灯就要满足看书写字的需要；吊顶里的反光灯槽就应该满足丰富空间层次的的需要；汽车的刹车灯使用红色就是为了警示的需要；而倒车灯就必须能够照亮较近的物体………当然，这些都是功能性的需要，我们还会有很多美感的需要、艺术的需要，“流光溢彩”多是形容这种需要的。在角色照明中，多数会采用类似舞台照明的技术，不知大家有没有看过早期的电影，正面角色一般都会使用斜上方的灯光来照明，而反面角色一般都会使用从下往上照射的光源，一看就面目可憎，这种照明往往是为了满足人物性格，或者是剧情需要，光源使用不同的照射角度可以产生不同的人物性格，不同的光源在场景中可以产生不同的情境氛围，这是灯光的物理特性已经不是很重要了，它更多的使用了夸张、暗示的手法。因此，在看这样的作品时我们就不能用工业照明的标准来衡量场景的照明了。综上所述，表现对象和应用领域不同，灯光照明的原则也不相同，很难把它们严格的分清楚，因为在实际应用中，往往存在“交叉感染”的现象，比如在有角色出现的室内场景，如果单纯的考虑室内空间的照明，那么对角色可能不合适，这一点跟拍电影电视是一样的，如果只给角色照明，那环境则会交待不清，必须综合考虑。室内的光照可以考虑更多的物理特性，否则就会显得虚假，而对角色的照明则要更注重“戏剧”效果。当然，也不能一概而论，有时候对环境空间的照明也会以烘托气氛为主。因此，在布置光源之前弄清楚照明的目的，然后再根据各自的特点分配灯光才是正确的方法。

在应用三维图像的时候，应用的领域不同对灯光照明的原则也不相同。这一点可能更让人关心，比如大多数的三维爱好者都在使用3ds max制作三维图像，有的是做建筑效果图、有的是做产品效果图、有的是做电视片头的、有的是做广告、有做游戏的、有的是做虚拟实境、有的是作医疗科学、还有的是做军事演示，等等等等………类别细分下来不计其数。在使用灯光方面，它们有相同之处也有各自不同的特点，下面先来看看它们的相同之处。

现实的需要

和真实世界中的情形一样，如果没有光源，世界将是一片漆黑。在三维世界里，如果没有光源渲染的结果也会是一幅漆黑的画面，无论你从事哪一个行业，肯定都不会交出一幅这样的作品，所以，满足现实的需要是照明首要的目的，也是照明的基础。

显示是非常重要的，它告诉我们图像中有什么、是什么，只有在这之后，我们才会继续认知对象是什么颜色、是什么质感………必须清楚的是，这仅仅是照明最基础的需要和目的，可往往有很多从事三维制作的人把它当成了最终目标，他们总是在精心建模和设置纹理之后，草草的在场景中布置几个光源，便匆匆渲染了之，哎！何其缪也………

造型的需要

同一个物体在同样的光源的照射下，角度不一样使我们对造型的感觉也不一样，这种视觉上的差异完全是因为灯光的照射角度不同引起的，因此，我们可以判断，灯光照明还必须服务于对象的造型。不论是大的造型还是小的造型，离开了灯光的作用，效果都会大打折扣。应该说，造型的需要是建立在显示的需要之上的，它们都应该成为我们布置光源需要满足的基本条件。除此之外，不同的应用领域会有不同的照明原则，下面就目前比较流行的应用领域对照明的要求做一下简单的描述。

