《3DS MAX基礎(chǔ)教程與案例》課件第11章

第11章燈光11.1燈光的特性

11.2布光的基本知識

11.3Standard燈光的參數(shù)

11.4高級燈光的應(yīng)用

11.5小結(jié)

11.1燈?光?的?特?性

11.1.1Standard燈光

3DSMAX提供了5種Standard類型的燈光：聚光燈、有向光源、泛光燈、太陽光和區(qū)域光。下面介紹前三種類型的燈光。

1．聚光燈

聚光燈是最為常用的燈光類型，它的光線來自一點，沿著錐形延伸。光錐有兩個設(shè)置參數(shù)：Hotspot和Falloff，見圖11.1。Hotspot決定光錐中心區(qū)域最亮的地方，F(xiàn)alloff決定從亮衰減到黑的區(qū)域。

聚光燈光錐的角度決定場景中的照明區(qū)域。較大的錐角產(chǎn)生較大的照明區(qū)域，見圖11.2，通常用來照亮整個場景；較小的錐角照亮較小的區(qū)域，可以產(chǎn)生戲劇性的效果，見圖11.3。圖11.1圖11.2

圖11.3圖11.4

從圖11.5中可以看出，Aspect=1.0將產(chǎn)生一個正方形光錐；Aspect=0.5將產(chǎn)生一個高的光錐；Aspect=2.0將產(chǎn)生一個寬光錐。圖11.5Aspect=0.5Aspect=2.0Aspect=1.0

2．有向光源

有向光源在許多方面不同于聚光燈和泛光燈，其投射的光線是平行的，因此陰影沒有變形，見圖11.6。有向光源沒有光錐，因此常用來模擬太陽光。圖11.6聚光燈產(chǎn)生的陰影有向光源產(chǎn)生的陰影聚光燈產(chǎn)生的陰影有向光源產(chǎn)生的陰影

3．泛光燈

泛光燈是一個點光源，它向全方位發(fā)射光線。通過在場景中單擊就可以創(chuàng)建泛光燈，泛光燈常用來模擬室內(nèi)燈光效果，例如吊燈，見圖11.7。圖11.711.1.2自由燈光和目標(biāo)燈光

1．自由燈光

與泛光燈類似，通過簡單的單擊就可以將自由燈光放置在場景中，不需要指定燈光的目標(biāo)點。當(dāng)創(chuàng)建自由燈光時，它面向所在的視口，一旦創(chuàng)建后就可以將它移動到任何地方。這種燈光常用來模擬吊燈(見圖11.8)和汽車車燈的效果，也適合作為動畫燈光，例如，模擬運動汽車的車燈。

圖11.8

2．目標(biāo)燈光

目標(biāo)燈光的創(chuàng)建方式與自由燈光不同，必須首先指定燈光的初始位置，再指定燈光的目標(biāo)點，見圖11.9。目標(biāo)燈光非常適用于模擬舞臺燈光，可以方便地指明照射位置。創(chuàng)建一個目標(biāo)燈光需創(chuàng)建兩個對象：光源和目標(biāo)點。兩個對象可以分別運動，但是光源總是照向目標(biāo)點。

圖11.9

3．創(chuàng)建自由聚光燈

下面的練習(xí)將給街道場景中增加一個自由聚光燈來模擬街燈的效果。

(1)啟動3DSMAX，創(chuàng)建案例文件。

(2)在創(chuàng)建命令面板中單擊，選擇自由聚光燈。

(3)在頂視口街燈的中間單擊，創(chuàng)建自由聚光燈，見11.10。

圖11.10

(4)單擊主工具欄的SelectandMove按鈕。

(5)在狀態(tài)欄的變換參數(shù)輸入?yún)^(qū)域中，將X的數(shù)值設(shè)置為－11.1，Y設(shè)置為22.0，Z設(shè)置為220.0。這時的攝像機視口見圖11.11。

圖11.1111.2布光的基本知識

隨著演播室照明技術(shù)的快速發(fā)展，誕生了一個全新的藝術(shù)形式，我們將這種形式稱之為燈光設(shè)計。無論為什么樣的環(huán)境設(shè)計燈光，一些基本的概念是一致的：首先為不同的目的和布置使用不同的燈光，其次是使用顏色增加場景。11.2.1布光的基本原則

