(转贴)渲染的概念

mhryedlkhl · 发表于 2007-6-9 10:03:09

感觉不错，特转过来与爱好渲染的朋友分享。
渲染的概念
渲染，英文為Render,也有的把它稱為著色，但我更習慣把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。因為Render和Shade值兩個詞在三維軟體中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。Shade是一種顯示方案，一般出現在三維軟體的主要視窗中，和三維模型的線框圖一樣起到輔助觀察模型的作用。很明顯，著色模式比線框模式更容易讓我們理解模型的結構，但它只是簡單的顯示而已，數位圖像中把它稱為明暗著色法。在像Maya這樣的高級三維軟體中，還可以用Shade顯示出簡單的燈光效果、陰影效果和表面紋理效果，當然，高質量的著色效果是需要專業三維圖形顯示卡來支援的，它可以加速和優化三維圖形的顯示。但無論怎樣優化，它都無法把顯示出來的三維圖形變成高質量的圖像，這時因為Shade採用的是一種即時顯示技術，硬體的速度限制它無法即時地反饋出場景中的反射、折射等光線追蹤效果。而現實工作中我們往往要把模型或者場景輸出成圖像檔、視頻信號或者電影膠片，這就必須經過Render程式。
Shade視窗，提供了非常直觀、即時的表面基本著色效果，根據硬體的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬體支援的情況下，它的顯示甚至會是無理無序的。Render效果就不同了，它是基於一套完整的程式計算出來的，硬體對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結果，影響結果的是看它是基於什麼程式渲染的，比如是光影追蹤還是光能傳遞。

chenyanpinghust · 发表于 2007-6-9 10:03:37

渲染的基本過程
首先，必須定位三維場景中的攝像機，這和真實的攝影是一樣的。一般來說，三維軟體已經提供了四個默認的攝像機，那就是軟體中四個主要的視窗，分為頂視圖、正視圖、側視圖和透視圖。我們大多數時候渲染的是透視圖而不是其他視圖，透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理，所以我們看到的結果才會和真實的三維世界一樣，具備立體感。接下來，為了體現空間感，渲染程式要做一些“特殊”的工作，就是決定哪些物體在前面、哪些物體在後面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關係是不能完美再現的，很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環境霧、景深效果都是有著密切聯繫的。
渲染程式通過攝像機獲取了需要渲染的範圍之後，就要計算光源對物體的影響，這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟體都有默認的光源，否則，我們是看不到透視圖中的著色效果的，更不要說渲染了。因此，渲染程式就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是，渲染程式往往要計算大量的輔助光源。在場景中，有的光源會照射所有的物體，而有的光源只照射某個物體，這樣使得原本簡單的事情又變得複雜起來。在這之後，還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影？這往往取決於在場景中是否使用了透明材質的物體計算光源投射出來的陰影。另外，使用了面積光源之後，渲染程式還要計算一種特殊的陰影－－軟陰影（只能使用光線追蹤），場景中的光源如果使用了光源特效，渲染程式還將花費更多的系統資源來計算特效的結果，特別是體積光，也稱為燈光霧，它會佔用代量的系統資源，使用的時候一定要注意。
在這之後，渲染程式還要根據物體的材質來計算物體表面的顏色，材質的類型不同，屬性不同，紋理不同都會產生各種不同的效果。而且，這個結果不是獨立存在的，它必須和前面所說的光源結合起來。如果場景中有粒子系統，比如火焰、煙霧等，渲染程式都要加以“考慮”。
智能光
我一直認為，自然界的光是具有智慧的，它像一個魔法師，把世界變得繽紛絢麗，甚至離奇古怪，而渲染程式中的光就顯得笨拙的得多了，程式雖然提供了足夠多的光源類型來讓我們模擬真實世界的光源，但就其本質來說，都只解決了光源的直接照射問題，而真實世界中的照明不是這樣的，它還存在再次反射的現象，也就是通常所說的光能傳遞，現在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能傳遞相混淆，他們雖然在原理和結果上非常相似，但是算方式卻不一樣。
光的“智慧”還體現在它的反射和折射質量上，這個質量並不是指渲染圖像的質量或者光線追蹤的正確與否，而是指是否能自動完成與光線的反射和折射有關的所有效果。Caustic特效的產生成為了高級渲染程式的一個重要標誌。Cau-stic是一種光學特效，通常出現在有反射和折射屬性的物體上，比如透明的圓球、凸透鏡、鏡子、水面等，它包含聚焦和散焦兩個方面的效果。
就目前的情況來說，衡量一個渲染程式裏的光源是否具有“智慧”，不是看它的光源類型有多麼豐富，或者說，已經與直接照明沒有什麼關係了（所有的渲染程式都能很好的解決直接照明的問題），而是與光源的間接照明有密切的關係。無論是天空光還是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物體上產生的效果，它們是光線的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction產生的結果，產生這些結果的自動化程度越高，即不需借助任何輔助光源，我們就可以把該渲染程式的光源看成是有“智慧”的。需要注意的是，並不是說不能自動產生間接照明效果的渲染程式就是低級的。我們依然可以使用輔助光源來模擬那些間接照明的效果，作為渲染的圖像來說，我們關心的仍然是圖像所顯示的效果，而不是產生結果的方法，所謂條條大路通羅馬，目的才是最重要的。我們不要迷失其中。
［說明：天空光是一種很特殊的光源。準確的說天空光不應該稱為光源，它是由於大氣漫反射太陽光形成的，所以，它也可以看成是太陽光的間接照明。］
材質的真相
材質是什麼？簡單的說就是物體看起來是什麼質地。材質可以看成是材料和質感的結合。在渲染程式中，它是表面各可視屬性的結合，這些可視屬性是指表面的色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發光度等。正是有了這些屬性，才能讓我們識別三維中的模型是什麼做成的，也正是有了這些屬性，我們電腦三維的虛擬世界才會和真實世界一樣繽紛多彩。
這就是材質的真相嗎？答案是否定的。不要奇怪，我們必須仔細分析產生不同材質的原因，才能讓我們更好的把握質感。那麼，材質的真相到底是什麼呢？仍然是光，離開光材質是無法體現的。舉例來說，借助夜晚微弱的天空光，我們往往很難分辨物體的材質，而在正常的照明條件下，則很容易分辨。另外，在彩色光源的照射下，我們也很難分辨物體表面的顏色，在白色光源的照射下則很容易。這種情況表明了物體的材質與光的微妙關係。下面，我們將具體分析兩者間的相互作用。
色彩（包括紋理）
色彩是光的一種特性，我們通常看到的色彩是光作用於眼睛的結果。但光線照射到物體上的時候，物體會吸收一些光色，同時也會漫反射一些光色，這些漫反射出來的光色到達我們的的眼睛之後，就決定物體看起來是什麼顏色，這種顏色在繪畫中稱為“固有色”。這些被漫反射出來的光色除了會影響我們的視覺之外，還會影響它周圍的物體，這就是光能傳遞。當然，影響的範圍不會像我們的視覺範圍那麼大，它要遵循光能衰減的原理。另外，有很多資料把Radiosity翻譯成“熱輻射”，其實這也蠻貼切的，因為物體在反射光色的時候，光色就是以輻射的形式發散出去的，所以，它周圍的物體才會出現“染色”現象。
光滑與反射
一個物體是否有光滑的表面，往往不需要用手去觸摸，視覺就會告訴我們結果。因為光滑的物體，總會出現明顯的高光，比如玻璃、瓷器、金屬………而沒有明顯高光的物體，通常都是比較粗糙的，比如磚頭、瓦片、泥土………這種差異在自然界無處不在，但它是怎麼產生的呢？依然是光線的反射作用，但和上面“固有色”的漫反射方式不同，光滑的物體有一種類似“鏡子”的效果，在物體的表面還沒有光滑到可以鏡像反射出周圍的物體的時候，它對光源的位置和顏色是非常敏感的。所以，光滑的物體表面只“鏡射”出光源，這就是物體表面的高光區，它的顏色是由照射它的光源顏色決定的（金屬除外），隨著物體表面光滑度的提高，對光源的反射會越來越清晰，這就是在三維材質編輯中，越是光滑的物體高光範圍越小，強度越高。當高光的清晰程度已經接近光源本身後，物體表面通常就要呈現出另一種面貌了，這就是Reflection材質產生的原因，也是古人磨銅為鏡的原理。但必須注意的是，不是任何材質都可以在不斷的“磨練”中提高自己的光滑程度。比如我們很清楚瓦片是不可能磨成鏡的，為什麼呢？原因是瓦片是很粗糙的，這個粗糙不單指它的外觀，也指它內部的微觀結構。瓦片質地粗糙裏面充滿了氣孔，無論怎樣磨它，也只能使它的表面看起來整齊，而不能填補這些氣孔，所以無法成鏡。我們在編輯材質的時候，一定不能忽視材質光滑度的上限，有很多初學者作品中的物體看起來都像是塑膠做的就是這個原因。
透明與折射
自然界的大多數物體通常會遮擋光線，當光線可以自由的穿過物體時，這個物體肯定就是透明的。這裏所指的“穿過”，不單指光源的光線穿過透明物體，還指透明物體背後的物體反射出來的光線也要再次穿過透明物體，這樣使我們可以看見透明物體背後的東西。由於透明物體的密度不同，光線射入後會發生偏轉現象，這就是折射。比如插進水裏的筷子，看起來就是彎的。不同的透明物質其折射率也不一樣，即使同一種透明的物質，溫度的不同也會影響其折射率，比如當我們穿過火焰上方的熱空氣觀察對面的景象，會發現有明顯的扭曲現象。這就是因為溫度改變了空氣的密度，不同的密度產生了不同的折射率。正確的使用折射率是真實再現透明物體的重要手段。
在自然界中還存在另一種形式的透明，在三維軟體的材質編輯中把這種屬性稱之為“半透明”，比如紙張、塑膠、植物的葉子、還有蠟燭等等。它們原本不是透明的物體，但在強光的照射下背光部分會出現“透光”現象。
通過上面簡單的描述，相信大家已經進一步瞭解了光和材質的關係，如果在編輯材質時忽略了光的作用，是很難調出有真實感的材質的。因此，在材質編輯器中調節各種屬性時，必須考慮到場景中的光源，並參考基礎光學現象，最終以達到良好的視覺效果為目的，而不是孤立的調節它們。當然，也不能一味的照搬物理現象，畢竟藝術和科學之間還是存在差距的，真實與唯美也不是同一個概念。

