《3ds Max三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)教程》課件-new-第4章

第4章3dsMax燈光技術(shù)4.1燈光簡(jiǎn)介4.2標(biāo)準(zhǔn)燈光4.3光度學(xué)燈光4.4高級(jí)燈光4.5應(yīng)用案例本章小結(jié)習(xí)題

4.1燈光簡(jiǎn)介

3dsMax中提供了兩種類型的燈光：標(biāo)準(zhǔn)燈光和光度學(xué)燈光。所有類型在視圖中都為燈光對(duì)象，它們使用相同的參數(shù)，包括陰影生成器。

標(biāo)準(zhǔn)燈光是基于計(jì)算機(jī)的模擬燈光對(duì)象，如家用或辦公室燈、舞臺(tái)和電影工作時(shí)使用的燈光設(shè)備和太陽(yáng)光本身。不同類型的燈光對(duì)象可用不同的方法投影燈光，模擬不同種類的光源。和光度學(xué)不同，標(biāo)準(zhǔn)燈光不具有基于物理的強(qiáng)度值。

4.2標(biāo)準(zhǔn)燈光

標(biāo)準(zhǔn)燈光是基于計(jì)算機(jī)的模擬燈光對(duì)象，它不具有基于物理的強(qiáng)度值。

標(biāo)準(zhǔn)燈光分為目標(biāo)聚光燈、自由聚光燈、目標(biāo)平行光、自由平行光、泛光燈、天光、mr區(qū)域泛光燈和mr區(qū)域聚光燈八種類型的標(biāo)準(zhǔn)燈光對(duì)象，如圖4.1所示。圖4.1“燈光”面板

1.目標(biāo)聚光燈

圖4.2創(chuàng)建目標(biāo)聚光燈

2.自由聚光燈

圖4.3創(chuàng)建自由聚光燈

3.目標(biāo)平行光

目標(biāo)平行光使用目標(biāo)對(duì)象指向燈光。當(dāng)太陽(yáng)在地球表面投影(適用于所有時(shí)間)時(shí)，所有平行光以一個(gè)方向投影平行光線。平行光主要用于模擬太陽(yáng)光，可以調(diào)整燈光的顏色和位置并在3D空間旋轉(zhuǎn)燈光。

由于平行光線是平行的，所以平行光線呈圓形或矩形棱柱而不是圓錐體。

MentalRay渲染器認(rèn)為所有的平行光都來自于無窮遠(yuǎn)，所以3dsMax場(chǎng)景中在直接燈光對(duì)象后面的對(duì)象也會(huì)被照明。另外，使用MentalRay渲染器時(shí)，平行光不能生成區(qū)域陰影，而且也不使用光束明暗器(在lume庫(kù)中)。初步了解目標(biāo)平行光后開始創(chuàng)建燈光。圖4.4創(chuàng)建目標(biāo)平行光

4.自由平行光

圖4.5創(chuàng)建自由平行光

5.泛光燈

泛光燈從單個(gè)光源向各個(gè)方向投影光線。泛光燈用于將“輔助照明”添加到場(chǎng)景中，或模擬點(diǎn)光源。

泛光燈可以投影陰影和投影。單個(gè)投影陰影的泛光燈等同于六個(gè)投影陰影的聚光燈，投影方向從中心指向外側(cè)。

當(dāng)設(shè)置由泛光燈投影貼圖時(shí)，投影貼圖的方法與映射到環(huán)境中的方法相同。當(dāng)使用“屏幕環(huán)境”坐標(biāo)或“顯式貼圖通道紋理”坐標(biāo)時(shí)，將以放射狀投影貼圖的六個(gè)副本。圖4.6創(chuàng)建泛光燈

6.天光

天光用于建立日光的模型，意味著天光與光跟蹤器一起使用，天光可以設(shè)置天空的顏色或?qū)⑵渲付橘N圖。

當(dāng)使用默認(rèn)掃描線渲染器進(jìn)行渲染時(shí)，天光與高級(jí)照明中光跟蹤器或光能傳遞結(jié)合使用效果會(huì)更佳。

如果使用渲染元素輸出場(chǎng)景中天光的照明元素，則該場(chǎng)景使用光能傳遞或光跟蹤器，不可以分離燈光的直接、間接和陰影通道。天光照明的三個(gè)元素都輸出到間接光通道。初步了解天光后開始創(chuàng)建燈光。圖4.7創(chuàng)建天光

