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3DS MAX中的布光原則以及注意點（下）

2007-07-17 作者：admin 來源：深圳室內設計網瀏覽量：網友評論： 0 條

摘要： 想深入了解MAX的照明技術，就必須先了解MAX中燈光的工作原理。在MAX中，為了提高渲染速度，燈光是不帶有輻射性質的。

MAX場景照明總論 　　

要想深入了解MAX的照明技術，就必須先了解MAX中燈光的工作原理。在MAX中，為了提高渲染速度，燈光是不帶有輻射性質的。這是因為帶有光能傳遞的燈光計算速度很慢，沒感受過的朋友想一想光線追蹤材質的運算速度就會明白。

也就是說，MAX中的燈光工作原理與自然界的燈光是有所不同的。如果要模擬自然界的光反射（如水面反光效果）、漫反射、輻射、光能傳遞、透光效果等特殊屬性，就必須運用多種手段（不僅僅運用燈光手段，還可能是材質如光線追蹤材質等）進行模擬。有人抱怨KINITEX公司為什么不使用類似LIGHTSCAPE軟件模擬類似自然的照明系統，原因并不在于KINITEX公司沒有掌握這門技術，而是MAX主要任務是面向動畫制作的。大家都知道，LIGHTSCAPE中的燈光運算速度很慢，往往渲染一張圖片需要很長時間（因此這個軟件定位于照片級靜態圖渲染制作）。在動畫制作中，一秒鐘的動畫就需要渲染20多張圖片（NTSC式的為30幀/秒，PAL式的為25幀/秒，電影為24幀/秒，如果要保持流暢的動感則至少需要15幀/秒），一分鐘就要渲染1000多張圖片，那么你的等待將是無窮無盡的。好在MAX有很多第三方開發的外掛插件，在燈光方面比較優秀的插件有RADIOSITY、MENTAL RAY（大型“燈光效果+特殊明暗器+高質量渲染”插件）等可供用戶選擇。不過運算速度上有點差強人意。當然，如果你就渲染一張靜態圖片而不是做動畫（如建筑效果圖等），為了取得更好的效果與更方便的照明設置，等待一個小時也是可以的。MAX中的燈光最大優勢在于運算速度，照明質量其實是不錯的。只要設置得當，同樣可以產生真實、令人信服的照明效果。

　　在MAX中，并不是所有的發光效果都是由燈光完成的。對于光源來說也可能是經由材質、視頻后處理特效甚至是大氣環境來模擬。螢火蟲尾部的發光效果，用自發光材質來模擬恐怕是最為恰當的，火箭發射時尾部的火焰效果用大氣環境中的燃燒裝置來做效果也是不錯的，而要模擬夜晚的霓虹燈特效，利用視頻后處理中的發光（GLOW）特技來做則是個好主意。不過燈光作為在MAX三維場景中穿梭的使者，是MAX表現照明效果的最為重要手段。燈光作為MAX中一種特殊的對象，模擬的往往不是自然光源，燈光作為一種特殊的物體本身是不可見的，可見的是光照效果。如果場景內沒有一盞燈光（包括隱含的燈光），那么所有的物體都是不可見的。不過MAX場景中存在著兩盞默認的燈光，雖然一般情況下在場景中是不可見的，但是仍然擔負著照亮場景的作用。一旦場景中建立了新的光源，默認的燈光將自動關閉。如果這時候場景中的燈光位置、亮度等不太理想，還趕不上默認燈光的效果。如果場景內所有燈光都被刪除，默認的燈光又會被自動打開。默認燈光有一盞位于場景的左上方，另外一盞則位于場景的右下方。

　　在MAX中有五種基本類型的燈光，分別是泛光燈（OMNI）、目標聚光燈（TARGET SPOTLIGHT）、自由聚光燈（FREE SPOTLIGHT）、目標平行光（TARGET DIRECT）、自由平行光（FREE DIRECT）。另外在創建面板中的系統（SYSTEM）下，還有日光（SUN LIGHT）照明系統，其實是平行光的變種，一般在做室外建筑效果圖時模擬日光。其實還有一種“環境光”（在“渲染/環境設置”對話框中可以設置)。環境光沒有方向也沒有光源，一般用來模擬光線的漫反射現象。環境光不宜亮度過大，否則會沖淡場景，造成對比度上不去而使場景黯然失色。有經驗的人一般先把環境燈光亮度值設為0，在設置好其它燈光之后再做精細調整，往往能取得較好的照明效果。