一般情況下可以從布置三個燈光開始，這三個燈光是主光(Key)、輔光(Fill)和背光(Back)。為了方便設(shè)置，最好都采用聚光燈，見圖11.12。盡管三點布光是很好的照明方法，但是有時還需要使用其他的方法來照明對象，其中一種方法是給背景增加一個WallWash光，給場景中的對象增加一個Eye光。圖11.12

1．主光

主光是三個燈中最亮的，是場景中的主要照明光源，也是產(chǎn)生陰影的主要光源。圖11.13就是主光照明的效果。圖11.13

2．輔光

輔光用來補充主光產(chǎn)生的陰影區(qū)域的照明，顯示出陰影區(qū)域的細(xì)節(jié)，同時也影響主光的照明效果。輔光通常被放置在較低的位置，亮度也是主光的1/2～2/3。這個燈光產(chǎn)生的陰影很弱。圖11.14是有主光和輔光照明的效果。圖11.14

3．背光

背光的目的是照亮對象的背面，從而將對象從背景中區(qū)分開來。這個燈光通常放在對象的后上方，亮度是主光的1/3～1/2。這個燈光產(chǎn)生的陰影最不清晰。圖11.15是主光、輔光和背光照明的效果。

圖11.15

4．WallWash光

WallWash光并不增加整個場景的照明，但是它卻可以平衡場景的照明，并從背景中區(qū)分出更多的細(xì)節(jié)。這個燈光可以用來模擬從窗戶中進(jìn)來的燈光，也可以用來強調(diào)某個區(qū)域。圖11.16是使用投影光作為WallWash光的效果。

圖11.16

5．Eye光

在許多電影中都使用了Eye光，這個光只照射對象的一個小區(qū)域，可以用來給對象增加神奇的效果，也可以使觀察者更注意某個區(qū)域。圖11.17就是使用Eye光后的效果。圖11.1711.2.2室外照明

室外照明的燈光布置與室內(nèi)照明完全不同，需要考慮時間、天氣情況和所處的位置等諸多因素。如果要模擬太陽的光線就必須使用有向光源，這是因為地球離太陽非常遠(yuǎn)，只占據(jù)太陽照明區(qū)域的一小部分，太陽光在地球上產(chǎn)生的所有陰影都是平行的。要使用Standard燈光照明室外場景，一般都采用有向光源，并根據(jù)一天的時間來設(shè)置光源的顏色。此外，盡管可以使用ShadowMapped類型的陰影得到好的結(jié)果，但是要得到真實的太陽陰影，就需要使用RaytracedShadows。這將會增加渲染時間，但是效果很好。最好將有向光的Overshoot選項打開(下一節(jié)詳細(xì)介紹相關(guān)參數(shù))，以便燈光能夠照亮整個場景，且只在Falloff區(qū)域中產(chǎn)生陰影。

除了有向光源之外，還可以增加一個泛光燈來模擬散射光，見圖11.18。這個泛光燈將不產(chǎn)生陰影和影響表面的高光區(qū)域。圖11.19是圖11.18中場景的渲染結(jié)果。

圖11.18圖11.19使用3DSMAX中的IESSky和IESSun可以方便地調(diào)整出如圖11.20所示的室外效果。關(guān)于這些燈光的應(yīng)用，我們將在高級教程中詳細(xì)討論。圖11.20

11.3Standard燈光的參數(shù)

可以通過Modify面板設(shè)定燈光的參數(shù)，燈光的參數(shù)面板見圖11.21。圖11.21中顯示了聚光燈的所有參數(shù)，不管創(chuàng)建哪類聚光燈，其主要參數(shù)都是一樣的。圖11.21

11.3.1GeneralParameters卷展欄

3DSMAX的Standard燈光與自然界中燈光的另外一個區(qū)別是前者可以只影響某些表面成分。還可以使用Exclude選項將對象從燈光照明和陰影中排除。這些調(diào)整都可以在Modify面板中的GeneralParameters卷展欄中完成。