64trcl53mj · 发表于 2007-6-9 10:05:20

關於攝像機
一幅渲染出來的圖像其實就是一幅畫面。在模型定位之後，光源和材質決定了畫面的色調，而攝像機就決定了畫面的構圖。在確定攝像機的位置時，總是考慮到大眾的視覺習慣，在大多數情況下視點不應高於正常人的身高，也會根據室內的空間結構，選擇是採用人蹲著的視點高度、坐著的視點高度或是站立時的視點高度，這樣渲染出來的圖像就會符合人的視覺習慣，看起來也會很舒服。在使用站立時的視點高度時，目標點一般都會在視點的同一高度，也就是平視。這樣牆體和柱子的垂直輪廓線才不會產生透視變形，給人穩定的感覺，這種穩定感和舒適感就是靠攝像機營造出來的。
當然，這種放置攝像機的方法不見得也適合表現室外的建築，我想說的是，攝像機的位置必須考慮觀察者所處的位置和習慣，否則畫面會看起來很彆扭。在影視作品中，攝影機的自由度會大得多，為了表現特殊的情感效果。有時會故意使用一些誇張、甚至極端的鏡頭，要注意區別對待。
那麼，在三維軟體中的攝像機除了影響構圖之外，還有什麼其他的作用呢？當然有，這就是景深效果和邉幽：???撜f這兩種特效都是和攝像機密不可分的，因為攝像機（或照相機）都有光圈和快門，而光圈和快門就是產生景深效果和邉幽：?闹苯釉?颍??裕?用好這兩種特效是再現真實攝像效果的必要手段。
三維軟體裏的攝像機，除了上面提到的內容外，還有更複雜的部分，那就是攝像機的邉印Ｈ绻?愕墓ぷ鞑粫?婕暗絼赢嬔u作，可以忽略與攝像機邉佑嘘P的內容，但不論怎樣，花點時間看看攝像方面的書籍是很有幫助的。要知道影視作品和我們平時照相不同，照相注重構圖和用光，影視作品更講究鏡頭的邉雍顽R頭的切換。所以，如果你要哂煤媚愕摹疤摂M攝像機”，就必須參考專業類的書籍，千萬不要再憑自己的想像，否則，費了好大的勁兒製作好了模型，設置好了光源，把最難調的材質也調好了，還設置了動畫關鍵幀，本來應該有個好的渲染結果了，卻因為使用了“蹩腳”的攝像機鏡頭和邉臃椒ǘ鴮е录糨嫀煙o從下手，結果前功盡棄。當然，這種結果在三維動畫製作中並不多見，原因是三維動畫製作通常都是先有了分鏡頭腳本（也叫故事板）才開始製作的。每個分鏡頭腳本中都注明了該用什麼樣的鏡頭以及如何哂苗R頭，但這並不表示我們可以不用去學習鏡頭語言，假如你對鏡頭一無所知，那該怎樣才能看懂分鏡頭腳本呢？
也就更談不上製作了吧。