　　MAX中的燈光默認情況下并不進行投影，但是可以根據需要設定成投影或不投影。陰影的質量、強度甚至顏色都是可調整的。如果要正確表示透明或半透明物體的陰影，請使用光線追蹤（RAYTRACE）陰影方式。在不投影的情況下，MAX中的燈光是具有穿透性的，樓房五層的燈光盡管有樓板阻隔去也可以照亮一層的地板。非常有趣的是，如果把燈光的“倍增器”（MULTIPLIER）的值設置成負數，還可以產生吸光或負光的效果，可以產生某種顏色的補色效果（對與白色來說則是黑色）。在室內建筑效果圖內通常來模擬光線分布不均勻的現象，或人為地把亮度大的物體表面“照黑”。如果動態變化燈光的亮度與倍增器的值，甚至還可以模擬閃電瞬間照明效果。MAX中燈光還有一個重要的功能是能夠通過“排除”（EXCLUDE）功能來指定燈光對哪些物體或不對那些物體施加影響（照明與投影兩個方面），從而優化渲染速度或創造特殊效果，學習者千萬不可忽視。

　　請記住MAX中燈光的兩個原則。第一，燈光與物體距離越遠，照亮的范圍就越大，反之亦然。而對于一個物體來說，某一燈光與它表面所呈夾角（其實是入射角）越小，它的表面顯得越暗；夾角越大則表面越亮。這跟太陽光與地面的關系很近似。如果一個燈光與一個平面（如地面）距離很遠且與這個平面呈直角照射時，則照明效果是很均勻的。而如果同樣的光光放得太近，則由于接觸表面的光線角度會有很大的變化，會產生一個“光池”（聚光區）。如果要使一盞燈光照亮盡量多的物體，請把把物體與燈光的距離拉大。而要使燈光把物體表面照得亮堂堂的，則還應該把燈光與物體表面的夾角調整得大些。有好多朋友在創建燈光的時候遇到了麻煩。不建立自己的燈光照明效果覺得還好，一旦建立了自己的燈光，發現場景中的物體全部暗淡下來。這是燈光與物體的距離、夾角沒有設置好的原因。好多朋友不知道其中的奧妙，看到一盞燈還不夠亮，再建一盞看看。結果一個簡單的場景建立了10多盞燈以后場景中的照明更是顯得非常奇怪。其實MAX場景照明理論與現實中攝影照明的理論非常相似。對于較小的區域來說，可以采用所謂的“三點照明”（主光+背光+輔光）的方式來解決照明問題。對與大的場面如禮堂內部效果圖則可以把大的場景拆分成一個個較小的區域再利用“三點照明”的方法來解決照明問題。當然，針對不同情況進行靈活機動地處理有時能產生戲劇性的效果。另外要記住，盡量不要試圖在透明圖或攝象機中來創建燈光或移動燈光。

　　在MAX中，燈光都具有衰減的屬性，不過默認的情況下燈光是沒有衰減的。為了更好地模擬現實（現實世界中的光線都是具有衰減性質的，即距離越遠，亮度越小直到最終消失），通常需要手工打開燈光的衰減性質。一方面可以指定燈光的影響范圍，另一方面創造出的燈光效果非常具有現實感。對于泛光燈，衰減影響的只是照明的距離；而對與聚光燈或平行光來說，不僅可以指定燈光能照多遠，還能指定光圈邊緣的衰減效果。