建筑室内、外设计

建筑室内、外设计的照明必须力求真实可信，不论是光源的亮度、色温还是照射范围都要能体现出真实光源的物理属性，因为这种设计最终都要应用到真正的工程当中去，如果你的作品不能真实的反映竣工后的实际情况，那么竣工后的效果就会和当初的设计作品大相径庭，如果是这样，不论你的设计作品多么诱人，那都只不过是一个“谎言”而已。当然，笔者并不反对应用艺术的表现手法来表现光源，但是必须明白它是服务于设计对象的，而不是服务于渲染图像的。只有在这样一个大前提下，你才能“随心所欲”的经营你的光源，这时，你首先要考虑‘功能的需要’，因为建筑是一个实用性的空间。其次，你要考虑‘空间的需要’，也就是学会用光源来划分空间，这方面很多人做得不够，他们往往习惯于用具有一定形式的物体来划分空间。如果在这两点的基础上辅以不同形式的照明，效果会更强烈。在满足了功能的需要和空间的需要之后，照明还要考虑‘造型的需要’。当然，作为建筑室内、外设计的表现来说，手法应该是多样的。最近几年也出现了很多形式感很强的设计作品，他们不一定都以突出真实感为表现目的，但据笔者的观察，这些作品多数都是用在表现建筑外观上，这可能是因为建筑外观更注重造型的原因吧！

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:30:26

工业产品造型设计

由于工业产品往往是一个独立个体，表现应该放在首位，在布置光源的时候，更多的参考摄影的布光技术是没有错的，是否应该在光照方面突出其物理特性已经不再重要了，它更多的是满足对象造型和材料质感的需要。

影视片头

影视片头里的照明可能是最不需要什么章法的了，因为片头只要能达到突出标志和文字的目的，配合相应?#092;动就行了。不过笔者在这方面的实践很少，可能没有发言权，但在电视上见得很多，基本上也是如此。

游戏场景的照明

三维游戏场景的照明有时候比布置电影中的照明更复杂，因为它既要满足照明的各种要求，还要满足游戏的交互性。所谓交互性，简而言之就是一种实时显示技术，比如《极品飞车》的游戏，如果选择的是夜晚，所有的参赛车辆都要打开车灯，车往哪开就应该照射到哪里。玩家控制车，计算机把车灯的照射效果及时的反馈到显示器上，这样就可把照明视为交互式。很多游戏为了提高交互速度，只能尽可能的减少这样的光源，但又为了不影响游戏的画面效果，就产生了一种把照明效果转化为纹理贴图的技术，它的制作过程是这样的：先在三维场景中用真实的光源照射场景，然后把接受光照后的表面转化为纹理贴图檔，再将场景中的光源删除，把纹理贴图应用到相应的表面上便可以产生以假乱真的效果。

三维电影里的照明

除了在前面提到的一些领域之外，还有一个特殊的领域对照明要求非常严格，这就是近几年流行起来的三维电影。它的照明基本上完全继承了传统电影对照明的要求可以看成是科学和艺术的完美结合，它对照明真实感的追求完全不同于建筑设计，在建筑设计中，照明的视觉美是建立在物理属性的基础上的，而电影中的照明视觉美更纯粹一些，只要能突出好的效果，光源的选择和布置都随意得多。当然这种随意必须有个前提条件，就是为剧情服务，为角色服务。还有一种电影是采用三维和实拍合成的，它对照明的要求又变得严谨起来，这也是三维制作中较难的部分，因为合成在一起影片除了镜头匹配、动作匹配之外，实景和三维制作的物体在光照上也必须严格匹配，否则就穿帮了。这种照明的要点就是必须跟实拍场景的光照相符，包括直接光照和间接光照，特别是间接光照，也就是常说的环境光，它是三维物体是否能融入背景的关键。

灯光的作用类型

三维制作中灯光该如何作用于对象呢？很难直接回答这个问题，就象从事摄影艺术的人一样，如何给他的对象用光，不同的艺术家会有不同的做法。不过，无论怎么做，他都会考虑灯光的类型、灯光的位置、照射的角度、灯光的强度等因素。下面将对灯光的类型进行提炼，并分别作出解释。

前光、侧光、顶光、背光

在通常情况下，我们都会首先确定光线应该从哪个角度照射到对象上，因为不同的照射角度会产生不同的形体特点，同时也会影响到观看者的心理感受，我们常说的正面光、侧光、四分之一用光、顶光、都是灯光照射角度的具体表现，，而且主光源的照射角度通常都是非常重要的，它基本上可以控制照明的整个基调。那么，在调整灯光的照射角度的时候，我们需要观察的到底是什么呢？一句话：是明暗面积的比例关系。注意：这里指的是观察什么而不是表达什么，因为通过光影表达意念的作品是一个感觉的问题，很难有一个统一的标准，而通过观察明暗面积的比例关系可以使调节灯光的照射角度有一个“章法”可循。