7.mr區(qū)域泛光燈

當(dāng)使用MentalRay渲染器渲染場(chǎng)景時(shí)，區(qū)域泛光燈從球體或圓柱體發(fā)射光線，而不是從點(diǎn)源發(fā)射光線。若使用默認(rèn)的掃描線渲染器，區(qū)域泛光燈像其它標(biāo)準(zhǔn)的泛光燈一樣發(fā)射

光線。

由3dsMaxscript腳本創(chuàng)建和支持區(qū)域泛光燈，只有MentalRay渲染器才可使用“區(qū)域光源參數(shù)”卷展欄上的參數(shù)。初步了解mr區(qū)域泛光燈后開始創(chuàng)建燈光。圖4.8創(chuàng)建mr區(qū)域泛光燈

8.mr區(qū)域聚光燈

當(dāng)使用MentalRay渲染器渲染場(chǎng)景時(shí)，區(qū)域聚光燈從矩形或碟形區(qū)域發(fā)射光線，而不是從點(diǎn)光源發(fā)射光線。若使用默認(rèn)的掃描線渲染器，區(qū)域聚光燈將像其它標(biāo)準(zhǔn)的聚光燈一樣發(fā)射光線。

區(qū)域燈光的渲染時(shí)間比點(diǎn)光源的渲染時(shí)間要長(zhǎng)。要?jiǎng)?chuàng)建快速測(cè)試(或草圖)渲染，可以使用“渲染設(shè)置”對(duì)話框的“公用參數(shù)”卷展欄中的“區(qū)域/線光源視作點(diǎn)光源”切換選項(xiàng)，以便加快渲染速度。初步了解mr區(qū)域聚光燈后開始創(chuàng)建燈光。圖4.9創(chuàng)建mr區(qū)域聚光燈

4.3光?度?學(xué)?燈?光

光度學(xué)燈光基于光度學(xué)(光能)值，通過這些值可以更精確地定義燈光。用戶可以根據(jù)光度學(xué)值創(chuàng)建具有各種分布和顏色特性的燈光，就像在真實(shí)世界一樣，也可以導(dǎo)入照明制造商提供的特定光度學(xué)文件創(chuàng)建燈光。

光度學(xué)燈光使用“平方反比衰減”持續(xù)衰減，并依賴于使用實(shí)際單位的場(chǎng)景。

光度學(xué)燈光分為目標(biāo)燈光、自由燈光、mrSky門戶三種燈光對(duì)象，如圖4.10所示。圖4.10燈光對(duì)象

1.目標(biāo)燈光

目標(biāo)燈光具有可以用于指向燈光的目標(biāo)子對(duì)象。當(dāng)添加目標(biāo)燈光時(shí)，3dsMax會(huì)自動(dòng)為其指定注視控制器，且燈光目標(biāo)對(duì)象指定為“注視”目標(biāo)。用戶可以使用“運(yùn)動(dòng)”面板上的控制器設(shè)置將場(chǎng)景中的任何其它對(duì)象指定為“注視”目標(biāo)。初步了解目標(biāo)燈光后開始創(chuàng)建燈光。

(1)打開場(chǎng)景，選擇“創(chuàng)建”面板，選擇面板下光度學(xué)層級(jí)下的創(chuàng)建目標(biāo)燈光。

(2)在視圖中拖動(dòng)鼠標(biāo)，拖動(dòng)的初始點(diǎn)是燈光的位置，釋放鼠標(biāo)的點(diǎn)就是目標(biāo)位置。現(xiàn)在燈光成為場(chǎng)景的一部分，如圖4.11所示。圖4.11創(chuàng)建目標(biāo)燈光

2.自由燈光

圖4.12創(chuàng)建自由燈光

3.mrSky門戶

mr(mentalray)天空門戶對(duì)象提供了一種聚集內(nèi)部場(chǎng)景中現(xiàn)有天空照明的有效方法，無需進(jìn)行高度“最終聚集”或“全局照明”設(shè)置(這會(huì)使渲染時(shí)間過長(zhǎng))。實(shí)際上，門戶就是一個(gè)區(qū)域燈光，可從環(huán)境中導(dǎo)出其亮度和顏色。初步了解mrSky門戶燈光后開始創(chuàng)建燈光。圖4.13創(chuàng)建mrSky門戶