　　默認的燈光是不帶有任何顏色的。通過改變燈光的顏色，可以模擬出各種照明效果。例如要模擬彩燈或把模擬日出時的陽光，則要調整燈光的顏色。另外，燈光配合環境特效可以產生特殊的效果。例如配合環境中的體積光（VOLUME LIGHT）可以模擬舞臺追光燈的效果，而泛光燈配合特效中的發光效果（GLOW）可以模擬普照大地的太陽。配合環境霧效（FOG）甚至還可以做出燈光穿過大霧的投影特效。

3dsmax 燈光技術基礎 　　

你可能很少想到現實世界中光源是怎樣起作用的，然而，當你在計算機圖形世界創建燈光時，通常會花費很大力氣和嘗試來實現所需要的效果。三維軟件可以隨意創建任何類型燈光的自由PPP，有時反而使你在精巧的圖像中創作逼真的外觀十分困難。當你在特定的場景中難以實現燈光效果時，了解一些傳統的燈光基礎知識通常會有所幫助。

　　當你準備照亮一個場景時，應注意下面幾個問題：

　　——場景中的環境是什么類型的？

　　場景燈光通常分為三種類型：自然光、人工光以及二者的結合。

　　具有代表PPP的自然光是太陽光。當使用自然光時，有其它幾個問題需要考慮：現在是一天中的什么時間；天是晴空萬里還是陰云密布；還有，在環境中有多少光反射到四周？

　　人工光幾乎可以是任何形式。電燈、爐火或者二者一起照亮的任何類型的環境都可以認為是人工的。人工光可能是三種類型的光源中最普通的。你還需要考慮光線來自哪里，光線的質量如何。如果有幾個光源，要弄清除哪一個是主光源？確定是否使用彩色光線也是重要的。幾乎所有的光源都有一個彩色的色彩，而不是純白色。

　　最后一種燈光類型是自然光和人工光的組合。在明亮的室外拍攝PPP時，攝影師和燈光師有時也使用反射鏡或者輔助燈來緩和刺目的陰影。

　　——燈光的目的是什么？

　　換句話說，場景的基調和氣氛是什么？在燈光中表達出一種基調，對于整個圖像的外觀是至關重要的。在一些情況下，唯一的目標是清晰地看到一個或幾個物體，但通常并非如此，實際目標是相當復雜的。

　　燈光有助于表達一種情感，或引導觀眾的眼睛到特定的位置。可以為場景提供更大的深度，展現豐富的層次。因此，在為場景創建燈光時，你可以自問，要表達什么基調？你所設置的燈光是否增進了故事的情節？

　　——在場景中是否有特殊燈光效果，如果有，它們是應該用燈還是通過其他途徑創建？

　　除了通常類型的燈光外，很多三維動畫軟件以白熾燈、立體光源和特殊材料屬PPP的形式提供許多特殊效果。雖然嚴格說來，一些并不屬于燈的類型，在場景中，它們通常在可見光效果的外觀上再添加進來。一個簡單的例子是可見光源的閃耀或發光。由于這些效果在3D中不能自動產生，你需要在渲染中專門把它們包括進來，并且考慮他們的外觀和長處。

　　——是否有創作來源的參考資料？

　　在創作逼真的場景時，應當養成從實際照片和PPP中取材的習慣。好的參考資料可以提供一些線索，讓你知道特定物體和環境在一天內不同時間或者在特定條件下看起來是怎樣的。

　　通過認真分析一張照片中高光和陰影的位置，通常可以重新構造對圖像起作用的光線的基本位置和強度。通過使用現有的原始資料來重建燈光布置，也可以學到很多知識。

　　在考慮了上面的問題后，將因場景不同而異，但是，有三種基本類型的光源：關鍵光、補充光和背景光，它們在一起協調運作。

　　——關鍵光

　　在一個場景中，其主要光源通常稱為關鍵光。關鍵光不一定只是一個光源，但它一定是照明的主要光源。同樣，關鍵光未必像點光源一樣固定于一個地方。

　　雖然點光源通常放在四分之三的位置上（從物體的正面轉45度，并從中心線向上轉45度，這一位置很多時候被當作定勢使用），但根據具體場景的需要，也可來自物體的下面或后面，或者其他任何位置。關鍵光通常是首先放置的光源，并且使用它在場景中創建初步的燈光效果。

