《篇燈光環(huán)境和渲染》課件

燈光環(huán)境和渲染課程大綱燈光渲染的基本概念光線傳播、光源類型、材質(zhì)反射模型陰影類型及生成硬陰影、軟陰影、陰影貼圖、體積光全局光照輻射度、光子映射、輻射度緩存、路徑追蹤渲染引擎簡介UnrealEngine、Unity、Arnold、Redshift、Octane燈光渲染的基本概念模擬真實(shí)世界燈光渲染利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)模擬真實(shí)世界中光的行為。光線交互模擬光線與物體表面的交互，包括反射、折射、散射等。渲染圖像將模擬后的光線信息轉(zhuǎn)化為圖像，呈現(xiàn)逼真的視覺效果。光的傳播原理1直線傳播光在均勻介質(zhì)中沿直線傳播2反射光遇到不同介質(zhì)的界面發(fā)生改變方向3折射光線從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)發(fā)生偏折光源的類型及特點(diǎn)1環(huán)境光模擬均勻照射，提供基礎(chǔ)亮度。2定向光來自特定方向的光，如太陽光。3點(diǎn)光源從一點(diǎn)向四周輻射光，如燈泡。4聚光燈具有特定方向和范圍的光，如手電筒。環(huán)境光柔和的光照環(huán)境光模擬來自環(huán)境的漫射光，使場景更加柔和自然。均勻照明環(huán)境光為場景提供一種均勻的整體照明，避免物體過于黑暗。環(huán)境色調(diào)環(huán)境光可以用來營造場景的整體色調(diào)，例如日出、日落或夜晚。定向光模擬太陽光,從一個(gè)方向照射到場景中,光線平行傳播,亮度均勻。常用于室外場景，例如白天室外光線，可以模擬陽光照射的效果?？梢酝ㄟ^調(diào)整方向和強(qiáng)度來模擬不同時(shí)間段的光照效果。點(diǎn)光源無方向性點(diǎn)光源向各個(gè)方向均勻地發(fā)出光線，沒有特定的方向。衰減點(diǎn)光源的光線強(qiáng)度會隨著距離的增加而衰減，模擬真實(shí)世界中光線的衰減效果。應(yīng)用場景常用于模擬燈泡、燭光、火焰等光源，也可以用于創(chuàng)建氛圍光。聚光燈特點(diǎn)聚光燈，一種模擬真實(shí)世界中手持聚光燈的效果，可以用來照亮特定區(qū)域，產(chǎn)生強(qiáng)烈光束。應(yīng)用聚光燈通常用來照亮主體，創(chuàng)造戲劇性的光影效果，提升場景的視覺沖擊力?？刂凭酃鉄艨梢酝ㄟ^調(diào)整光束角度、衰減距離和光源顏色等參數(shù)，來實(shí)現(xiàn)不同的光照效果。材質(zhì)反射模型漫反射光線均勻散射，沒有方向性，呈現(xiàn)出啞光效果。鏡面反射光線以鏡面角度反射，呈現(xiàn)出高光效果。折射光線穿過材質(zhì)，發(fā)生彎曲，呈現(xiàn)出透明或半透明效果。Blinn-Phong反射模型Blinn-Phong模型Blinn-Phong模型是一種常見的反射模型，它將光線反射分為漫反射和鏡面反射。算法特點(diǎn)該模型簡單高效，廣泛應(yīng)用于游戲和實(shí)時(shí)渲染中，因?yàn)樗梢阅M出逼真的光照效果。Cook-Torrance反射模型微表面模型Cook-Torrance模型基于微表面理論，認(rèn)為物體表面是由許多微小的表面組成，這些微表面之間存在不規(guī)則的間隙。鏡面反射該模型考慮了光線在微表面上的鏡面反射，并通過計(jì)算微表面法線分布、菲涅爾反射和幾何衰減因子來模擬光線反射。漫反射Cook-Torrance模型也考慮了漫反射，但通常使用其他模型來計(jì)算漫反射光線。陰影類型及生成硬陰影清晰、銳利的陰影，光源邊緣分明，通常由點(diǎn)光源產(chǎn)生。軟陰影模糊、柔和的陰影，光源邊緣不清晰，通常由面積光源產(chǎn)生。陰影貼圖通過預(yù)先計(jì)算的陰影圖，高效地模擬陰影效果。硬陰影1清晰邊界硬陰影具有清晰的邊界，這是由于光線直接照射到物體上，沒有被其他物體或環(huán)境因素散射。2光源大小硬陰影通常是由小尺寸的光源產(chǎn)生的，例如太陽或點(diǎn)光源。3對比度硬陰影與周圍環(huán)境的對比度很高，營造出強(qiáng)烈的明暗對比效果。