1．On復(fù)選框

GeneralParameters下面是On復(fù)選框。當(dāng)這個復(fù)選框被復(fù)選的時候，燈光被打開；當(dāng)這個復(fù)選框取消復(fù)選的時候，燈光被關(guān)閉。被關(guān)閉的燈光的圖標(biāo)用黑色表示，見圖11.22。

圖11.22

2．燈光類型下拉式列表

On復(fù)選框右邊就是燈光類型下拉式列表，見圖11.23?？梢允褂迷摿斜砀淖儺?dāng)前選擇燈光的類型。

圖11.23

3．陰影參數(shù)

當(dāng)四處觀察的時候，總能夠看到各個對象的陰影，每個對象都有陰影。陰影的情況與燈光有關(guān)。如果場景中只有一盞燈，那么將會產(chǎn)生非常清晰的陰影；如果場景中有很多燈光，那么將產(chǎn)生柔和的陰影，這樣的陰影不太清晰。

場景中的陰影可以描述許多重要信息，例如，燈光和對象之間的關(guān)系，對象和其下面表面的相對關(guān)系，透明對象的透明度和顏色等。從圖11.24可以看出，陰影可以提供對象和其下面表面之間關(guān)系非常有價值的信息。通過比較這兩個圖像就可以看出，左邊的圖形中沒有陰影，因此很難判斷角色離地面多遠(yuǎn)；右邊的圖形中有陰影，據(jù)此可以判斷角色正好在地面上。圖11.24

從圖11.25可以看出，陰影可以很好地描述對象的屬性。通過比較這兩幅圖像就可以看出，左圖中的對象是不透明的，而右圖中的對象是透明的。圖11.25

可以在陰影參數(shù)區(qū)域打開或者關(guān)閉選擇燈光的陰影、改變陰影的類型等。

On復(fù)選框：用來打開和關(guān)閉陰影。

?陰影類型：在3DSMAX中產(chǎn)生的陰影有五種類型，即AdvancedRay-tracedShadows(高級光線跟蹤陰影)、mentalrayShadowMap(mentalray陰影帖圖)、AreaShadows(區(qū)域陰影)、ShadowMap(陰影帖圖)和Ray-tracedShadows(光線跟蹤陰影)，其中mentalrayShadowMap是3DSMAX新增的陰影類型。理解這五種陰影類型的不同是非常重要的。

ShadowMap產(chǎn)生一個假的陰影，它從燈光的角度計算產(chǎn)生陰影對象的投影，然后將它投影到后面的對象上。ShadowMap的優(yōu)點是渲染速度較快，陰影的邊界較為柔和；缺點是陰影不真實，不能反映透明效果。圖11.26是采用ShadowMap生成的陰影。

圖11.26

AreaShadows可產(chǎn)生一個有半影區(qū)域的陰影，支持透明陰影，見圖11.27。在圖11.27中，區(qū)域A是半影區(qū)域，區(qū)域B是正常的陰影區(qū)域。在有多個燈光的復(fù)雜場景中常使用AreaShadows類型，該類陰影的計算速度比ShadowMap快。圖11.27與ShadowMap不同，Ray-tracedShadow可以產(chǎn)生真實的陰影。該選項在計算陰影的時候考慮對象的材質(zhì)和物理屬性，但是計算量很大。圖11.28是采用Ray-tracedShadow生成的陰影。圖11.28

AdvancedRay-tracedShadows是在Ray-tracedShadow基礎(chǔ)上增加了一些控制參數(shù)，使產(chǎn)生的陰影更真實。

mentalrayShadowMap是由mentalray渲染器生成的位圖陰影，這種陰影沒有Ray-tracedShadows精確，但計算時間較短。●?UseGlobalSettings：該復(fù)選框用來指定陰影是使用局部參數(shù)還是全局參數(shù)。如果打開這個復(fù)選框，那么全局參數(shù)將影響所有使用全局參數(shù)設(shè)置的燈光。當(dāng)希望使用一組參數(shù)控制場景中的所有燈光的時候，該選項非常有用。如果關(guān)閉該選項，則燈光只受其本身參數(shù)的影響。