tiutiyuiyi · 发表于 2007-6-9 10:06:06

光與影的藝術
“光與影的藝術”常用來作為攝影類書籍的主題。在攝影專業中，光線是一種使影像投射到膠片上的能量，那麼在三維圖像中呢？是否可以理解為光線是一種使影像投射到虛擬膠片上的能量？電腦也可以產生照片一樣的圖像，正是因為這樣，使電腦圖像成為另一種新的藝術表現形式，它和傳統的攝影在用光上有著很多相似之處；不同的是，攝影的用光都是基於真實的光源，而在電腦中都是虛擬的光源，它只對電腦中的虛擬物體產生作用。本章將以自然光源為起點，逐步引入並深入介紹CG光源的特點和應用技巧。
自然界的光源
自然界始終充滿著光線，，即使在“漆黑”的夜晚也會有微弱的光線照射著周圍的環境，他們有的是月光或者星光，如果沒有月光和星光，至少也會有天空和雲層的散射光線存在，所以，絕對的黑暗在生活中是不存在的，即使有，那也只是視覺上的假像。貓和人對黑暗的感受不相同，甚至在光線充足的環境裏，對亮度的視覺感受也不是恒定不變的。人的瞳孔在放大和收縮時對光的感受也不相同，這也是為什麼人從亮處突然走進暗處會感到一片漆黑的原因，這也是攝影為什麼存在曝光不足和曝光過度的原因所在。但在三維軟體的虛擬攝像機中是不會有這個現象的，場景的亮度完全由光源來控制，但這是否就簡化了對光源的控制呢？回答是否定的，要解釋其中的原因，我們還要先來分析一下真實世界的光照模式。
光線照射的兩種方式
想像自己站在陽光明媚的草原上，周圍沒有任何遮擋物。這時太陽是一個直射光源，它直接照亮你的身體和周圍的草地，草地接受到太陽的光照後，會吸收一些光線，並漫反射出綠色的光線（注意，這綠色的光線也是太陽光裏的一部分），這部分光線間接增強了太陽光的強度。如果在這個地方放一把遮陽傘，當你走進傘的陰影裏時，對你而言，太陽光便不再是直射光源，此時照射你的都是來自天空和草地的漫反射光線。為了區別這兩種不同的光照形式，我們把太陽光稱為直射光照，把天空和草地的反射光稱為間接光照，這兩種光我們把它們統稱為入射光，自然界的物體就是被這兩種光照亮的。
雖然兩種光照產生的效果不同，但它們其實都是來自於太陽的光線，只是光線走的"路徑"不一樣，這就是真實世界的光照方式。在真實的世界裏，天空是不會自己發光的，它必須依靠太陽的光能，而在三維軟體中，通常把天空光也作為一種獨立的光源。因此，在這裏我們把天空光也稱為直射光源，它可以不依靠太陽而獨立存在。由於天空光是一種非常特殊的光源，我們將在下一小節“渲染軟體的光源類型”中詳細介紹它。
在分析真實世界的兩種光照形式後我們瞭解到，應該還存在一種間接光照。其實依靠傳統的渲染技術是不可能實現間接光照的照射效果的，它需要一種稱之為“Radiosity”的渲染技術。現在一種採用Global Illumination技術實現間接光照效果的軟體正在逐步取代傳統的光照效果，與傳統的光照相比，它的出現從根本上解決了光線照射的兩種方式的問題。首先，我們依然可以使用傳統光源來模擬真實世界的直射光源，然後利用Global Illumination技術可以在前者的基礎之上添加天空光照和來自環境的散射光線。
光線反射的兩種形式
我們都知道，當光線照射到物體上時物體會吸收一部分光線，還會反射一部分光線，這個反射光也分為兩種形式。第一種前一小節已經提到過了，就是漫反射。物體表面的固有色就是由漫反射光射入我們的眼睛決定的，在真實世界中，物體除了固有色之外，還應該有高光色，這個高光色就是由於鏡面反射產生的，它往往出現在光滑的表面上。對於鏡面反射，它的原理是，由於反射跟入射光線的夾角相等，所以平滑的表面會把入射光線集中的向另一面反射，這時反射的能量很高，就形成了明顯的高光。但不是所有的物體表面都會形成高光，既然它是由於光滑度產生的，那麼，在粗糙的物體表面，高光就不再有了，那是不是粗糙的表面就不反射入射光線了呢？不是的，是由於反射光線不再集中的向一個方向反射，所以它的能量被分散掉了，整齊的入射光線照在粗糙的表面上被反射到了各個方向，這時由於反射光線和入射光線總是跟表面法線的夾角相等這一特性造成的，這種反射在物理學上稱之為”漫反射“。這樣，鏡面反射和漫反射就形成了光線反射的兩種形式。不要小看這兩種反射形式的存在，它跟三維軟體中的材質有著密切關係。試想一下這樣一幅圖像，有從左到右三個材質球，左邊紅色球體是Lambert材質，在同樣的光照條件下，它的表面上沒有高光，使它看起來沒有旁邊的兩個球體光滑，它模擬的是漫反射的效果；中間黃色的球體是典型的Blinn材質，它有明顯的高光，這個高光就是模擬鏡面反射的效果，黃色的固有色就是表面吸收光線之後散射出來的光色；右邊藍色的球體是一種比較特殊的反射現象，它的材質名稱叫
Anisotropic（各向異性），可以說三維軟體裏的光源是以真實光源為依據的，材質也是一樣。
在這裏要特別指出的是，Radiosity的渲染技術在計算間接光照的時候，它其實只計算了散射光的間接照射效果，也就是物體表面固有色對周圍環境的影響，對於鏡面反射，Radiosity還是沒有能力計算，它需要Caustic特效才能實現。現在越來越多的渲染程式支援Caustic特效，不過渲染出這種效果往往需要很大的代價（當然是指渲染時間），好在它只會在透明物體和有強烈反射的物體上出現。瞭解了真實世界的光照和反射形式，才能理解渲染程式中光源和材質的重要性，才可以根據場景的需要科學地把握最終的圖像效果。
自然光源和人工光源
在我們的生活中，光線無處不在，可是被稱為光源的並不多，因為只有能夠自發光的物體才能稱之為光源。但是在三維世界裏便有了特例，比如月亮，它自己不發光，靠反射太陽的光線來照射物體，嚴格來說它不是光源，但實際上在三維世界它也起到了光源的作用。通常把光源分為自然光源和人工光源。自然光源有太陽、月亮、星光，也包括閃電，甚至連螢火蟲也是。其實在特殊的時刻，自然光照明也是充滿情調的，這種情調往往來自于光源在特定時刻的色調，比如太陽在初出和將要落山的時候，桔紅色光芒照射大地，這時給人的感覺和太陽在正午時分是截然不同的，所以，很多攝影師都避免在正午的時候到戶外攝影，除了會引起曝光方面的問題外，色調與氛圍也是很重要的一個原因。與朝陽的紅色情調不同，夜晚的月光總是把世界渲染得神秘、朦朧、和浪漫，所以年輕的朋友一般都會選擇有月亮的夜晚約會（美其名曰“步月”），特別是月圓之夜。
人工光源的起源可能要追溯到燧人氏鑽燧取火的時代，現在所指的人工光源主要是電燈，可以說，由於人工光源的出現，才會使得照明效果變得複雜起來，它除了給我們帶來光明之外，也為生活增加了些許情趣，所以現在我們對光源的要求已經不以照明為簡單目的了，而是更多地追求它的藝術效果。很多城市都實施過“亮起來”工程，就是用人工光源來裝點我們的城市。其實仔細想想，人工光源在很大程度上實際是在模仿自然光源，比如在迪廳的燈光就象閃電一樣，咖啡屋的燈光就像星光，客廳的燈光很明亮，像太陽一樣，而臥室的燈光也朦朧得像月光一樣………在三維軟體中，光源雖然沒有自然光源和人工光源之分，但都是在模擬這兩類光源產生的，而且越是優秀的作品，越能把握光源的“情感”問題。
光源的衰減問題
在使用三維軟體類比光照效果的時候，最難的還不是光線的漫反射和Caustic，因為很多渲染程式都已經把這個過程“人工智慧”化了，難的是正確表現光線的衰減，真實世界的光源是隨著距離的增加按反向平方衰減的，而三維軟體中的光源卻需要我們人為地調節衰減，很多朋友在調節光源的時候忽略了這一步，這是一個非常不好的習慣，特別是在做室內設計的時候，這個問題尤其突出。
由於很多渲染程式沒有提供Radiosity，所以它不能計算物體表面在接受光照之後，散射光線對周圍物體的影響，因此，如果按真實光源的方式來衰減，那麼場景就會很暗。為了解決這個問題，多數三維軟體都採用了一種折衷的方式，就是用線性衰減，這種衰減方式比真實情況簡單，但存在的問題是光線照射的聚光區不夠真實，也就是由於衰減不夠快使得聚光區產生類似“曝光過度”的現象，特別是場景中有很多輔助光源的情況下更容易發生這種情況。在Lightscape中即使把光源的亮度提高幾倍，它也不會在聚光區產生生硬的光斑，，它總是顯得非常有層次。其實在其他三維軟體中也可以產生這樣的效果，筆者喜歡把光源的衰減由線性衰減改變為反向平方衰減，然後使用Multiplier參數（在MAX中）或者Intensity參數（在Maya中）來調節光源的亮度，這時光源投射的聚光區會很有層次，當然，要產生好的效果，必須配合相應的輔助光源，而且千萬不要忽視輔助光源的衰減問題。
渲染軟體的光源類型
在分析了自然光源和人工光源之後，讓我們回到三維軟體中，軟體中的光源也可以分成幾個類型，具體的類型會因為軟體的不同而有所差異，但總的說來不外乎點、線、面、體積這幾類。
點光源
點光源是最常見的光源類型，光線從單一的點發射出來，根據光線發射的形式不同，在三維軟體中又被細分為Point、Spot和Directional，它們通常用來代表真實的燈泡、射燈和太陽光。
需要注意的是，不同的三維軟體對Point光源的稱呼也不同，比如在3ds max中就稱為Omni；在TrueSpace中卻被稱為Local Light；在Lightscape中又被稱為Isotropic，筆者覺得還是Isotropic最恰當，“等方向性”一下子就把該光源的特性概括了。Point光源是指光線從某一點開始，向各個方向等量的發射。
