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[经验分享] 3DMAX灯光研究

晃晃

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设计实习生

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发表于 2011-10-17 08:31:00 |只看该作者 |倒序浏览

      3dmax灯光研究光的颜色


      当白色光通过三棱镜时被折射成七色光，七色光是白光光谱中可见光部分，分别为红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫，简写为ROYGBIV，这些颜色中，红、绿、蓝是原色，故光的颜色模型为RGB模型。


      计算机屏幕产生颜色的机理也可认为是RGB模型，在大多数绘图程序中（包括3D Studio MAX)都提供了RGB颜色选择模式。下图表示了RGB颜色模型，应当注意的是：光的颜色具有相加性，而颜料颜色具有相减性。所谓相加性是指混合的颜色越多，颜色越淡，而相减性则相反，这一点学过色彩绘画的人应该很清楚。


      RGB颜色模型。有趣的是，将RGB颜色的Multiplier值由1改为-1，颜色就会变成原来的补色，即成右边的CYM色。


      在3dsmax的世界里你所见到的场景取决于你照明的方式，呈现出的场景完全由发光对象的颜色和位置决定。事实上要创建一种氛围，很少只使用白光照明的。若使用颜色成分少的人造灯光会使场景毫无生气。在剧场里一般使用纯红、绿、蓝、黄、绛红及蓝绿等的多种组合，使某些区域以及许多光柱看起来色彩绚丽斑斓。高饱和度的灯光用起来要十分小心，因为用它来照明常会歪曲事实，例如在煤油灯黄光照明下就分不清土黄和柠檬黄。


      3DSMAX的灯


      程序中的灯光都是模拟真实世界的灯光模式，如Target Spot是手电筒或探照灯模型，Omni模拟烛光或太空中的太阳光；Directioal Light模拟自然界直射平行太阳光。这些灯都能打开或关闭，改变它们的大小、形状和位置，改变颜色，打开或关闭影子，设置影子边缘的柔度，设置哪些物体被所有的光照明，甚至在某些范围里使用特别暗的光“吸取”多余的光。


      Exlude功能是MAX灯光的第一个特性。它可设定场景中哪些物体受此灯光的影响，哪些不受影响。在一个复杂场景中，有些人为追求效果架设几十盏灯光，势必造成某些物体受光过度甚至丢失阴影。将它们排除在一些灯光影响之外可以保持原效果。


      Multiplier(倍增器）类似于灯的调光器。值小于1减小光的亮度，大于1增加光的亮度。当值为负时，光实际从场景中减去亮度。“负光”通常用来模拟局部暗的效果，一般仅放在内部的角落，使其变暗，以在场景中产生用一般的光很难获得的效果。


      倍增器可以维护场景中一系列光使用相近的颜色（下图）。而如果将RGB值相应增加或减小会使样本颜色不易辨认。


      R=255,G=10, B=10,从左至右分别为Multiplier=1; Multiplier=5. Multiplier=10. Multiplier=20. Multiplier=26.


      是否使用衰减(attenuatioin)是许多场景成败的原因之一。MAX的灯光默认是不衰减的，这通常意味着场景将很快变得过亮。记住，在进行室内照明的时候，除了最暗的辅光，所有其他光都要使用衰减。而在实际生活中由于光能量在传播过程中的散失，光随距离减弱。需要指出的是在自然界，光按距离平方比的倒数进行衰减，例如在10m处灯光亮度为X，则在20M处亮度为X/4。但在大部分计算机程序中（包括3DSMAX），光的衰减是以线性方式进行的，意即刚才的灯光在20m处亮度为X/2。


      光的打法及影响


      在3DSMAX中，默认的照明是-X，-Y，+Z与+X，+Y，-Z处的两盏灯，一旦你在场景中建立了灯光，这两盏灯自动关闭。


      摄影上有几种照明类型，可以为MAX所用。


      三角形照明是最基本的照明方式，它使用三个光源：主光最亮，用来照亮大部分场景，常投射阴影；背光用于将对象从背景中分离出来，并展现场景的深度，常位于对象的后上方，且强度等于或小于主光；辅光常在摄影机的左侧，用来照亮主光没有照到的黑区域，控制场景中最亮的区域与最暗区域的对比度。亮的辅光产生平均的照明效果，而暗的辅光增加对比度。


