文、李東隆老師

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燈光
光的顔色 當白色光通過三棱鏡時被折射成七色光,七色光是白光光譜中可見光部分,分別爲紅 、橙、黃、綠、藍、靛、紫,簡寫爲 ROYGBIV,這些顔色中,紅、綠、 藍是原色,故光的顔色模型爲 RGB 模型。
電腦螢幕産生顔色的機理也可認爲是 RGB 模型,在大多數繪圖程式中(包 括 3D Studio MAX)都提供了 RGB 顔色選擇模式。下圖表示了 RGB 顔色模型,應 當注意的是:光的顔色具有相加性,而顔料顔色具有相減性。所謂相加性是指混 合的顔色越多,顔色越淡,而相減性則相反,這一點學過色彩繪畫的人應該很清楚。
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       RGB 顔色模型。有趣的是,將 RGB 顔色的 Multiplier 值由 1 改爲-1,顔色就會變成原來的補色,即成右邊的 CYM 色。在 3d max 的世界裏你所見到的場景取決於你照明的方式,呈現出的場景 完全由發光物件的顔色和位置決定。事實上要創建一種氛圍,很少只使用白光照 明的。若使用顔色成分少的人造燈光會使場景毫無生氣。在劇場裏一般使用純 紅、綠、藍、黃、絳紅及藍綠等的多種組合,使某些區域以及許多光柱看起來色 彩絢麗斑斕。高飽和度的燈光用起來要十分小心,因爲用它來照明常會歪曲事 實,例如在煤油燈黃光照明下就分不清土黃和檸檬黃。

      3d max 的燈程式中的燈光都是類比真實世界的燈光模式,如 Target Spot 是手電筒或探照燈模型,Omni 類比燭光或太空中的太陽光;Directioal Light 類比。自然界直射平行太陽光。這些燈都能打開或關閉,改變它們的大小、形狀和位置, 改變顔色,打開或關閉影子,設置影子邊緣的柔度,設置哪些物體被所有的光照 明,甚至在某些範圍裏使用特別暗的光“吸取”多餘的光。
      Exclude 功能是 MAX 燈光的第一個特性。它可設定場景中哪些物體受此燈光 的影響,哪些不受影響。在一個複雜場景中,有些人爲追求效果架設幾十盞燈光, 勢必造成某些物體受光過度甚至丟失陰影。將它們排除在一些燈光影響之外可以 保持原效果。
      Multiplier(倍增器)類似於燈的調光器。值小於 1 減小光的亮度,大於 1 增加 光的亮度。當值爲負時,光實際從場景中減去亮度。“負光”通常用來類比局部 暗的效果,一般僅放在內部的角落,使其變暗,以在場景中産生用一般的光很難 獲得的效果。倍增器可以維護場景中一系列光使用相近的顔色(下圖)。而如果將 RGB 值相應增加或減小會使樣本顔色不易辨認。

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R=255,G=10, B=10,Multiplier=1.;
Multiplier=20. Multiplier=26.
      
       是否使用衰減(attenuatioin)是許多場景成敗的原因之一。MAX 的燈光默認是 不衰減的,這通常意味著場景將很快變得過亮。記住,在進行室內照明的時候, 除了最暗的輔光,所有其他光都要使用衰減。而在實際生活中由於光能量在傳播 過程中的散失,光隨距離減弱。需要指出的是在自然界,光按距離平方比的倒數 進行衰減,例如在 10m 處燈光亮度爲 X,則在 20M 處亮度爲 X/4。但在大部分電 腦程式中(包括 3DSMAX),光的衰減是以線性方式進行的,意即剛才的燈光 在 20m 處亮度爲 X/2。

         光的打法及影響 在 3DSMAX 中,默認的照明是-X,-Y,+Z 與+X,+Y,-Z 處的兩盞燈,一旦你在場景中建立了燈光,這兩盞燈自動關閉。攝影上有幾種照明類型,可以爲 MAX 所用。 三角形照明是最基本的照明方式,它使用三個光源:主光最亮,用來照亮大部分場景,常投射陰影;背光用於將物件從背景中分離出來,並展現場景的深度,常位於 物件的後上方,且強度等於或小於主光;輔光常在攝影機的左側,用來照 亮主光沒有照到的黑區域,控制場景中最亮的區域與最暗區域的對比度。亮的輔 光産生平均的照明效果,而暗的輔光增加對比度。

        一個大的場景不能使用三角形照明時,可採用區段照明法照明各個小的區 段,區段選擇後就可使用基本的三角形照明法。對於具有強烈反射的金屬感材質,有時需要用包圍法將燈光打在周圍以展現 它的質感,這是比較少用的方法。光的性質對場景産生強烈影響。刺目的直射光來自點狀光源,形成強烈反 差,並且根據它照射的方向可以增加或減低質地感和深度感。柔和的光産生模糊 昏暗的光源,它有助於減少反差。光的方向也影響場景中形的組成。柔和的光沒 有特定的方向,似乎輕柔地來自各個方向,刺目的直射光有三個基本方向:正面 光、側光和逆光。