　　雖然最初的放置為照亮物體提供了一個好的方法，但是，得到的結果確實是單調而無趣的圖像。陰影通常很粗糙且十分明顯。同樣，場景看起來總是太暗，因為沒有自然的環境光來加亮陰影區域。這種情況在特定的場景中是很有用的，例如夜晚場景，但是，對大多數畫面來說，就顯得有些不合適了。

——補充光　　

補充光用來填充場景的黑暗和陰影區域。關鍵光在場景中是最引人注意的光源，但補充光的光線可以提供景深和逼真的感覺。

　　比較重要的補充光來自天然漫反射，這種類型的燈光通常稱為環境光。這種類型的光線之所以重要，部分原因是它提高了整個場景的亮度。不幸的是，大多數渲染器的環境光統一地應用于整個場景。減低了場景的整體黑暗程度，它淘汰掉了一些可能的特PPP，不能對照亮的物體上的任何光亮和陰影進行造型，這是使場景看起來不逼真的主要原因。

　　模擬環境光的更好的方法是，在場景中把低強度的聚光燈或泛光燈放置在合理的位置上。這種類型的輔助光應當減少陰影區域，并向不能被關鍵光直接照射的下邊和角落補充一些光線。

　　除了場景中的天然散射光或者環境光之外，補充光用來照亮太暗的區域或者強調場景的一些部位。它們可以放置在關鍵光相對的位置，用以柔化陰影。

　　——背景光

　　背景光通常作為“邊緣光”，通過照亮對象的邊緣將目標對象從背景中分開。它經常放置在四分之三關鍵光的正對面，它對物體的邊緣起作用，引起很小的反射高光區。如果3D場景中的模型由很多小的圓角邊緣組成，這種高光可能會增加場景的可信PPP。

　　——其他類型的光源

　　實際光源是那些在場景中實際出現的照明來源。臺燈、汽車前燈、閃電和野外燃燒的火焰都是潛在的光源。

　　在為場景設置燈光以后，還有一些其他因素需要考慮。

——我的解決方法簡單而必要嗎？

　　場景中的燈光與真正的燈光不同，它需要在渲染時間上多花功夫，燈光設置越復雜，渲染所花費的時間越多，燈光管理也會變得越難。你應當自問，每一種燈光對正在制作的外觀是否十分必要　　當增加光源時，自然會減少反射點。在一些點，增加光源不會對場景的外觀有所改善，并且將變得很難區分所增加光源的價值。你可以嘗試獨立察看每一個光源，來衡量它對場景的相對價值。如果對它的作用有所懷疑，就刪除它。

　　——有些物體是否需要從光源中排除？

　　從一些光源中排除一個物體，在渲染的時候，便可以節約時間。

　　這個原則對于制作陰影也是正確的。場景中的每一個光源都用來制作陰影，這種情況是很少見的。制作陰影可能是十分昂貴的（尤其是光線跟蹤陰影的情況下），并且有時對最終圖像是有害的　　

——用貼圖效果而不用實際光源能夠模擬任何燈光嗎？

　　建筑物光源、照亮的顯示器和其他獨立的小組合光源，有時可以用貼圖創建，而不使用實際光源。

　　——是否可以使用一些技巧使場景更真實？

　　比如，為光源添加顏色或貼圖，可能可以很簡單的使場景取得較好的氣氛。

　　在3DS MAX中，燈光的設置可以說是至關重要，它直接關系到最后作品的效果，同時也是一個難點，現將本人對主燈光設置的一些看法與大家分享。

主燈光可以放置在場景中的任何地方，但實際應用中有幾個經常放置主燈光的位置，而且每個位置都有其渲染物體的獨特方式，下面我們來分別介紹。　　

1、 FRONT（前向）照明：

　　在攝象機旁邊設置主燈光會得到前向照明，實際的燈光位置可能比攝象機的位置要高一些并且偏向一些。前向照明產生的是平面型圖象和扁平的陰影，由于燈光均勻照射在物體上并且離攝象機很近，所以得到的是一個二維圖形，前向照明會最小化對象的紋理和體積，使用前向照明不需要進行燈光建模。