4．Exclude(排除)選項

Exclude選項用來設(shè)置燈光是否照射某個對象，或者是否使某個對象產(chǎn)生陰影。單擊該按鈕后出現(xiàn)Exclude/Include對話框，見圖11.29。圖11.30是中間的角色被排除照明和陰影后的效果；圖11.31是中間角色被排除照明而保留產(chǎn)生陰影的效果;圖11.32是中間角色被排除陰影而保留照明的效果。

圖11.29圖11.30

圖11.31圖11.32

11.3.2Intensity/Color/Attenuation卷展欄

在自然界中，有許多方法可以測量燈光的亮度和顏色。但是在3DSMAX中，燈光的亮度是一個相關(guān)函數(shù)，函數(shù)值為0的時候關(guān)閉燈光，函數(shù)值為1的時候打開燈光。燈光的顏色可以用RGB來表示，也可以使用位圖的顏色。

1．Multiplier(倍增器)

可以通過調(diào)整Multiplier的數(shù)值來使燈光變亮或者變暗。圖11.33是將Multiplier設(shè)置為0.5時的情況；圖11.34是將Multiplier設(shè)置為1.0時的情況；圖11.35是將Multiplier設(shè)置為2時的情況。

圖11.33圖11.34

2．顏色樣本

顏色樣本用于選擇燈光的顏色。當(dāng)單擊顏色樣本后出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)的顏色選擇對話框，見圖11.36，在這個對話框中可以為燈光選擇需要的顏色。

圖11.35圖11.36

3．Decay(衰減)

畫圖時，一個常見的問題是在給場景模型照明的時候不使用光源的衰減來調(diào)節(jié)燈光。實際中，不管燈光亮度如何，都將有衰減效果。燈光的光源區(qū)域最亮，離光源越遠(yuǎn)變得越暗，遠(yuǎn)到一定距離就沒有照明效果。在自然界中燈光的衰減遵守反平方(InverseSquare)定律，即燈光的強度隨著距離的平方反比衰減。這就意味著如果要創(chuàng)建真實的燈光效果，就需要某種形式的衰減。決定燈光照射距離的因素包括光源的亮度和燈光的大小。燈光越亮、光源越大，照射的距離就越遠(yuǎn)；燈光越暗、光源越小，照射的距離就越近。在Decay區(qū)域有兩個選項來自動設(shè)定燈光的衰減。第一個選項是Inverse，該設(shè)置使光強從光源處開始線性衰減，距離越遠(yuǎn)，光強越弱；第二個選項是InverseSquare，盡管該選項更接近真實世界的光照特性，但是在制作動畫的時候也應(yīng)該通過比較來得到最符合要求的效果。一般來講，如果其他設(shè)置相同，則使用InverseSquare選項后，離光源較遠(yuǎn)的燈光將黑一些。在Decay區(qū)域還有一個參數(shù)Start(見圖11.37)，用來設(shè)置距離光源多遠(yuǎn)開始進(jìn)行衰減。

在場景中，Decay的Start數(shù)值由光錐中綠色圓弧表示，見圖11.38。圖11.39是圖11.38中設(shè)置所得到的最后結(jié)果，也就是將Type設(shè)置為Inverse、將Start設(shè)置為80時的照明效果。圖11.40是將Type設(shè)置為InverseSquare、將Start設(shè)置為120時的照明效果。

圖11.37圖11.38

圖11.39圖11.40

4．NearAttenuation(近衰減)

NearAttenuation參數(shù)是計算機燈光照明中獨有的，它設(shè)置燈光從開始照明處[Start]到照明達(dá)到最亮處[End]之間的距離。要激活NearAttenuation，就必須打開Use復(fù)選框。

在圖11.41中，靠近燈光光錐末端的深藍(lán)色和淺藍(lán)色圓弧指明NearAttenuation。

11.42為該設(shè)置的照明效果。注意靠近燈光處的對象

較暗。

圖11.41圖11.42

5．FarAttenuation(遠(yuǎn)衰減)

FarAttenuation用于設(shè)置燈光從照明開始衰減到完全沒有照明處的距離。

在圖11.43中，靠近燈光光錐末端的棕褐色和褐色圓弧指明了FarAttenuation。圖11.44給出了這種設(shè)置產(chǎn)生的效果。注意離燈光很遠(yuǎn)的對象比較暗。