正面光是很多三维初学者最常玫恼丈浣嵌龋验樗拜p易”的就可以照亮整个场景中的可视部分。但是注意，这个正面不是指物体的正面，而是指光线顺着摄像机的目标点照射。在照射范围内，它产生非常均匀的光照效果，物体上的色调过渡也很柔和，但缺乏立体感也是它致命的缺陷。而且很容易在物体的后面形成“包围”物体外轮廓的阴影，使用过“傻瓜”相机照相的人应该有这个体会，当光线不足时闪光灯会充当照明的主光源，由于闪光灯和照相机处在同一个位置，使照明成了典型的正面光，被摄的人和物都显得非常平板，如果人和物的后面有墙壁，那么阴影就会给人和物“刻画”出一圈讨厌的轮廓线，而且如果有油脂性皮肤的人，面部甚至会出现大面积的高光，所以，很少有人使用正面光来摄影，在三维制作中基本上也是这样。

和物体被正面光照明相比，被四分之一光照射的物体的立体感显得强多了。这是比较经典的照射角度。也是主光源常用的角度，它产生的阴影面积比较小，好像也只有四分之一，它的优点是很明显的，被照亮的面积仍然很大，使我们能看清对象，少量的阴影可以突出形体的立体感，也可以帮助交代形体的结构关系。不过，它也不是“完美”的角度，因为过于经典而显得有些呆板，在对表现情感时显得力不从心。在影视作品中，经常会见到一些非常极端的照射角度，给人很强烈的印象，下面就列出了一组极端的照射角度。

侧面光在对象上产生明暗各占一半的效果，它是让角色产生“阴阳脸”的根本原因。很容易让人对角色产生“阴阳怪气”的感觉。

顶光会使物体显得渺小，并在被照射对象的下部产生大面积的暗面和阴影，如果应用到角色上，角色的双眼通常都会被阴影?#092;罩，心灵之窗因此关闭，角色显得忧伤、渺小、孤立，这样的对象总让人难以琢磨，因此他（她）们通常都很漂亮。哎，色不异空………

底光这种自下而上的照明就像“地狱之光”一样，会在对象和环境的上部产生大面积的暗面和阴影，使黑暗罩在头顶，恐怖之感油然而生。

不知大家在看新闻时注意到没有，主持人头发上和肩部的亮光是从哪里来的呢？在电视摄影中它叫轮廓光，是一种亮度极高的光源从对象的背后照射产生的，由于这种照射角度会在对象上产生明亮的外轮廓线，所以也叫轮廓光。它通常用来把对象从背景中分离出来，除此之外，还能加强对象跟背景之间的空间感。由于对象和背景的色调非常一致，使得立体感和空间感不强，轮廓光的出现，象画笔一样把对象的形体从背景中勾勒出来，不但丰富了对象的色调层次，也强化了结构特点，“加大”了对象和背景之间的距离。但是，轮廓光的这种作用往往只能在圆滑的表面结构上得到很好的体现，对于棱角分明的物体作用不明显。

主光与辅光

这里所指的辅光是指真实的光源，而不是那种在三维软件中为了模拟光的散射而添加的“假光源”，它通常是为主光源服务的。经过前面的介绍，我们知道光源照射的角度不同，阴影产生的面积也会不同，当主光源产生的阴影面积过大而影响了对象形体特点的表现时，就会需要增加辅助光源对暗部进行适当的照明，以产生更好的效果。