　　2、 BACK（后向）照明：

　　將主燈光放置在對象的后上方或正上方，強烈的高亮會勾勒出對象的輪廓，BACK照明產生的對比度能創建出體積和深度，在視覺上將前景從背景中分離出來。同時經過背后照明的對象有一個大的、黑色的陰影區域，區域中又有一個小的、強烈的高亮，強烈的背光有時用于產生精神上的表現效果，隨著發生過濾和漫射網的使用，物體周圍的明亮效果更強了，這種技術因為其對形態的提取而常用來產生神秘和戲劇PPP的效果。

　　3、 SIDE（側向）照明：

　　側向照明是將主燈光沿對象側面成90度放置，包括左側放置和右側放置，側向照明強調的是對象的紋理和對象的形態，在側向照明中，對象的某一側被完全照射，而另一側處于黑暗中。側向照明屬于高對比度的硬照明，最適合于寬臉或圓臉，因為光線使臉的寬度變小并不顯示臉的圓形輪廓，主要用于產生內心的表現和影響，側向照明也會導致相應變形，因為臉部不是嚴格對稱的。

　　4、 REMBRANDT照明：

　　REMBRANDT照明是將主燈光放置在攝象機的側面，讓主燈光照射物體，也叫3/4照明、1/4照明或45度照明。在REMBRANDT照明中，主燈光的位置通常位于人物的側上方45度的位置，并按一定的角度對著物體，因此又叫高側位照明，當主燈光位于側上方時，REMBRANDT照明模擬的是早上或下午后期的太陽位置，主燈光在這種位置是繪畫和攝影中常用的典型位置，被照射后的物體呈三維形狀并可以完全顯現輪廓。

　　5、 BROAD（加寬）照明：

　　加寬照明是REMBRANDT照明的變體，起變化包括位置的變化和照射出比3/4臉部更寬的區域，主燈光以和攝象機同樣的方向照射物體，加寬照明通常用于窄臉形拉長和加寬，加寬照明不適合于圓臉和寬臉，因為燈光位置使臉部擴大。

　　6、 SHORT（短縮）照明：

　　短縮照明是與BROAD 照明相對的照明方法，在這種照明中主燈光的位置是從較遠處照射3/4臉部區域的側面，因為照射的是臉部的一個狹窄的區域，所以叫SHORT照明，因為短縮照明通過寬的側面添加陰影，使臉部看起來尖瘦，所以短縮照明最適合于圓臉或寬臉型。

　　7、 TOP（頂部）照明：

　　在頂部照明中，主燈光位于對象的上方，也可以放置在側上方，但是光的方向要通過頂部。頂部照明類似于中午的太陽，頂部照明會在對象上形成深度陰影，同時被照射的側面很光滑，他不能用于圓臉對象，因為頂部照明會使對象的臉部加寬。

　　8、 UNDER或DOWN（下部）照明：

　　是將主燈光放置在對象的下方，下部照明一般向上指向物體以照明物體的下部區域，產生一種奇異的神秘的隱惡的感覺。

　　9、 KICKER照明：

　　KICKER照明有兩種主燈光放置位置，一種位于物體的上方，一種位于物體的后面，當這兩個主燈光照到物體的側面時，物體的臉部處于陰影之中，然后該陰影區域在被反射光照亮，KICKER照明用于創建物體的高度輪廓。

　　10、 RIM照明：

　　RIM照明設置主燈光于物體的后面并稍稍偏離物體一段距離以創建一種光線輕拂物體表面的特殊效果，主燈光來自物體的后面，創建的是一個顯示物體輪廓的亮邊，同時相對的處于陰影之中，RIM照明通常將燈光放置在和物體相同的高度，并且設置其具有更強的亮度，RIM照明用于強調對象的形狀和輪廓的場合。