Spot也是一種點光源，和Point光源最大的不同是Spot光源有一個用來限制光線照射範圍的錐角，也稱為光束的發散角度。要知道Point光源是全向的，而
Spot光源最大的發散角度通常不會大於180度，除了這一點之外，和Point光源相比Spot光源的照射區域還分為聚光區和衰減區，我們平常使用的手電筒就是最典型的Spot光源，還有舞臺上常用的追光燈。
和前面介紹的兩種點光源的光線發射不同，Directional光源發射出來的每條光線彼此之間是平行的。所以也被稱為平行光源，把它也作為點光源的一種，是因為它常被用來模擬太陽光，我們都知道太陽其實是一個巨大的Point光源，由於和地球有足夠遠的距離，才使得它的每條光線之間的夾角非常的小並接近于平行，所以雖然它的照射效果跟Point光源截然不同，但還是把它作為點光源來看待。三維軟體中常用Directional光源來模擬太陽光，它的特點就是單向性的平行光。
線光源
線光源是一種比較特殊的光源類型，最早接觸到這類光源應該是在Lightscape中，它常用來模擬日光燈管的光線。在室內設計中，經常會在吊頂中暗藏日光燈管形成發光燈帶，有了線光源，就能很好來模擬它的效果。線光源與點光源相比最大的不同在於它的陰影發生了變化，三維軟體中把這種陰影稱為Soft Shadow。
注意：從嚴格意義上說，雖然線光源可以模擬日光燈的光照效果，但它的結果和真實情況還是有區別的。日光燈是圓柱狀的光源，除了兩端之外，應該是通體發光，而線光源居然有指向性，要完全的模擬日光燈的效果，估計需要用兩個線光源背向而置才可以。另外，線光源目前還不能產生曲線的照射效果，比如彎曲的霓虹燈文字等。
面光源
顧名思義，面光源是一個發光的二維平面，與線光源一樣屬於高級的光源類型，常用來模擬室內來自窗戶的天空光，其實它還有個最好的類比物件，就是把它作為輔助光源，模擬表面的光能傳遞。原理很簡單，當表面接收光線的照射後，會反射出一部分光線，既然散射出來的光線是從二維平面上發射出來的，那不正好是個典型的面光源嗎？當然，為了獲得更好的效果，還需要把面光源的顏色調節得和表面一致。
環境光源
環境光源比較複雜，並不是所有的三維軟體都提供環境光，它主要是用來做什麼的呢？依然離不開光的漫反射，前面曾不止一次的提到過，表面接收到光照後，會反射一部分光線出去，現實空間中的每一個物體其實都受到來自四面八方的反射光線的影響，為了模擬這種效果，就產生了環境光源。在Maya中，當Ambient
光源的Ambient Shade參數為1時，其效果很容易跟Point光源混淆。要知道，為了讓Ambient光源很好的表現反射效果，該光源是不會在物體的表面上產生高光的。
體積光源
體積光源在生活中經常見到，但在三維軟體中就不常見了。真正把它單獨列出來的筆者還只在Alias StudioTools中見過，當然，這並不是說在其他的三維軟體中就不能類比這種效果，而且只要分析產生這種光源的原因和其照射效果，模擬就不難了。我們打個比方，一個亮著的燈泡，是典型的Point光源，但如果用一個磨砂玻璃做的球形的燈罩把它罩起來，這時光線的發射就產生了變化，它會因為磨砂玻璃粗糙的表面而打破光線原有的“次序”，這使它看起來不像是由一個點發出的光線，而更像是整個燈罩發出的光，而且陰影也會因為這個原因變成Soft Shadow。明白了這個原理之後，模擬體積光源的效果也就變得容易了。不過可惜的是，對於其他的幾何形狀來說就不太好模擬了，好在不是所有的CG圖像都要求照明的精確，一般只有建築設計和工業設計的效果圖才對照明要求準確無誤。
特殊的天空光
在所有的光源類型中，天空光可能是最特殊的了。天空光可以看成一個巨大的球形體積光源，不過我們都處在這個光源的內部，而且總是只能看到球形體積光源的上半部分，也就是倒扣著的“鍋”，這麼一解釋，天空光豈不是像一個反的Point光源？
Point光源是從一個點向四面八方發射光線，而天空光正好相反，它是光從四面八方向內部的一個點發射。解釋起來雖然簡單，但這種光源卻非常難得，很多三維軟體都沒有提供。離開了天空光，是很難表現出戶外效果的。特別是對於從事建築效果圖製作的人來說，其意義就更重要了，它一般都會跟Directional光源一起組成一個陽光系統。
光源類型與陰影的關係
什麼是陰影
什麼是陰影？這好像是一個很傻的問題，你一定會說，不就是物體在光源的照射下投射出來的黑影嗎？這有什麼好問的。其實並不是這麼簡單，其實陰影就是在光源的有效照射範圍內，沒有被照射的部分形成的。因為當光源照射到物體上時，會增加照射區域的亮度，明暗一對比就形成了所謂的陰影，陰影的形狀是由遮擋物體的外形決定的，陰影邊緣的“硬度”是由光源的屬性決定的。明白陰影形成的原理非常重要，它有助於我們正確設置光源的屬性，至少我們已經知道陰影要體現環境色的特點，而不是單純的黑色。
本影與半影
所謂半影，在CG中把它稱為Soft Shadow，這種陰影在生活中比較常見，但在三維軟體中一般只有線光源、面光源和體積光源才能產生，不過，使用Depth Map陰影也可以讓點光源模擬這種效果。在陰影中，我們把中間顏色比較深的部分叫“本影”，邊緣顏色表較淡的部分叫“半影”，真正的半影跟光線投射的距離有密切的關係，為了揭示這種關係，先來瞭解一下產生本影和半影的原因。假設有一個藍色的圓球在地板上，在該圓球的正上方有一個Spot光源對圓球進行照射，光線從一點出發所以得到邊緣非常清晰的陰影。如果照射圓球的不是Spot光源而變成一個球形的體積光源，那麼由於體積光源是通體發光，所以光線不再是從一點出發
，如果我們對球形體積光源的上下兩級分別進行光線取樣，可以很明顯的發現，在上下級光線都照射不到的地方就產生了深色的本影，而邊緣的半影，總是會被某一級的光線照射到，所以出現了比本影顏色淡的效果，也就是Soft Shadow。在現實生活中，很少有真正的點光源，也就是說很少有光線是從某一點射出的，即使是燈泡，也是從“TNR”型的燈絲發出的光線，所以，多數都應該是Soft Shadow，而不是那種邊緣很清晰的陰影。在很多時候要產生Soft Shadow並不太難，可以使用Depth Map陰影中的Sample Range參數來類比Soft Shadow（增大Sample Range參數的數值，注意在其他的三維軟體中該參數的名稱可能會有變化，這裏是指在3ds max中），但這種方法並不適合所有的情況，且不說要產生Soft Shadow的是透明物體，就是普通的物體，只要光源的位置一變，Depth Map陰影的破綻就會顯露出來。
注意：細心的朋友可以觀察一下周圍，有沒有桌子或者椅子在窗戶旁邊，如果有的話，請觀察桌腿產生的陰影，是不是越靠近桌腿本身陰影越清晰，越遠離桌腿陰影越模糊？這說明陰影也是有衰減的，Soft Shadow的形成也包括陰影衰減的原因存在。
比較不同的光源類型產生的陰影
在三維軟體中，最常用的光源是Point、Spot、Directional和Area這四種。這幾種不同的光源對陰影有什麼影響呢？答案很明確，這種影響是非常直接的。資深的CG專家只要看看陰影就知道使用了哪些光源。為了便於識別這些光源類型的陰影，使用同樣的場景，並且所有的光源都處在同一個位置，照射角度也完全相同。通過比較，我們發現Point光源和Spot光源投射的陰影是一樣的，這和它們光線發射的原理有關，前面介紹過了，它們同屬於點光源，光線都是從一個點發射出來的，既然這兩個光源的位置相同，那麼投射出來的陰影完全一樣也就不奇怪了。它們的區別僅僅在於照射範圍上。Directional光源投射的陰影，和上面的兩個光源投射的陰影相比，它除了顯得小之外變形也不大，這跟該光源射出的光線都是相互平行的有關，這種陰影效果很容易讓人聯想起陽光，所以Directional光源常用來模擬太陽光。任何平行光源加上光線追蹤陰影都能夠很好的表現陽光的效果。Area光源投射的陰影，和上面三個光源投射的陰影相比，最大的不同在於它產生了Soft Shadow，雖然陰影很模糊，但更真實（當然要根據實際情況而言）。雖然這裏只介紹了四種光源類型產生的陰影，但卻非常具有代表性，因為在通常情況下我們只使用這幾種光源。
真實的透明陰影
一直很奇怪透明物體怎麼會有陰影？按理說，透明物體不會阻擋光線，照射它的光源會完全穿過它，既然是這樣，怎麼又會產生陰影呢？要解釋這個現象，筆者以為，首先，透明度應該是一個相對的概念，絕對透明的物質生活中很難遇到，比如，玻璃是透明的，但幾十塊玻璃疊在一起，它還透明嗎？其次，就是折射現象的存在，會使穿過它的光線發生偏轉，使光線的能量產生相應的變化。還有一點，就是厚薄的問題，其實因厚薄產生陰影問題實際上是綜合了上面所說的兩點，比如一個玻璃杯，它正對著光源的部分應該最薄，越往兩側越厚，因此產生了不同的透明度，陰影也隨之發生了變化，如果說玻璃杯中間不會產生陰影，那兩側還是會有明顯的陰影的。我們都知道，現在的三維軟體都提供了Depth Map陰影和Ray Trace陰影兩種形式。兩者相比，在速度上前者佔優勢，在質量上後者佔優勢，但如果要產生透明陰影，那就必須使用Ray Trace陰影了。因此，我們為了獲得更快的渲染速度而使用Depth Map陰影，但碰到有透明物體的場景時，還是不得不使用Ray Trace陰影來獲得更好的效果的。注意：Ray Trace陰影必須採用Raytracing方式來渲染，否則，不會出現陰影效果。