4.4高級(jí)燈光

1.光跟蹤器

光跟蹤器是使用了光線跟蹤方式的全局照明系統(tǒng)，它是基于采樣點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算的，每個(gè)采樣點(diǎn)都可以隨機(jī)放射出一定量的管線對(duì)環(huán)境進(jìn)行檢測(cè)，碰到物體的光線形成光被添加到采樣點(diǎn)上，沒有碰到物體的光線則被看做是天光效果處理，所以光跟蹤器能很好地表現(xiàn)出天光的效果。原來要表現(xiàn)天光效果一般需要繁瑣的陣列燈光來照明，或者是利用高級(jí)渲染插件來完成，現(xiàn)在只需要使用光跟蹤器即可完成，十分方便而且效果也很不錯(cuò)。

(1)重置3dsMax場(chǎng)景，打開配套光盤中的“光跟蹤器.max”文件，如圖4.14所示。

(2)給場(chǎng)景添加燈光。光跟蹤器可以結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)燈光來進(jìn)行照明，給場(chǎng)景添加天光，天光可以在視圖中的任意位置建立，不會(huì)影響到最終的效果。

(3)打開“渲染設(shè)置”面板，進(jìn)入“高級(jí)照明”設(shè)置，在面板下選擇“光跟蹤器”方式，如圖4.15所示。圖4.14測(cè)試場(chǎng)景圖4.15“高級(jí)照明”面板參數(shù)面板中的“反彈”、“光線/采樣數(shù)”會(huì)影響渲染時(shí)間，所以參數(shù)不能盲目地提高，要根據(jù)需要來設(shè)置，調(diào)大過濾器數(shù)值可以消除黑斑等不良效果。最終渲染時(shí)可以設(shè)置“光線/采樣數(shù)”的取樣值為250，或者更高，調(diào)節(jié)過濾器的數(shù)值為1左右，并適當(dāng)調(diào)節(jié)燈光的強(qiáng)度，這樣渲染可以達(dá)到比較理想的效果，如圖4.16所示。圖4.16渲染效果

2.光能傳遞

與普通的渲染技術(shù)相比較，光能傳遞具有以下幾個(gè)主要的特點(diǎn)：

(1)一旦完成光能傳遞的計(jì)算，就可以從任意角度觀察場(chǎng)景，計(jì)算的結(jié)果也保存在3dsMax文件中。

(2)可以方便地自定義物體光能傳遞的計(jì)算質(zhì)量。

(3)不需要附加燈光來模擬環(huán)境光。

(4)自發(fā)光物體可以被定義為光源。

(5)配合光度學(xué)燈光，光能傳遞可以為照明分析提供精確的結(jié)果。

(6)光能傳遞計(jì)算中的場(chǎng)景物體需要按照實(shí)際的尺寸進(jìn)行建立。

(7)光能傳遞計(jì)算的效果可以直接在3dsMax的視圖中顯示。

①建立一個(gè)簡(jiǎn)單的小場(chǎng)景，設(shè)置場(chǎng)景單位為厘米，模擬真實(shí)尺寸，如圖4.17所示。

②在場(chǎng)景中創(chuàng)建燈光，進(jìn)入“燈光設(shè)置”面板，在菜單里選擇“光度學(xué)燈光”類型，建立自由點(diǎn)光源燈光。

③移動(dòng)燈光到BOX頂部。

④渲染場(chǎng)景會(huì)是一片黑，因?yàn)闊艄獬跏贾祻?qiáng)度較低，選擇“燈光”選項(xiàng)，將“強(qiáng)度/顏色/衰減”面板下的強(qiáng)度值調(diào)大，并開啟陰影，選擇光線跟蹤的陰影方式。圖4.17創(chuàng)建測(cè)試場(chǎng)景⑤還可以通過“曝光控制”加亮場(chǎng)景，打開“環(huán)境”編輯器或按下快捷鍵【8】，在“曝光控制”面板下選擇“線性曝光控制”，通過調(diào)節(jié)曝光的亮度設(shè)置調(diào)亮場(chǎng)景，如圖4.18所示。

⑥關(guān)閉“曝光控制”，打開“渲染設(shè)置”面板，進(jìn)入“高級(jí)照明”面板，選擇“光能傳遞”選項(xiàng)，如圖4.19所示。

⑦在“光能傳遞處理參數(shù)”面板中按下開始鍵，對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行光能傳遞的計(jì)算。

⑧打開光能傳遞“網(wǎng)格傳遞”卷展欄，勾選“啟用”選項(xiàng)，這樣可以打開光能傳遞的模型細(xì)分處理，細(xì)分值越小，細(xì)分程度就越高，那么得到的計(jì)算效果就越好，當(dāng)然越高的細(xì)分也會(huì)帶來越長(zhǎng)的渲染計(jì)算時(shí)間。