軟陰影光線漫射軟陰影由光源的漫射光線形成，光線穿過物體邊緣，在物體周圍形成柔和的陰影。模糊邊界軟陰影的邊界模糊，不像硬陰影那樣清晰銳利，使物體邊緣更自然柔和。陰影貼圖預(yù)先計(jì)算陰影貼圖是一種預(yù)先計(jì)算陰影的方法，并將陰影信息存儲在紋理中。紋理映射在渲染時(shí)，將光源信息與陰影貼圖進(jìn)行比較，從而模擬陰影效果。效率提升陰影貼圖可以提高渲染效率，減少對陰影的實(shí)時(shí)計(jì)算。體積光光在介質(zhì)中的傳播體積光模擬光線在空氣、水或霧等介質(zhì)中的傳播和散射效果，使場景更具真實(shí)感和深度。渲染效果體積光能夠呈現(xiàn)出光束、霧氣、煙塵等自然現(xiàn)象，為場景增添層次感和氛圍感。全局光照真實(shí)感渲染模擬現(xiàn)實(shí)世界中光線在場景中的傳播和相互作用，創(chuàng)造更逼真的視覺效果。間接光照考慮光線從物體表面反射或折射后，到達(dá)其他物體表面的情況。全局照明技術(shù)輻射度、光子映射、輻射度緩存、路徑追蹤等方法用于計(jì)算全局光照效果。輻射度計(jì)算原理輻射度方法模擬光線在場景中的傳播和反射，通過計(jì)算每個(gè)表面接收和發(fā)射的光能來獲得最終的渲染結(jié)果。它是一種基于物理的渲染技術(shù)，可以產(chǎn)生逼真的光照效果。優(yōu)勢輻射度方法可以有效地處理間接光照，并產(chǎn)生柔和的陰影和自然的光照效果。光子映射光子追蹤光子映射是一種基于路徑追蹤的渲染技術(shù)，它模擬了光線在場景中的傳播方式。光子地圖通過追蹤光子路徑，光子映射構(gòu)建了一個(gè)“光子地圖”，記錄了光線在場景中的分布情況。渲染效果利用光子地圖，渲染器可以更精確地模擬光線照射到物體表面的效果，產(chǎn)生更逼真的渲染結(jié)果。輻射度緩存高效渲染輻射度緩存是一種高效的渲染技術(shù)，它可以減少渲染時(shí)間并提高圖像質(zhì)量。間接光照它能夠準(zhǔn)確地模擬間接光照，例如在房間內(nèi)，光線從墻壁和天花板反射到物體上。路徑追蹤1光線追蹤從相機(jī)出發(fā)，模擬光線經(jīng)過場景中的物體，最終到達(dá)人眼。2反向追蹤從人眼出發(fā)，模擬光線經(jīng)過場景中的物體，最終到達(dá)光源。3隨機(jī)采樣在每次光線追蹤過程中，隨機(jī)選擇光線方向和顏色。渲染引擎簡介渲染引擎是將3D模型、材質(zhì)、燈光和相機(jī)信息轉(zhuǎn)換為2D圖像的軟件。它們在電影、游戲和建筑可視化等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。UnrealEngine廣泛用于游戲開發(fā)電影和動(dòng)畫制作建筑可視化Unity跨平臺支持Unity可用于創(chuàng)建適用于多種平臺的游戲，包括移動(dòng)設(shè)備、PC、主機(jī)和VR/AR。強(qiáng)大的工具Unity提供了廣泛的工具，幫助開發(fā)人員創(chuàng)建高質(zhì)量的游戲，包括模型、材質(zhì)和動(dòng)畫?；钴S的社區(qū)Unity擁有一個(gè)龐大的用戶社區(qū)，為開發(fā)者提供了豐富的資源和支持。ArnoldArnold渲染器以其高質(zhì)量的渲染結(jié)果而聞名，它可以生成高度逼真的圖像。Arnold渲染器擁有較高的渲染速度，可以有效地處理復(fù)雜場景。Arnold渲染器支持多種3D軟件，例如Maya、3dsMax和Houdini，并具有靈活的設(shè)置和選項(xiàng)。Redshift基于物理的渲染Redshift采用基于物理的渲染技術(shù)，旨在模擬真實(shí)世界的照明和材質(zhì)。高性能渲染Redshift是為速度和效率而設(shè)計(jì)的，可加速渲染過程并提高生產(chǎn)力。廣泛兼容Redshift與多個(gè)3D建模和動(dòng)畫軟件兼容，例如Cinema4D、Maya和Houdini。Octane高性能渲染引擎Octane是一個(gè)基于GPU的渲染引擎，專門為快速渲染和高質(zhì)量圖像設(shè)計(jì)。支持多種格式它支持各種格式的3D模型和紋理，并提供廣泛的材料和燈光選項(xiàng)。