      一个大的场景不能使用三角形照明时，可采用区段照明法照明各个小的区段，区段选择后就可使用基本的三角形照明法。


      对于具有强烈反射的金属感材质，有时需要用包围法将灯光打在周围以展现它的质感，这是比较少用的方法。


      光的性质对场景产生强烈影响。刺目的直射光来自点状光源，形成强烈反差，并且根据它照射的方向可以增加或减低质地感和深度感。柔和的光产生模糊昏暗的光源，它有助于减少反差。光的方向也影响场景中形的组成。柔和的光没有特定的方向，似乎轻柔地来自各个方向，刺目的直射光有三个基本方向：正面光、侧光和逆光。


      正面光能产生非常引人注目的效果，当它形成强烈的反差时更是如此。然而这种光会丢失阴影，使场景缺乏透视感。


      侧光能产生横贯画面的阴影，容易显示物体的质感。


      逆光常常产生强烈的明显的反差，清晰地显示物体的轮廓。


      昏暗、偏冷、低发差的灯光适用于悲哀、低沉或神秘莫测的效果。预示某种不详之事的发生。换成高发差的灯光可用于酒吧、赌场这样的场面，在这里可以强调主要对象或角色，而将其他的虚化。


      明艳、暖色调、阴影清晰的灯光效果适于表现兴奋的场面，而换成偏冷色调则是种恬静的气氛。


      灯光特效


      3DSMAX中的灯光功能虽然强大，但对一些特殊效果诸如体光、霓虹灯效果、眩光等需要另外的程序或插件来完成。


      体光：体光是中常见的现象，电筒光，探照灯，夜晚雾气中的路灯都是体光的具体例子。体光由光线被空气中的灰尘粒子散射而形成。在计算机三维世界里，只有“真空”而没有灰尘粒子。在Enviornment中可以创建体光的效果。


      LumaObject效果


      霓虹灯或激光的发光效果不可用灯光来创建，虽然某些情况下可用自发光材质代替，但严格来讲并不真实。你需要为自发光材质增加Glow效果（Video Post/ Glow)。


      眩光实际是摄像机镜头产生的光斑，在某种程度上可增加场景的真实性。使用刺目的逆光是拙劣的做法。LensFlare、RealLens以及GensisVFX提供了真实眩光的创建和灵活控制。（LensFlare[MAX自带]和GensisVFX作为Video Post插件，RealLens以Helper物体形式出现）


      光源形状：3DSMAX不支持真正的线性光源，这意味着做荧光灯照亮时比较困难。使用MAX灯光可以模拟荧光灯照明效果，但效果还不是令人满意。RealLens提供了一个LumaObject功能，LumaObject使用自发光物体作为光源，并可控制光线衰减，在某种程度上实现了辐射度（radiosity)效果。上图即是将荧光灯作为LumaObject发光体的效果。注意，这里只用了一个LumaObject，而且渲染速度极快。事实上LumaObject可使用任何形状的几何体或粒子系统作为光源。


      阳光模拟：MAX中有个阳光模拟器，在这里你可以指定具体的经、纬度、时间、季节等创造当地的日照情况。对建筑设计、城市规划、光照分析有其特殊价值，并且参数可动画以模拟日出日落的一日光照情况。


      光线运算


      3DSMAX的渲染是种线性扫描渲染，当你为场景设置一个灯光时你会发现这与现实相差地有多远。在这种渲染方式下，光线不被物体反射或折射，因此不象真实世界里通常一盏灯能照亮一间卧室，很多人制作一个场景要打几十盏灯，而制作动画时灯光数更是吓人。


      同时，MAX提供的Grouraud和Phong浓淡处理算法也是不太准确的，它们估算落在表面上的光，而非准确地计算它。要想完全精确，就需要光线跟综。


      光线跟踪（ray trace)渲染在表面之间追踪射线，射线不断被某些对象表面反射到其他对象表面，直到从场景中消失。光线跟踪追踪从观察点到各个表面的射线矢量。若反射面是镜面，就会有辅助射线被反射以捕捉反射光的可见部分，若射线遇到另一个镜面，便又被反射直至射线被弹出场景或被非镜面吸收。这是典型的光线跟踪映象重反射的生成过程，因此虽然渲染出来的图像可能很漂亮，但这也是光线跟踪渲染慢的原因。


      辐射度（radiosity)渲染方法的效果绝佳，但计算量相当大，要比光线跟踪所用时间都长。光线跟踪反射只取一个观察点，被反射的射线最终找到一个结束点，而辐射模型中的反射能量在场景中不断反弹，能量逐级减弱。在亮光下将一个红球*近白墙，在白墙上出现红色，这就是辐射度效果。


      RadioRay是一种结合了光线跟踪和辐射的渲染器，其真实的光线计算创建专业的照明效果。可用于建筑设计、灯光设计、展示设计等多个领域。