在拍户外电影时，如果对象在阳光的照射之下或因为胶片曝光度的原因，背光面和阴影都会显得非常黑，因此而丢失大量的细节，这时通常会应用一个反光板来反射太阳的光线，以补充暗部的曝光不足。因此，在拍片现场我们经常会看到一个手持白色面板的人跟着拍摄物件一起?#092;动，这时，太阳就是主光源，反光板的反射光线就是辅助光。在室内也经常会有这种情况，在拍摄新闻节目时，照射主持人的光源一般都是从前上方偏左（或者偏右）照射的，这会在主持人的鼻底和颈部留下明显的阴影，为了消除或者减弱这些阴影，通常会使用一个辅助光源照射反光板来达到这个目的，当然反光的强度不能太高，否则会使主持人的面部缺乏立体感，甚至会像被医院的无影灯照射一样。

在通常情况下，主光与辅光的关系是不可分割的，就象国王与大臣一样，虽有主次之分，但又缺一不可。在很多场景中，甚至会出现主光和辅光难以分辨的情况。那种光线是主光呢？是根据照射的面积还是光线的强度？很难回答清楚。我们必须承认这种现象的存在，如何区分它们就要看情节（或者表现）的需要了。

直射光与反射光

在前面已经介绍过，直射光的类型有很多，比如点光源、线光源、面光源和体光源等，但反射光通常只有一种类型，那就是以面的形式发射光线。当然，这里指的是漫反射，而且专指那些利用反光板把直射光线反射到对象上的照明形式，它在原理上和光能传递是一样的，但它却是有意而为之的，有着明确的目的性，常常是为了追求某种特殊的光照效果，而光能传递是不需要人工参与的物理现象。打个比方，有些摄影师在照相的时候，不会用闪光灯直接照射对象，而是把闪光灯向上旋转，朝着天花板照射，利用天花板反射出的光线来摄影，这就是非常典型的案例。它的好处在于可以得到非常柔和、均匀的照射效果。还有一种情况是在光源的前面加一块毛玻璃（或者硫酸纸）来把原本整齐的光线次序打乱，变成散射光线，这样得到的照射效果和反射光照效果差不多。在三维渲染中一定要注意这种光线的使用，因为以前我们常说CG图像显得很生硬，就由这方面的原因。

特殊的效果光

效果光通常不会以照明为目的，它是为了突出一些特殊的效果而采用的局部照明。比如人像摄影中的眼神光，当然，建筑设计中也会有大量的效果光出现，现在很多城市的标志性建筑周围都会使用很多大功率的投影灯，使大厦在夜晚依然高耸挺拔，而且这些效果光通常都会使用绚丽的色彩来装点大厦，这样的例子在生活中随处可见。它实际上起到引导观察者视线的作用。

另外，当你想突出一个处在画面不起眼位置的物体时，也可以使用一个单独的光源给与照明，以此来吸引观众的焦点，这也是为什么在室内设计中，经常会给一些工艺品或者字画使用高亮度射灯照明的原因，而且，这样的光源照射范围都很小，目标性非常强。

其实在三维渲染中使用效果光要比在真实情况下更直由。因为在软件中，即使有很多物体都处在同一光源的照射范围内，我们依然可以人为地控制哪些物体被照射，哪些被排除在照射之外，这样，我们可以根据需要随意地添加效果灯，而不必担心会影响到其它的物体。比如，当你觉得角色眼球的高光在正常的照明条件下不够亮，显得不够有神，就可以添加一个只照射眼球的光源，而不会因此影响角色脸部的亮度。注意，这并不是由照射范围达到的，不要把它们相混淆！另外，在表现玻璃器皿和高光反射材料的时候也会经常用到这样的光源。

litianbao0 · 发表于 2008-12-26 16:31:22

基本的布光模式

在布置光源之前，一定要冷静地分析光照条件，也就是说我们要在一开始就对最终的照明效果有一个“预测”，这样，在布置光源时才能有的放矢。

1.添加主光源；在多数情况下，人们都会把主光源放在对象的斜上方45度的地方，因为这是一个趋于完美的角度，但记住这决不是一个准则。

2.再添加辅助光源；对辅助光源的使用必须采用“少就是多”的原则。我们必须清醒的认识到，在三维渲染中布置灯光不是一个机械的行为，应该在一定的范围之内充分的发挥自己的创造性。有时候越是简单的场景，越难表现得灵活生动，这时候，利用一些特殊的光照效果往往能产生意外的效果。