       正面光能産生非常引人注目的效果,當它形成強烈的反差時更是如此。然而 這種光會丟失陰影,使場景缺乏透視感。側光能産生橫貫畫面的陰影,容易顯示物體的質感。 逆光常常産生強烈的明顯的反差,清晰地顯示物體的輪廓。 昏暗、偏冷、低發差的燈光適用於悲哀、低沈或神秘莫測的效果。預示某種不詳之事的發生。換成高發差的燈光可用於酒吧、賭場這樣的場面,在這裏可以強調主要 物件或角色,而將其他的虛化。明豔、暖色調、陰影清晰的燈光效果適於表現興奮的場面,而換成偏冷色調 則是種恬靜的氣氛。

燈光特效
      3d max  中的燈光功能雖然強大,但對一些特殊效果諸如質量光、霓虹燈 效果、眩光等需要另外的程式或插件來完成。質量光: 質量光是中常見的現象,電筒光,探照燈,夜晚霧氣中的路燈都是質量 光的具體例子。質量光由光線被空氣中的灰塵粒子散射而形成。在電腦三維世界 裏,只有“真空”而沒有灰塵粒子。在 Enviornment 中可以創建質量光的效果。
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       質量光效果 LumaObject 效果 霓虹燈或鐳射的發光效果不可用燈光來創建,雖然某些情況下可用自發光材,質代替,但嚴格來講並不真實。你需要爲自發光材質增加 Glow 效果(Video  Post/ Glow)。眩光實際是攝像機鏡頭産生的光斑,在某種程度上可增加場景的真實性。使 用刺目的逆光是拙劣的做法。LensFlare、RealLens 以及 GensisVFX 提供了真實 眩光的創建和靈活控制。(LensFlare 和 GensisVFX 作爲 Video Post 插件,RealLens 以 Helper 物體形式出現)
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LensFlare 的效果 RealLens 的效果

光源形狀
       3d max  不支援真正的線性光源,這意味著做螢光燈照亮時比 較困難。使用 MAX 燈光可以類比熒光燈照明效果,但效果還不是令人滿意。 RealLens 提供了一個 LumaObject 功能,LumaObject 使用自發光物體作爲光源,並 可控制光線衰減,在某種程度上實現了輻射度(radiosity)效果。上右圖即是將熒 光燈作爲 LumaObject 發光體的效果。注意,這裏只用了一個 LumaObject,而且渲染速度極快。事實上 LumaObject 可使用任何形狀的幾何體或粒子系統作爲光 源。

陽光類比
      MAX 中有個陽光模擬器,在這裏你可以指定具體的經、緯度、 時間、季節等創造當地的日照情況。對建築設計、城市規劃、光照分析有其特殊 價值,並且參數可動畫以類比日出日落的一日光照情況。

光線運算
       3d max  的渲染是種線性掃描渲染,當你爲場景設置一個燈光時你會發現這 與現實相差地有多遠。在這種渲染方式下,光線不被物體反射或折射,因此不象 真實世界裏通常一盞燈能照亮一間臥室,很多人製作一個場景要打幾十盞燈,而 製作動畫時燈光數更是嚇人。同時,MAX 提供的 Grouraud 和 Phong 濃淡處理演算法也是不太準確的,它 們估算落在表面上的光,而非準確地計算它。要想完全精確,就需要光線跟綜。

       光跡追蹤(ray trace)渲染在表面之間追蹤射線,射線不斷被某些物件表面 反射到其他物件表面,直到從場景中消失。光線跟蹤追蹤從觀察點到各個表面的 射線向量。若反射面是鏡面,就會有輔助射線被反射以捕捉反射光的可見部分, 若射線遇到另一個鏡面,便又被反射直至射線被彈出場景或被非鏡面吸收。這是 典型的光線跟蹤映象重反射的生成過程,因此雖然渲染出來的圖像可能很漂亮, 但這也是光線跟蹤渲染慢的原因。

       熱輻射(radiosity)渲染方法的效果絕佳,但計算量相當大,要比光線跟蹤所 用時間都長。光線跟蹤反射只取一個觀察點,被反射的射線最終找到一個結束 點,而輻射模型中的反射能量在場景中不斷反彈,能量逐級減弱。在亮光下將一 個紅球靠近白牆,在白牆上出現紅色,這就是輻射度效果。

RadioRay 是一種結合了光線跟蹤和輻射的渲染器,其真實的光線計算創建專 業的照明效果。可用於建築設計、燈光設計、展示設計等多個領域。
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