mipf · 发表于 2007-6-9 10:06:11

经典案例图书

介紹Caustics
Caustics特效是最近才流行起來的一種渲染技術，它能夠*真的再現因折射和反射引起的光學現象。不過，千萬不要誤以為只要有了能產生Caustics特效的渲染程式，就等於可以製作出好的作品，這是截然不同的兩個概念。我們只能說，有了Caustics特效會給作品增添不少色彩，但Caustics不是靈丹妙藥。筆者根據Caustics特效產生的效果推測，它將被主要應用到工業產品效果設計中，因為高反射和折射的材質多出現在工業產品中，而Caustics特效的產生就是依靠光線的反射和折射。需要特別指出的是，Caustics特效並不是陰影，準確的說它是一種光，其中包含光線的反射、光線的聚焦和光線的散焦。不同的條件下效果產生的位置也不相同，但常出現在陰影之中。由Caustics特效示意圖我們注意到，因折射而引起的Caustics特效一般都會出現在陰影之中，而因反射引起的Caustics特效則可能出現在陰影之外，這要視入射光線跟表面法線形成的角度來定，另外，Caustics特效如果沒有出現在陰影之中，那麼它的影響會比較輕微，其道理就像大白天使用手電筒一樣，手電筒的光不會在受陽光直射的表面留下明顯的光斑，但如果照射到陰影之中，還是會有影響的。當然，如果你有能跟太陽的光照相抗衡的光源，就另當別論了。不過，這樣的光源哪兒才有呢？除非用一面鏡子來反射太陽光。說起產生Caustics特效的方法，不外乎兩種：一種是利用渲染程式提供的這個功能，另外一種就是模擬了。特別是模擬圓球體的Caustics特效，非常容易，只要使用光源的紋理投射功能，就可以達到以假亂真的效果。對於依靠渲染程式提供的Caustics特效，相對模擬來說，在*作上就容易多了，我們只需要調節有關的參數，再經過漫長的等待（視硬體速度而定），就可以得到需要的效果。
光能傳遞與虛影
在使用Lightscape的時候，就發現它產生的陰影非常真實，為什麼會這樣呢？因為它在渲染中應用了真實的光照效果，在Lightscape中，光源不再是影響陰影的唯一元素，凡是參與光能傳遞的表面都會對陰影產生交叉影響，因此，使用了光能傳遞渲染技術是產生真實陰影的重要原因。在本書中，將會把Lightscape中這種真實的陰影成為“虛影”，為了講清楚這個問題，我們首先來看一下虛影跟前面提到過的Soft Shadow的區別。
虛影跟Soft Shadow的區別
應該說，虛影跟Soft Shadow有很多相似的地方，這主要體現在它們各自的形態上，它們都呈現出邊緣模糊的形態，但虛影絕不等同於Soft Shadow，因為
Soft Shadow是光源在自身條件下形成的一種陰影類型，它模糊的邊緣是半影的體現。而虛影與投射它的光源沒有直接關係，產生並影響它的是來自環境的散射光線，也就是光能傳遞所產生的光線，它使得原本“生硬”的陰影變得“活潑”起來。散射光線的強度決定了陰影的濃淡，有時甚至會出現把陰影完全虛化的現象，但不論怎樣，它產生的效果是非常真實的，因為它是按真實的光線傳播原理計算的。舉一個例子，在一個房間裏有一個正方體和一個圓球體，牆的左側是紅色的，右側是藍色的，我們在同一個視角分別用Maya和Lightscape對球體生成Soft Shadow和虛影，我們發現用Lightscape渲染的圖像更真實一些，對於球體的陰影來說，它首先是因面積光源而產生的Soft Shadow，這一點跟Maya軟體渲染的該圖是一樣的，其次由於受環境中散射光線的影響，陰影的顏色和亮度都發生了變化，觀察不銹鋼圓球下面的陰影，左側受到紅色牆面的影響，右側受到藍色牆面的影響，越靠近圓球的底部陰影的顏色越深、受環境的影響越小；越遠離圓球的底部陰影的顏色越湣⑹墉h境的影響越大，這應該就是虛影的特點吧。
光能傳遞與虛影的關係
既然虛影的產生離不開環境中的漫反射光線，那麼渲染程式採用什麼樣的方式來計算圖像就顯得非常重要了，毫無疑問，光能傳遞是最佳的選擇，因為只有支持光能傳遞和Global Illumination的渲染程式才能“自覺”地計算環境中的散射光線，所以也只有這樣的渲染程式才能自動地完成虛影的計算。
漫反射光線跟直射光線一樣，都可以起到照亮物體的作用，由於陰影是沒有直射光線照射的區域，所以它只接受環境的漫反射光線。這使得陰影的顏色不會太深，而且即使是光源本身不會投射出Soft Shadow，但受漫反射光線的影響，陰影的邊緣也會變得很“軟”，所以把它稱為虛影。
我們已經知道，漫反射光線除了有“光”的性質之外，還有“色”的成分（其實光與色原本就是一體的）。也就是說，什麼顏色的表面就反射什麼顏色的光，由於散射光線的能量遠遠低於照明光源的能量，所以它對受到光源直接照射的表面影響很微弱，但陰影卻對反射光線非常敏感，因此，陰影的顏色受到的影響尤其大。
綜上所述，可以看出光能傳遞與虛影的關係是非常密切的，也瞭解到虛影的複雜性，因為通常環境中的漫反射光線不是一種統一的環境色，而是多種光色的混合、疊加的效果，並交叉影響著。表面的法線控制著散射光線的方向，因此任何一個反射了光線的表面都可以看成一個特殊的面積光源，也許正因為如此才產生了Global Illumination渲染方式。
說明：Global Illumination渲染方式和Radiosity（光能傳遞）是不是一回事？就其工作原理和產生的結果看，完全是一回事。只是現在一些新的渲染程式都使用了Global Illumination這個詞，而很少用Radiosity了，也許新的詞更容易望文生義吧。不過據觀察，凡是採用Radiosity技術的我們總能看到每一個表面發出漫反射光線的過程，而現在流行的Global Illumination技術則看不到這個過程。
明白了光能傳遞與虛影的關係後是否就是說我們只有用有光能傳遞功能的渲染程式才能得到虛影的效果呢？當然不是，就象用輔助光源模擬光能傳遞一樣，虛影也可用同樣的方法來模擬，只是我們要更加關注陰影的效果。在這方面沒有什麼特殊之處，如果你能很好的模擬出光能傳遞的效果，那麼一般也會得到滿意的虛影效果。
眩目的光效
光源除了因照明而產生了明與暗、光與影之外，還會出現很多光學特效。光學特效的使用，除了可以強化圖像的真實感之外，也會為畫面增添不少情趣。這些光學特效，有的是因為特殊環境而產生的，比如雨天的路燈周圍就會出現漂亮的光暈；有的是因為攝像鏡頭產生的光學現象，比如鏡頭反射光斑等。由於這些效果在生活中和影視作品中經常遇到，所以大家都對它們非常熟悉，如果一個大家都熟悉的東西不能出現在CG作品中，那麼圖像的真實感就要大打折扣了。因此，學習並掌握光學特效是非常重要的！
燈光霧和輝光
燈光霧（也叫體光）和輝光經常同時出現，但兩者卻是截然不同的現象。隨著光源的錐角擴散並逐步衰減的就是燈光霧。它的出現是因為空氣中含有的雜質，比如細小的塵或雨水，在絕對純淨的空氣裏是不會有燈光霧出現的。而輝光則不同，它的出現是一種視覺效果，雖然大氣也會影響它，但那種因強光而造成的光芒感卻是由於觀察者（或攝像機）的眼睛（或鏡頭）引起的。因此，輝光常常出現在強光和強反射材質的高光處。
鏡頭光學特效
鏡頭特效的特殊之處在於它是攝像機的鏡頭正對著光源時，對光源產生一系列反應，我們在很多影視作品中都會看到這些效果，以下是幾個常見的鏡頭光學特效：1.Glow；2.Ray；3.Star；4.Auto Secondary。雖然它們並不是鏡頭特效的全部，卻非常具有代表性。筆者認為，鏡頭特效的出現，表現真實感是次要的，主要是為了烘托一種情趣或是一種氛圍。另外，鏡頭特效的哂茫瑥哪撤N程度上來說有暗示光源強度的作用，有時還會產生戲劇性的效果。
記住：一定要記住，在表現某一特定事物時，直接表現不一定是最佳的手法，利用對比、陪襯和烘托往往能起到更好的作用。對於表現CG中的光源更是如此，也許把注意力集中在表現陰影上，光的效果也就體現得更淋漓盡致了。