3.（必要时）布置轮廓光

4.对光源进行细微调整；人的视线总是会被明亮的东西吸引，比如单独看地板的反光效果时，它显得不太真实，也很不精确，但它只是起衬托作用的，一旦有更亮的光线被引入，它的不足之处便被掩盖了。同理，若场景中天空光也存在一些不足之处，但没有关系，只要太阳光一引入，这种不足便又被更亮的光线所掩盖了。因此，记住：在调整弱光的时候，我们要看它的整体效果，而不能拘泥于细节。暗处的细节，都是人的意识添加上去的。凡事都要把握一个度，不要去追求那些不必要的细节，把握住大的块面关系就行了，这一点和绘画有极相似之处。还有一个要点就是不要追求完美，虽然我们忍不住想这么做，但千万不要付之行动，因为完美只是一种理性状态。

材质编辑的艺术

在三维渲染中，材质是非常微妙而又充满魅力的一个课题，它在三维作品中有着举足轻重的作用。有时它的作用甚至是神奇的，也许只是一个简单的平面，但在材质的作用下，它就可能是一面湖水或者是一片沙漠………很难想象，如果离开了材质，三维作品还剩下什么？作为一个反映视觉效果的图像来说，如果图像只存在一个模型的“骨架”，即使再精致，也不能反映对象的所有视觉信息。在现实中反倒是经常出现这样的情况，一个真实的材质、一幅精美的贴图，往往能给模型提供很多无法用建模手段来表现的细节，因此，在渲染中材质是非常重要的。

材质的公共属性——————>

材质的颜色属性

固有色和环境色（Color Ambient Color）

固有色是材质最基本的属性，它决定了物体在白色的光线照射下会呈现出什么颜色。而环境色则是物体固有色在环境反射光线的作用下，物体所呈现出来的颜色。如果仅从三维软件的角度来看，固有色是物体接受光源直接照射部分的颜色，而环境色则是指物体背光部分的颜色。在非光能传递的渲染程序中，正确的设置环境色是非常重要的，因为在材质编辑的默认条件下，材质的环境色都是黑色，这样，在没有其它辅助光源的照射条件下，物体的背光部分都会呈现出黑色，而且，这种情况不会受到物体固有色的影响。为了获得更真实的渲染结果，在不需要增加辅助光线的情况下，我们只要修改物体材质的环境色，就可以获得类似光能传递的效果。但是，不是所有的三维软件都能很好的“解释”材质的环境色，比如在3ds max中，材质的环境色对物体表面颜色的影响并不大。

说明：颜色的V值是指HSV色彩模式中的V参数值，其中H代表色轮上的色彩，也可以成为色调；S代表色彩的饱和度；V表示色彩的色值。HSV相当于美术上的色相、纯度、和明度这三个概念。

散射度（Diffuse）

散射度在材质编辑中并不常用，但它对材质颜色的影响却非常大，那么，该如何理解这个参数的作用呢？学过基础光学的朋友应该知道，物体所呈现出来的颜色跟光线有着密切的联系。在白色光源的照射下，如果物体把光线全部吸收，那么我们看到的将会是黑色；如果全部反射，那我们看到的将是白色。散射度基本上就沿用了这个原理，不过实际上它控制的是材质固有色和环境色的相互关系，这么说可能更容易理解。

当散射度的数值为0时，无论材质的固有色为什么颜色，材质的颜色都将被环境色取代。随着散射度数值的增加，材质固有色的成分也会随之增加。比如有三个圆球在一个场景中都使用了同样的固有色和环境色，但由于散射度不同，物体所呈现出来的颜色也不相同，散射度为1.0的圆球，产生的结果比较“正常”；散射度为0.3的圆球，固有色变得不明显，表面基本上都是被环境色所控制；散射度为50的圆球，由于数值过高，受光面的颜色完全由固有色取代，而且“丧失”了明暗过渡效果，这在照片效果的图像中是不可能存在的，它有点类似卡通的渲染效果。