圖11.43圖11.44

圖11.45

11.3.3AdvancedEffects卷展欄

1．AffectSurfaces區(qū)域的參數(shù)

●?Contrast(對比)：調(diào)整最亮區(qū)域和最暗區(qū)域的對比度，取值范圍是0～100。圖11.46中左圖是對比度為0時的情況，右圖是對比度為100時的情況。當(dāng)對比度為100時，最亮區(qū)域和最暗區(qū)域之間具有非常清晰的邊界。圖11.46●?SoftenDiffEdge(柔化漫反射的邊)：該數(shù)值的取值范圍是0～100，數(shù)值越小，邊界越柔和。圖11.47中左圖是該參數(shù)等于0時的情況，右圖是該參數(shù)等于100時的情況。注意觀察角色頭部明亮區(qū)域和陰暗區(qū)域的過渡部分。圖11.47

Diffuse(漫射光)：該復(fù)選框用來打開或者關(guān)閉燈光的漫反射明暗成分。圖11.48是關(guān)閉該選項后的情況，圖中只顯示高光部分。

圖11.48

Specular(高光)：該復(fù)選框用來打開或者關(guān)閉燈光的高光成分。圖11.49是關(guān)閉該選項的效果，圖中沒有高光

效果。

圖11.49

●?AmbientOnly(只有環(huán)境光)：該復(fù)選框用來打開或者關(guān)閉表面的環(huán)境光部分。圖11.50是打開(左圖)和不打開(右圖)該選項時的效果。圖11.50

2．ProjectionMap區(qū)域的參數(shù)

(1)啟動3DSMAX或者在菜單欄選取File/Reset，以復(fù)位3DSMAX。

(2)創(chuàng)建案例文件，場景見圖11.51。圖11.51

(3)在前視口中選擇NeonLight，見圖11.52，這是一個自由有向光源。圖11.52

(4)在Modify命令面板中，單擊AdvancedEffects卷展欄下面ProjectorMap區(qū)域的None按鈕，出現(xiàn)Material/MapBrowser對話框。

(5)在Material/MapBrowser對話框中選擇Bitmap。

(6)在SelectBitmapImageFile對話框中選取相似的圖片，見圖11.53。圖11.53

(7)在GeneralParameters卷展欄中打開燈光。

(8)在攝像機視口中單擊鼠標(biāo)右鍵，以激活它。

(9)單擊主工具欄中的QuickRender按鈕，渲染

結(jié)果見圖11.54。這樣好像文字表面有發(fā)光效果，由于3DSMAX的自發(fā)光其實不發(fā)光，因此這是模擬自發(fā)光的簡單

方法。

(10)按鍵盤上的H鍵，以激活SelectObjects對話框。圖11.54

(11)在SelectObjects對話框中選擇Neonillumination，然后單擊Select按鈕。

(12)在Modify面板的GeneralParameters卷展欄中打開該燈光。

(13)在攝像機視口單擊鼠標(biāo)右鍵，以激活它。

(14)單擊主工具欄的QuickRender按鈕，渲染結(jié)果見圖11.55。

圖11.5511.3.4SpotlightParameters卷展欄

SpotlightParameters卷展欄的參數(shù)主要用來調(diào)整聚光燈的熱光區(qū)域、散光區(qū)域以及聚光燈的形狀。

●?ShowCone(顯示光錐)：如果復(fù)選該選項，那么在聚光燈沒有被選擇的情況下仍然顯示聚光燈的光錐。在聚光燈被選擇的情況下，打開和關(guān)閉該選項沒有區(qū)別?！?Overshoot(過照射)：打開該選項后，聚光燈的照明效果與泛光燈類似，就是從光源處向各個方向照射，但是，陰影仍然只在聚光燈光錐區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生。

SpotlightParameters卷展欄的其他參數(shù)設(shè)置的效果參見11.1.1小節(jié)。11.3.5ShadowParameters卷展欄