圖4.18測(cè)試效果圖4.19光能傳遞選項(xiàng)光能傳遞的效果中會(huì)有黑斑出現(xiàn)，可以通過加大過濾值來防止黑斑的出現(xiàn)，當(dāng)然過濾值也不能設(shè)得太高，一般情況下設(shè)置為4，這樣渲染結(jié)果就比較完善了，如圖4.20所示。圖4.20渲染效果要得到更為精確的光能傳遞渲染結(jié)果，一般可以通過加大模型的網(wǎng)格細(xì)分來實(shí)現(xiàn)，或者通過光能傳遞再聚集的方式得到最佳的光能傳遞結(jié)果，如圖4.21所示。

“每采樣光線數(shù)”的值控制著再聚集計(jì)算的取樣，其值越高效果會(huì)越好，計(jì)算時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。“過濾器半徑”的值控制著場(chǎng)景中的黑斑模糊，在使用再聚集算法后，過濾值將不會(huì)起作用，需要通過過濾器半徑的值來處理場(chǎng)景黑斑。圖4.21“渲染參數(shù)”設(shè)置

4.5應(yīng)用案例

圖4.22測(cè)試場(chǎng)景圖4.23創(chuàng)建燈光

(3)打開“目標(biāo)聚光燈參數(shù)”面板，調(diào)整參數(shù)，勾選“常規(guī)參數(shù)”面板下的“陰影”啟用選項(xiàng)，開啟陰影，并將陰影類型設(shè)置為“高級(jí)光線跟蹤”方式，如圖4.24所示。

(4)點(diǎn)擊按鈕進(jìn)行渲染，看到陰影和暗面的地方比較黑，我們需要繼續(xù)調(diào)節(jié)燈光參數(shù)使陰影正常，如圖4.25所示。圖4.24聚光燈陰影圖4.25渲染效果

(5)給場(chǎng)景添加一個(gè)天光光源，并打開“高級(jí)照明光跟蹤器”，設(shè)置一個(gè)比較低的渲染參數(shù)，如圖4.26所示。

(6)再次渲染，陰影的地方不是全黑了，但是場(chǎng)景明顯曝光，如圖4.27所示。圖4.26天光照明圖4.27渲染效果

(7)曝光是由于主燈和天光強(qiáng)度參數(shù)過高造成的，適當(dāng)調(diào)節(jié)燈光的強(qiáng)度參數(shù)，使場(chǎng)景亮度正常，如圖4.28所示。

(8)選擇場(chǎng)景中的主光源——目標(biāo)聚光燈，打開“強(qiáng)度/顏色/衰減”卷展欄，將燈光的顏色設(shè)置為淡黃色，如圖4.29所示。

(9)參數(shù)調(diào)整完畢，點(diǎn)擊再次渲染，如圖4.30所示。圖4.28渲染效果圖4.29主光燈顏色圖4.30渲染效果圖4.31創(chuàng)建輔助燈光圖4.32輔助燈光參數(shù)

(12)一般情況下由一個(gè)主光源照明的場(chǎng)景，場(chǎng)景中的沒有被照到的面都會(huì)比較暗，我們可以通過補(bǔ)光的方法將暗面亮度提高。將泛光燈關(guān)聯(lián)復(fù)制三個(gè)并將其放置于圖中所示的位置。在建筑底下的泛光燈主要用于照亮場(chǎng)景的底面，燈光關(guān)聯(lián)復(fù)制有利于調(diào)節(jié)相同的參數(shù)，如圖4.33所示。

(13)除主光源外，將新添加的光源的色調(diào)都調(diào)節(jié)成偏冷的藍(lán)色，場(chǎng)景中不同位置的冷光源，其參數(shù)是不一樣的，強(qiáng)度、顏色等參數(shù)要根據(jù)分布的位置調(diào)節(jié)。2號(hào)泛光燈(上視圖左邊)冷色調(diào)減淡，強(qiáng)度減小，3號(hào)泛光燈(上視圖下方)冷色調(diào)加強(qiáng)，強(qiáng)度加大，渲染如圖4.34所示。圖4.33創(chuàng)建輔助燈光圖4.34渲染效果

(14)根據(jù)場(chǎng)景的需要可以微調(diào)各個(gè)燈光的參數(shù)，同時(shí)通過渲染觀察燈光效果直至完美。調(diào)整完成后打開“高級(jí)照明”面板，將光跟蹤器的參數(shù)調(diào)高，正式渲染，最終渲染效果如圖4.35所示。