　　對于初學者來說，燈光是一個最難以量化最沒有定數的難題。網上有大量的燈光教程。可是多半是針對參數的，要不然就是最簡單的三點布光。可是這并不實用。在這個論壇里我們已經探討過最基本的三點布光，接著又嘗試了一下新的光度學燈光的運用。光度學燈光加上光能傳遞效果的確很好，但是有些情況下會出現一些問題。比如墻角的光線居然比墻面要亮(當然細致的調節可以避免)。我們這次要做的是重新來看一看基本的燈光的運用，運用得當也能取得優異的效果。

這里我們先看一些和陰影有關的東西，然后實際的照亮一個場景，最后說一點特效方面的東西，并實際完成一個發光的五角星。這個論壇里經常有人問到光暈效果和霓虹燈的做法，還不會的朋友可以參考。最后再啰嗦兩句，芥子不是燈光專家，只是一個玩家。

在文章里燈光模擬上也簡化了，都是一概用一個泛光燈簡單模擬，只是表達一個思路。實際運用時可以嘗試其他燈型或者燈光陣。

　　說光線，就離不開說影子。我們先解決一下影子的問題。我現在右手邊是電腦主機，再右方是一盞臺燈，中間放著一本書，但是書的影子并不是邊緣生硬的一個規則形狀，這是由于電腦主機的反光，墻壁的反光都在影響著它。可以看出，不同的光線產生的投影是不同的。看看max都給我們提供了什么樣的投影調節參數。我并不打算把參數面板的含義全部解釋一邊，只是說一說運用。

　　第一，顏色和濃度。相應的位置在shadow Parameters(陰影參數下)color和dens。這兩個參數平時不被人重視，但是我們確實可以用它來模擬一些諸如玻璃的投影，配合上貼圖甚至可以實現焦散的效果。我這里做了一個例子。這個圖運用的是基本燈光，默認渲染器，默認投影，渲染了18秒(TNT2 M64)。

　　第二，陰影貼圖參數。這在使用shadow map時將可以調節。我們看兩個常用的參數，size和range。

　　SIZE值越大陰影越銳利清晰，Sample Range值越大，邊緣越柔和。實際運用中，主光的投影往往需要一個高的size值，而模擬的反射光，則需要一個柔和的邊緣，和模糊的影子。當SIZE值較大，sample執教小時，陰影清晰可以模擬光影追蹤模式的影子，但速度更快。

　　好了，說完影子，我們來照亮一個場景吧。

　　這個場景很簡單，天窗的材質是用棋盤格做的,U向重復100，V向重復0.001，偏移2.0，然后diffuse和opacity各貼一個就行了。其他沒有什么特別的地方。現在開始照亮它。

我們最關心的是主光。這個場景里作為主要照明來源的理所當然是窗外的環境光。首先陽光，用一個目標平行光模擬它，強度設高一些,我設的是2.0，燈光顏色該成黃色，模擬陽光的色彩。打開投影。從天窗穿入。用raytrace的投影模式，給它一個清晰的投影。渲染看一下，真實的投影效果，是不是讓你很有成就感？(注意：raytrace投影速度慢，而且不能正常表現體光效果，但是要投影透明通道，必須用它)。

然后是天光，用一盞泛光燈放在小樓正上方，遠一些，強度約有陽光的一半，顏色設為淡藍。排除掉天窗，直接照射進房間。現在場景已經亮了，但還差很遠。

　　首先，地面。用一盞泛光燈放在地面被陽光照射的位置，稍微提高一點。我們是模擬漫反射，所以關上高光。另外把地板自身排除光照，以免過亮。現在還有兩個問題，亮度和顏色。我們都知道，反射光的強度和反射介質有關，沒有一定的量。柔軟粗糙的物體反射看上去要弱一些，而光滑堅硬的相反。這里的亮度設為主光的1/4到1/5就可以了。反射光經反射介質反射后，由于反射介質對某些波長的廣進行吸收，所以反射光帶有了反射面的顏色。注意一下光線顏色的設定（這里很簡單，白的）。另外請注意打開衰減，這是模擬自然光所必需的。far attenuation里設置衰減，start設定為0，這樣不會留下明顯的圓形光斑。end調到外圓范圍包含了整個場景就可以了。渲染。