1．ObjectShadows區(qū)域

ShadowParameters卷展欄的參數(shù)主要用來調(diào)整陰影的顏色、密度等效果。

●?Color(陰影的顏色)：該選項設(shè)置燈光產(chǎn)生陰影的顏色。默認(rèn)顏色是黑色，用戶可以將陰影顏色改變成任何顏色?！?Density(密度)：通過調(diào)整投射陰影的百分比來調(diào)整陰影的密度，從而使它變黑或者變亮。Density的取值范圍是?-1.0～1.0，當(dāng)該數(shù)值等于0的時候，不產(chǎn)生陰影；當(dāng)該數(shù)值等于1的時候，產(chǎn)生最深顏色的陰影。負(fù)值產(chǎn)生陰影的顏色與設(shè)置的陰影顏色相反。圖11.56分別是Density數(shù)值為0、0.5和1時的陰影效果。圖11.57是Density設(shè)置為?-1、陰影顏色設(shè)置為藍(lán)色時的效果。圖11.56圖11.57●?Map(貼圖)：無論采用什么樣的陰影類型，只要使用Material/MapBrowser指定了貼圖，那么貼圖將取代陰影的顏色。這可以產(chǎn)生豐富的效果，可以增加陰影的靈活性，模擬復(fù)雜的透明對象。圖11.58是使用一個漸變色貼圖模擬玻璃對象的透明效果。注意球不產(chǎn)生黑色陰影，它們使用的是貼圖的顏色。Map復(fù)選框用來激活或者取消貼圖。圖11.58●?LightAffectsShadowColor：當(dāng)打開這個選項的時候，就將燈光的顏色與陰影的顏色相混合。

2．AtmosphereShadows區(qū)域

在3DSMAX中，我們將一些效果稱之為大氣(Atmospherics)。例如FireEffect可以用來創(chuàng)建從爆炸的火球到篝火等所有類型的火。通常這些效果不產(chǎn)生陰影，這也是為什么要使用大氣陰影參數(shù)。如果打開這個復(fù)選框，那么大氣效果將產(chǎn)生陰影。在Atmosphereshadows區(qū)域有兩個可以調(diào)整的參數(shù)，它們是Opacity和color。

●?Opacity：該參數(shù)調(diào)整陰影的深淺。當(dāng)該參數(shù)為0的時候，大氣效果沒有陰影；當(dāng)該參數(shù)為100的時候，產(chǎn)生完全的陰影。

Color：調(diào)整陰影顏色的飽和程度，當(dāng)該參數(shù)為0的時候，陰影沒有顏色；當(dāng)該參數(shù)為100的時候，陰影的顏色完全飽和。

圖11.59是Opacity設(shè)置為50、Color設(shè)置為100時的陰影效果。圖11.5911.3.6ShadowMapParameters卷展欄

當(dāng)選擇ShadowMap陰影類型后，就出現(xiàn)ShadowMapParameters卷展欄。卷展欄中的參數(shù)用來控制燈光投射陰影的質(zhì)量。控制陰影燈光外觀和質(zhì)量的參數(shù)有Bias、Size和SampleRange。最后一個選項是AbsoluteMapBias，它是一個復(fù)選框，只影響B(tài)ias的設(shè)置。

Bias：該選項設(shè)置陰影偏離對象的距離。圖11.60分別是Bias等于1和15時的效果。圖11.60Bias=1Bias=15

●?Size：由于ShadowMap是一個位圖圖像，因此必須有大小。該參數(shù)指定貼圖的大小，單位是像素。由于貼圖是正方形的，因此只需要指定一個數(shù)值。數(shù)值越大，陰影的質(zhì)量越好，但是消耗的內(nèi)存就越多。圖11.61分別是該參數(shù)設(shè)置為1000和100時的情況。圖11.61

如果該數(shù)值被設(shè)置得非常小，陰影效果將很差。這時就需要增加Size的數(shù)值來解決這個問題。有時需要多次試驗才能在陰影質(zhì)量和內(nèi)存消耗中尋求一個合適的平衡點。

●?SampleRange(樣本范圍)：該選項控制陰影的模糊程度。數(shù)值越小，陰影越清晰；數(shù)值越大，陰影越柔和。在圖11.62中，左圖中的樣本范圍設(shè)置為2，右圖中的樣本范圍設(shè)置為5。

圖11.62SampleRange=2.0