材质的透明属性

透明度和透明颜色（Transparency）

材质的透明度很好理解，这里就不仔细说明了。不过，当我们要表现色彩的透明物体时，一定要注意材质的Transparency颜色不能能够是纯白色，也就是不能够是完全透明的状态，正确的做法应该是先调整材质的Color属性。再调整Transparency属性，在大多数情况下，Transparency属性使用跟Color属性同样的颜色会有更好的彩色透明效果。

半透明度（Translucence）

半透明属性是一个非常特殊的属性，在生活中我们经常看到这样的材质。比如一张两面都写有字的纸，当我们顺着光看它的时候，我们只能看到正面的文字，但如果是逆光看它，那么纸背面的文字也能看到，即使如此，我们并不能说纸就是透明的，这种情形还会发生在窗帘、蜡烛、灯罩、树叶等物体上，它们都有一个共同的特点，就是在被强光逆向照射时，会呈现出一种类似于透明的状态，我们把这种状态称作半透明。在表现材质的半透明属性时，一定要注意配合光源的照射角度（即顺光还是逆光）。

材质的炽热属性

材质的炽热属性也被叫做“自发光属性”，在MAX和Maya中分别叫做Self-Illumination和Incandescence。它常用来表现自发光的物体，比如荧光灯管、炽热的岩浆、火焰等等。需要注意的是，它并不能产生真正的发光效果，也就是说物体的自发光属性不能真正地“自发光”，它没有照射效果，不能充当真正的光源。它只能使对象看起来“好像”发光一样。不过这种情况在InSight渲染器中得到了改变，如果使用InSight渲染器，一旦启动了Self Emission属性（只针对该渲染器提供的材质）,物体就会真正的发光。

材质的凹凸属性（Bump Mapping）

笔者常想，在材质编辑中如果没有Bump属性，那真不知道该丢失多少材质的细节，如果这些细节都要靠模型来表现的话，那会又是个什么结果？如果Bump属性靠模型来表现的话，那么制作过程将会复杂得多，这就是使用Bump属性的优势。

透明材质的基本原则

说起透明材质，三维爱好者肯定非常熟悉，一定以为这没什么值得谈论的。其实，有很多看似简单的现象却蕴含着复杂的原理，作为三维材质最基本的类型之一，透明材质却有着它独有的难度。这里的难度，决不仅仅是折射度和反射度的问题，更不是透明度的问题，而是一些细微的现象，看你能不能捕捉到。在这里，就以玻璃材质为例，来介绍创建这类材质的基本原则。

透明玻璃有很多特殊的现象，比如，白天我们站在大楼的外面观看窗户的玻璃（透明玻璃），通常看不到室内的东西，倒是可以看见玻璃反射出的天空，或者是大楼对面的景物。如果你站在室内透过玻璃看室外，却看得一清二楚。到了晚上，如果室内有灯光的话，玻璃才现出透明的“原形”，但反射却没有了。还有另一种情形，就是当我们正对着玻璃时，很容易看到玻璃后面的物体，也就是透明属性非常明显，但当我们斜着看玻璃的时侯，玻璃却像一面镜子一样，反射成了最突出的属性，科学家把这种现象叫做“菲涅耳效应”。因此，要表现看似简单的玻璃材质，难度还是比较大的，不过，只要注意观察一些透明材质表现出来的现象，然后把这些现象应用到材质编辑中，还是能够创造出非常*真的透明透明材质来的。下面，我们先来“提取”玻璃材质的三个基本属性，看它们到底有些什么特别之处，要知道，了解了这些“特别”之处，才能理解材质编辑的原理，这样也才可能在以后的实践中举一反三。

.透明度.

对于玻璃这样的透明物体来说，透明度是最基本的属性了，但是，一个物体各部分的透明度会是一样的吗？肯定是一样的，但表现出来的现象却又有着些许的差异，原因是什么。首先，厚薄不同，会影响到透明度的衰减，也就是薄的物体总比厚的物体看起来更透明（同一种介质）；其次，“菲涅耳效应”的客观存在，使得不同的观察点也会产生不同的、视觉上的透明差异。因此，在表现透明度这个最基本属性的时候，一定不能放过‘同一介质的物体上存在有透明差异’这一特点。

.反射度.