阳阳6880 · 发表于 2007-6-9 10:08:20

實用燈光技術
燈光照明是一個實用性很強的技術，掌握了它比掌握任何高級渲染程式更加可靠，因為無論你使用什麼樣的渲染程式，如何佈置你場景中的光源都是必須要考慮，而且還必須是重到位的，否則，是很難渲染出令人讚歎的作品的。我們知道，渲染圖像的技術和攝影技術有很多相似之處，那麼布光對攝影有多重要也就對渲染有多重要，明白了這個道理，學起來就容易多了。
燈光的基本原則
三維軟體裏的燈光和生活中的燈光是相通的，在生活中我們佈置光源的時候一定會考慮是為了滿足什麼需要，比如：書桌上的臺燈就要滿足看書寫字的需要；吊頂裏的反光燈槽就應該滿足豐富空間層次的的需要；汽車的刹車燈使用紅色就是為了警示的需要；而倒車燈就必須能夠照亮較近的物體………當然，這些都是功能性的需要，我們還會有很多美感的需要、藝術的需要，“流光溢彩”多是形容這種需要的。在角色照明中，多數會採用類似舞臺照明的技術，不知大家有沒有看過早期的電影，正面角色一般都會使用斜上方的燈光來照明，而反面角色一般都會使用從下往上照射的光源，一看就面目可憎，這種照明往往是為了滿足人物性格，或者是劇情需要，光源使用不同的照射角度可以產生不同的人物性格，不同的光源在場景中可以產生不同的情境氛圍，這是燈光的物理特性已經不是很重要了，它更多的使用了誇張、暗示的手法。因此，在看這樣的作品時我們就不能用工業照明的標準來衡量場景的照明了。綜上所述，表現物件和應用領域不同，燈光照明的原則也不相同，很難把它們嚴格的分清楚，因為在實際應用中，往往存在“交叉感染”的現象，比如在有角色出現的室內場景，如果單純的考慮室內空間的照明，那麼對角色可能不合適，這一點跟拍電影電視是一樣的，如果只給角色照明，那環境則會交待不清，必須綜合考慮。室內的光照可以考慮更多的物理特性，否則就會顯得虛假，而對角色的照明則要更注重“戲劇”效果。當然，也不能一概而論，有時候對環境空間的照明也會以烘托氣氛為主。因此，在佈置光源之前弄清楚照明的目的，然後再根據各自的特點分配燈光才是正確的方法。
在應用三維圖像的時候，應用的領域不同對燈光照明的原則也不相同。這一點可能更讓人關心，比如大多數的三維愛好者都在使用3ds max製作三維圖像，有的是做建築效果圖、有的是做產品效果圖、有的是做電視片頭的、有的是做廣告、有做遊戲的、有的是做虛擬實境、有的是作醫療科學、還有的是做軍事演示，等等等等………類別細分下來不計其數。在使用燈光方面，它們有相同之處也有各自不同的特點，下面先來看看它們的相同之處。
現實的需要
和真實世界中的情形一樣，如果沒有光源，世界將是一片漆黑。在三維世界裏，如果沒有光源渲染的結果也會是一幅漆黑的畫面，無論你從事哪一個行業，肯定都不會交出一幅這樣的作品，所以，滿足現實的需要是照明首要的目的，也是照明的基礎。
顯示是非常重要的，它告訴我們圖像中有什麼、是什麼，只有在這之後，我們才會繼續認知物件是什麼顏色、是什麼質感………必須清楚的是，這僅僅是照明最基礎的需要和目的，可往往有很多從事三維製作的人把它當成了最終目標，他們總是在精心建模和設置紋理之後，草草的在場景中佈置幾個光源，便匆匆渲染了之，哎！何其繆也………
造型的需要
同一個物體在同樣的光源的照射下，角度不一樣使我們對造型的感覺也不一樣，這種視覺上的差異完全是因為燈光的照射角度不同引起的，因此，我們可以判斷，燈光照明還必須服務於物件的造型。不論是大的造型還是小的造型，離開了燈光的作用，效果都會大打折扣。應該說，造型的需要是建立在顯示的需要之上的，它們都應該成為我們佈置光源需要滿足的基本條件。除此之外，不同的應用領域會有不同的照明原則，下面就目前比較流行的應用領域對照明的要求做一下簡單的描述。
建築室內、外設計
建築室內、外設計的照明必須力求真實可信，不論是光源的亮度、色溫還是照射範圍都要能體現出真實光源的物理屬性，因為這種設計最終都要應用到真正的工程當中去，如果你的作品不能真實的反映竣工後的實際情況，那麼竣工後的效果就會和當初的設計作品大相徑庭，如果是這樣，不論你的設計作品多麼誘人，那都只不過是一個“謊言”而已。當然，筆者並不反對應用藝術的表現手法來表現光源，但是必須明白它是服務於設計對象的，而不是服務於渲染圖像的。只有在這樣一個大前提下，你才能“隨心所欲”的經營你的光源，這時，你首先要考慮‘功能的需要’，因為建築是一個實用性的空間。其次，你要考慮‘空間的需要’，也就是學會用光源來劃分空間，這方面很多人做得不夠，他們往往習慣於用具有一定形式的物體來劃分空間。如果在這兩點的基礎上輔以不同形式的照明，效果會更強烈。在滿足了功能的需要和空間的需要之後，照明還要考慮‘造型的需要’。當然，作為建築室內、外設計的表現來說，手法應該是多樣的。最近幾年也出現了很多形式感很強的設計作品，他們不一定都以突出真實感為表現目的，但據筆者的觀察，這些作品多數都是用在表現建築外觀上，這可能是因為建築外觀更注重造型的原因吧！
工業產品造型設計
由於工業產品往往是一個獨立個體，表現應該放在首位，在佈置光源的時候，更多的參考攝影的布光技術是沒有錯的，是否應該在光照方面突出其物理特性已經不再重要了，它更多的是滿足物件造型和材料質感的需要。
影視片頭
影視片頭裏的照明可能是最不需要什麼章法的了，因為片頭只要能達到突出標誌和文字的目的，配合相應邉泳托辛恕２贿^筆者在這方面的實踐很少，可能沒有發言權，但在電視上見得很多，基本上也是如此。
遊戲場景的照明
三維遊戲場景的照明有時候比佈置電影中的照明更複雜，因為它既要滿足照明的各種要求，還要滿足遊戲的交互性。所謂交互性，簡而言之就是一種即時顯示技術，比如《極品飛車》的遊戲，如果選擇的是夜晚，所有的參賽車輛都要打開車燈，車往哪開就應該照射到哪里。玩家控制車，電腦把車燈的照射效果及時的反饋到顯示器上，這樣就可把照明視為互動式。很多遊戲為了提高交互速度，只能盡可能的減少這樣的光源，但又為了不影響遊戲的畫面效果，就產生了一種把照明效果轉化為紋理貼圖的技術，它的製作過程是這樣的：先在三維場景中用真實的光源照射場景，然後把接受光照後的表面轉化為紋理貼圖檔，再將場景中的光源刪除，把紋理貼圖應用到相應的表面上便可以產生以假亂真的效果。
三維電影裏的照明
除了在前面提到的一些領域之外，還有一個特殊的領域對照明要求非常嚴格，這就是近幾年流行起來的三維電影。它的照明基本上完全繼承了傳統電影對照明的要求可以看成是科學和藝術的完美結合，它對照明真實感的追求完全不同於建築設計，在建築設計中，照明的視覺美是建立在物理屬性的基礎上的，而電影中的照明視覺美更純粹一些，只要能突出好的效果，光源的選擇和佈置都隨意得多。當然這種隨意必須有個前提條件，就是為劇情服務，為角色服務。還有一種電影是採用三維和實拍合成的，它對照明的要求又變得嚴謹起來，這也是三維製作中較難的部分，因為合成在一起影片除了鏡頭匹配、動作匹配之外，實景和三維製作的物體在光照上也必須嚴格匹配，否則就穿幫了。這種照明的要點就是必須跟實拍場景的光照相符，包括直接光照和間接光照，特別是間接光照，也就是常說的環境光，它是三維物體是否能融入背景的關鍵。
燈光的作用類型
三維製作中燈光該如何作用於物件呢？很難直接回答這個問題，就象從事攝影藝術的人一樣，如何給他的物件用光，不同的藝術家會有不同的做法。不過，無論怎麼做，他都會考慮燈光的類型、燈光的位置、照射的角度、燈光的強度等因素。下面將對燈光的類型進行提煉，並分別作出解釋。