反射对于透明材质来说，并不是特别的重要，有时候即使物体的表面没有一点反射现象，但它看上去仍然是透明物体，因此，在应用的时候要注意根据情景的需要，特别是要注意“菲涅耳效应”的应用，必须跟透明度这一属性完美配合，也就是要注意观察角度的问题。

.折射率.

折射率是透明物体另一个不可缺少的属性，至于什么是折射率以及产生折射的原因，在这里就不啰嗦了。但记住，一定要根据不同的介质使用正确的折射率，否则，渲染的结果会出现偏差。

关于透明材质的三个最具特点的属性就简单的介绍到这，应该看得出来，其中的“重中之重”就是“菲涅耳效应”。

材质编辑的技巧

“调和”颜色的步骤

如何调和颜色，可以说是正确设置材质的第一步。即使你使用的都是纹理，但仍然无法“回避”调和颜色的问题，很多人都以为，只有具备了美术基础的人才能调和出正确的色彩。但真实情况并不是这样的，因为传统绘画中的颜色混合和计算机中的数字色彩混合完全是两个概念。记得笔者当初开始接触三维时，就曾遇到过面对RGB调色板“束手无策”的尴尬局面，并不是因为RGB无法调出微妙的颜色，而是因为以前在绘画训练中养成的调色习惯没了用武之地，这种情况一直延续到使用了Lightscape材质编辑器中的HSV调色方式之后，才又找回了绘画时的感觉。从那时开始，HSV调色方式一直就是笔者“系统默认”的了。为什么会这样选择呢？这还是要从传统绘画中的调色方法谈起。

大家都知道，多数植物的叶子都是绿色的，就拿树叶来说吧，早春树叶刚出芽的时候和夏季的树叶相比，虽然都是绿色，但早春的树叶却是嫩绿色，也就是绿色中有明显的黄色成分。同样的一棵树，阴天和晴天树叶的绿色也是不一样的，而且，远近不同也会导致树叶的绿色发生变化，该如何表现这些色彩之间的微妙变化？一个绿色，是应该偏黄一点还是应该偏蓝一点？是饱和一点还是灰一点？是明亮一点还是暗一点？这些都是最基本的思路，在计算机中调和颜色，也应该遵循这一个基本思路，而HSV调色方式正好跟这个思路相吻合，这就是为什么会选择HSV调色方式的原因。因此，调和颜色需要考虑以下因素：对象是什么颜色？颜色中有没有偏色？颜色是否需要灰一些？颜色有必要暗一些吗？如此这般，一个富有“个性”的颜色也就被调出来了。

注意：这里所谓的“偏色”，并不是指印刷中的专业术语，而是指HSV色彩模式中，H的颜色值是否有偏向相邻颜色的现象存在，这是获得准确色相的最简单的途径。我们在观察颜色的时候，首先就应该分析它的偏好，比如一个紫色，它是由红蓝两色混合成的，但是，我们一定要观察，它到底是偏蓝一些还是偏红一些。

junjun1986 · 发表于 2008-12-26 16:41:10

谢谢楼主了，刚学渲染，认真学

liqinyang168 · 发表于 2010-3-1 10:42:41

难得一见的好帖，受益匪浅，拜读啦。

coupex · 发表于 2010-3-3 22:29:11

这样好的帖子居然没人顶啊难得一见比看几张渲染效果图强多了再漂亮也是人家做了关键在于理解原理

sdytwjy · 发表于 2010-3-4 12:29:59

顶一下

家丁林三 · 发表于 2010-7-30 22:43:53

我非常需要的理论知识，太谢谢了！！！！

夏仁红 · 发表于 2010-9-14 08:54:31

我也觉得是很不错的理论知识。顶一下！！！！！！！！！

six06 · 发表于 2010-9-14 15:38:37

太长了，简洁一点就好了

feizei123123 · 发表于 2010-9-28 07:38:02

这样好的帖子居然没人顶啊难得一见比看几张渲染效果图强多了再漂亮也是人家做了关键在于理解原理

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