前光、側光、頂光、背光
在通常情況下，我們都會首先確定光線應該從哪個角度照射到物件上，因為不同的照射角度會產生不同的形體特點，同時也會影響到觀看者的心理感受，我們常說的正面光、側光、四分之一用光、頂光、都是燈光照射角度的具體表現，，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個基調。那麼，在調整燈光的照射角度的時候，我們需要觀察的到底是什麼呢？一句話：是明暗面積的比例關係。注意：這裏指的是觀察什麼而不是表達什麼，因為通過光影表達意念的作品是一個感覺的問題，很難有一個統一的標準，而通過觀察明暗面積的比例關係可以使調節燈光的照射角度有一個“章法”可循。
正面光是很多三維初學者最常用的照射角度，因為它“輕易”的就可以照亮整個場景中的可視部分。但是注意，這個正面不是指物體的正面，而是指光線順著攝像機的目標點照射。在照射範圍內，它產生非常均勻的光照效果，物體上的色調過渡也很柔和，但缺乏立體感也是它致命的缺陷。而且很容易在物體的後面形成“包圍”物體外輪廓的陰影，使用過“傻瓜”相機照相的人應該有這個體會，當光線不足時閃光燈會充當照明的主光源，由於閃光燈和照相機處在同一個位置，使照明成了典型的正面光，被攝的人和物都顯得非常平板，如果人和物的後面有牆壁，那麼陰影就會給人和物“刻畫”出一圈討厭的輪廓線，而且如果有油脂性皮膚的人，面部甚至會出現大面積的高光，所以，很少有人使用正面光來攝影，在三維製作中基本上也是這樣。
和物體被正面光照明相比，被四分之一光照射的物體的立體感顯得強多了。這是比較經典的照射角度。也是主光源常用的角度，它產生的陰影面積比較小，好像也只有四分之一，它的優點是很明顯的，被照亮的面積仍然很大，使我們能看清物件，少量的陰影可以突出形體的立體感，也可以幫助交代形體的結構關係。不過，它也不是“完美”的角度，因為過於經典而顯得有些呆板，在對表現情感時顯得力不從心。在影視作品中，經常會見到一些非常極端的照射角度，給人很強烈的印象，下面就列出了一組極端的照射角度。
側面光在物件上產生明暗各占一半的效果，它是讓角色產生“陰陽臉”的根本原因。很容易讓人對角色產生“陰陽怪氣”的感覺。
頂光會使物體顯得渺小，並在被照射物件的下部產生大面積的暗面和陰影，如果應用到角色上，角色的雙眼通常都會被陰影徽郑?撵`之窗因此關閉，角色顯得憂傷、渺小、孤立，這樣的物件總讓人難以琢磨，因此他（她）們通常都很漂亮。哎，色不異空………
底光這種自下而上的照明就像“地獄之光”一樣，會在物件和環境的上部產生大面積的暗面和陰影，使黑暗徽衷陬^頂，恐怖之感油然而生。
不知大家在看新聞時注意到沒有，主持人頭髮上和肩部的亮光是從哪里來的呢？在電視攝影中它叫輪廓光，是一種亮度極高的光源從物件的背後照射產生的，由於這種照射角度會在物件上產生明亮的外輪廓線，所以也叫輪廓光。它通常用來把物件從背景中分離出來，除此之外，還能加強物件跟背景之間的空間感。由於物件和背景的色調非常一致，使得立體感和空間感不強，輪廓光的出現，象畫筆一樣把物件的形體從背景中勾勒出來，不但豐富了物件的色調層次，也強化了結構特點，“加大”了物件和背景之間的距離。但是，輪廓光的這種作用往往只能在圓滑的表面結構上得到很好的體現，對於棱角分明的物體作用不明顯。
主光與輔光
這裏所指的輔光是指真實的光源，而不是那種在三維軟體中為了類比光的散射而添加的“假光源”，它通常是為主光源服務的。經過前面的介紹，我們知道光源照射的角度不同，陰影產生的面積也會不同，當主光源產生的陰影面積過大而影響了物件形體特點的表現時，就會需要增加輔助光源對暗部進行適當的照明，以產生更好的效果。
在拍戶外電影時，如果物件在陽光的照射之下或因為膠片曝光度的原因，背光面和陰影都會顯得非常黑，因此而丟失大量的細節，這時通常會應用一個反光板來反射太陽的光線，以補充暗部的曝光不足。因此，在拍片現場我們經常會看到一個手持白色面板的人跟著拍攝物件一起邉樱?@時，太陽就是主光源，反光板的反射光線就是輔助光。在室內也經常會有這種情況，在拍攝新聞節目時，照射主持人的光源一般都是從前上方偏左（或者偏右）照射的，這會在主持人的鼻底和頸部留下明顯的陰影，為了消除或者減弱這些陰影，通常會使用一個輔助光源照射反光板來達到這個目的，當然反光的強度不能太高，否則會使主持人的面部缺乏立體感，甚至會像被醫院的無影燈照射一樣。
在通常情況下，主光與輔光的關係是不可分割的，就象國王與大臣一樣，雖有主次之分，但又缺一不可。在很多場景中，甚至會出現主光和輔光難以分辨的情況。那種光線是主光呢？是根據照射的面積還是光線的強度？很難回答清楚。我們必須承認這種現象的存在，如何區分它們就要看情節（或者表現）的需要了。
直射光與反射光
在前面已經介紹過，直射光的類型有很多，比如點光源、線光源、面光源和體光源等，但反射光通常只有一種類型，那就是以面的形式發射光線。當然，這裏指的是漫反射，而且專指那些利用反光板把直射光線反射到物件上的照明形式，它在原理上和光能傳遞是一樣的，但它卻是有意而為之的，有著明確的目的性，常常是為了追求某種特殊的光照效果，而光能傳遞是不需要人工參與的物理現象。打個比方，有些攝影師在照相的時候，不會用閃光燈直接照射物件，而是把閃光燈向上旋轉，朝著天花板照射，利用天花板反射出的光線來攝影，這就是非常典型的案例。它的好處在於可以得到非常柔和、均勻的照射效果。還有一種情況是在光源的前面加一塊毛玻璃（或者硫酸紙）來把原本整齊的光線次序打亂，變成散射光線，這樣得到的照射效果和反射光照效果差不多。在三維渲染中一定要注意這種光線的使用，因為以前我們常說CG圖像顯得很生硬，就由這方面的原因。
特殊的效果光
效果光通常不會以照明為目的，它是為了突出一些特殊的效果而採用的局部照明。比如人像攝影中的眼神光，當然，建築設計中也會有大量的效果光出現，現在很多城市的標誌性建築周圍都會使用很多大功率的投影燈，使大廈在夜晚依然高聳挺拔，而且這些效果光通常都會使用絢麗的色彩來裝點大廈，這樣的例子在生活中隨處可見。它實際上起到引導觀察者視線的作用。
另外，當你想突出一個處在畫面不起眼位置的物體時，也可以使用一個單獨的光源給與照明，以此來吸引觀眾的焦點，這也是為什麼在室內設計中，經常會給一些工藝品或者字畫使用高亮度射燈照明的原因，而且，這樣的光源照射範圍都很小，目標性非常強。
其實在三維渲染中使用效果光要比在真實情況下更直由。因為在軟體中，即使有很多物體都處在同一光源的照射範圍內，我們依然可以人為地控制哪些物體被照射，哪些被排除在照射之外，這樣，我們可以根據需要隨意地添加效果燈，而不必擔心會影響到其他的物體。比如，當你覺得角色眼球的高光在正常的照明條件下不夠亮，顯得不夠有神，就可以添加一個隻照射眼球的光源，而不會因此影響角色臉部的亮度。注意，這並不是由照射範圍達到的，不要把它們相混淆！另外，在表現玻璃器皿和高光反射材料的時候也會經常用到這樣的光源。
基本的布光模式
在佈置光源之前，一定要冷靜地分析光照條件，也就是說我們要在一開始就對最終的照明效果有一個“預測”，這樣，在佈置光源時才能有的放矢。
1.添加主光源；在多數情況下，人們都會把主光源放在物件的斜上方45度的地方，因為這是一個趨於完美的角度，但記住這決不是一個準則。
2.再添加輔助光源；對輔助光源的使用必須採用“少就是多“
完

gaacicxhct · 发表于 2007-6-9 10:09:27

经典案例图书

学习

cax784 · 发表于 2007-6-9 10:10:42

牛啊，学习

526828088 · 发表于 2007-6-9 10:10:45

老大，辛苦了，不顶都不行啊！！！！！！！！！！！

yjsdyx · 发表于 2007-6-9 10:10:57

不顶对不起眼睛

giftysnowy · 发表于 2007-6-9 10:11:16

頂 mccjx版大，期待 mccjx版大的漂亮作品

guanch2000 · 发表于 2007-6-9 10:11:25

大侠这、这、这....偶都不知该怎么说。偶只是对渲染感点兴趣，所以转了这篇文章，哪来什么漂亮作品啊。不过偶会努力的

franke · 发表于 2007-6-9 10:11:59

长了理论知识

xubenqi · 发表于 2007-6-9 10:12:10

感谢！非常好！

gys0436 · 发表于 2007-6-9 10:13:22

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colortear · 发表于 2007-6-9 10:14:53

经典案例图书

顶啊

sisimuzi · 发表于 2007-6-9 10:14:54

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顶啊

ho2ym41zs8 · 发表于 2007-6-9 10:16:20

经典案例图书

good!

ajqn3d · 发表于 2007-6-9 10:16:40

牛啊，定下！

maverick · 发表于 2007-6-9 10:17:09

支持一下，就是眼睛有点受不了。

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