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3DS MAX中的布光原则以及注意点（下）

2007-07-17 作者：admin 来源：深圳室内设计网浏览量：网友评论： 0 条

摘要： 想深入了解MAX的照明技术，就必须先了解MAX中灯光的工作原理。在MAX中，为了提高渲染速度，灯光是不带有辐射性质的。

MAX场景照明总论 　　

要想深入了解MAX的照明技术，就必须先了解MAX中灯光的工作原理。在MAX中，为了提高渲染速度，灯光是不带有辐射性质的。这是因为带有光能传递的灯光计算速度很慢，没感受过的朋友想一想光线追踪材质的运算速度就会明白。

也就是说，MAX中的灯光工作原理与自然界的灯光是有所不同的。如果要模拟自然界的光反射（如水面反光效果）、漫反射、辐射、光能传递、透光效果等特殊属性，就必须运用多种手段（不仅仅运用灯光手段，还可能是材质如光线追踪材质等）进行模拟。有人抱怨KINITEX公司为什么不使用类似LIGHTSCAPE软件模拟类似自然的照明系统，原因并不在于KINITEX公司没有掌握这门技术，而是MAX主要任务是面向动画制作的。大家都知道，LIGHTSCAPE中的灯光运算速度很慢，往往渲染一张图片需要很长时间（因此这个软件定位于照片级静态图渲染制作）。在动画制作中，一秒钟的动画就需要渲染20多张图片（NTSC式的为30帧/秒，PAL式的为25帧/秒，电影为24帧/秒，如果要保持流畅的动感则至少需要15帧/秒），一分钟就要渲染1000多张图片，那么你的等待将是无穷无尽的。好在MAX有很多第三方开发的外挂插件，在灯光方面比较优秀的插件有RADIOSITY、MENTAL RAY（大型“灯光效果+特殊明暗器+高质量渲染”插件）等可供用户选择。不过运算速度上有点差强人意。当然，如果你就渲染一张静态图片而不是做动画（如建筑效果图等），为了取得更好的效果与更方便的照明设置，等待一个小时也是可以的。MAX中的灯光最大优势在于运算速度，照明质量其实是不错的。只要设置得当，同样可以产生真实、令人信服的照明效果。

　　在MAX中，并不是所有的发光效果都是由灯光完成的。对于光源来说也可能是经由材质、视频后处理特效甚至是大气环境来模拟。萤火虫尾部的发光效果，用自发光材质来模拟恐怕是最为恰当的，火箭发射时尾部的火焰效果用大气环境中的燃烧装置来做效果也是不错的，而要模拟夜晚的霓虹灯特效，利用视频后处理中的发光（GLOW）特技来做则是个好主意。不过灯光作为在MAX三维场景中穿梭的使者，是MAX表现照明效果的最为重要手段。灯光作为MAX中一种特殊的对象，模拟的往往不是自然光源，灯光作为一种特殊的物体本身是不可见的，可见的是光照效果。如果场景内没有一盏灯光（包括隐含的灯光），那么所有的物体都是不可见的。不过MAX场景中存在着两盏默认的灯光，虽然一般情况下在场景中是不可见的，但是仍然担负着照亮场景的作用。一旦场景中建立了新的光源，默认的灯光将自动关闭。如果这时候场景中的灯光位置、亮度等不太理想，还赶不上默认灯光的效果。如果场景内所有灯光都被删除，默认的灯光又会被自动打开。默认灯光有一盏位于场景的左上方，另外一盏则位于场景的右下方。

　　在MAX中有五种基本类型的灯光，分别是泛光灯（OMNI）、目标聚光灯（TARGET SPOTLIGHT）、自由聚光灯（FREE SPOTLIGHT）、目标平行光（TARGET DIRECT）、自由平行光（FREE DIRECT）。另外在创建面板中的系统（SYSTEM）下，还有日光（SUN LIGHT）照明系统，其实是平行光的变种，一般在做室外建筑效果图时模拟日光。其实还有一种“环境光”（在“渲染/环境设置”对话框中可以设置)。环境光没有方向也没有光源，一般用来模拟光线的漫反射现象。环境光不宜亮度过大，否则会冲淡场景，造成对比度上不去而使场景黯然失色。有经验的人一般先把环境灯光亮度值设为0，在设置好其它灯光之后再做精细调整，往往能取得较好的照明效果。

　　MAX中的灯光默认情况下并不进行投影，但是可以根据需要设定成投影或不投影。阴影的质量、强度甚至颜色都是可调整的。如果要正确表示透明或半透明物体的阴影，请使用光线追踪（RAYTRACE）阴影方式。在不投影的情况下，MAX中的灯光是具有穿透性的，楼房五层的灯光尽管有楼板阻隔去也可以照亮一层的地板。非常有趣的是，如果把灯光的“倍增器”（MULTIPLIER）的值设置成负数，还可以产生吸光或负光的效果，可以产生某种颜色的补色效果（对与白色来说则是黑色）。在室内建筑效果图内通常来模拟光线分布不均匀的现象，或人为地把亮度大的物体表面“照黑”。如果动态变化灯光的亮度与倍增器的值，甚至还可以模拟闪电瞬间照明效果。MAX中灯光还有一个重要的功能是能够通过“排除”（EXCLUDE）功能来指定灯光对哪些物体或不对那些物体施加影响（照明与投影两个方面），从而优化渲染速度或创造特殊效果，学习者千万不可忽视。

　　请记住MAX中灯光的两个原则。第一，灯光与物体距离越远，照亮的范围就越大，反之亦然。而对于一个物体来说，某一灯光与它表面所呈夹角（其实是入射角）越小，它的表面显得越暗；夹角越大则表面越亮。这跟太阳光与地面的关系很近似。如果一个灯光与一个平面（如地面）距离很远且与这个平面呈直角照射时，则照明效果是很均匀的。而如果同样的光光放得太近，则由于接触表面的光线角度会有很大的变化，会产生一个“光池”（聚光区）。如果要使一盏灯光照亮尽量多的物体，请把把物体与灯光的距离拉大。而要使灯光把物体表面照得亮堂堂的，则还应该把灯光与物体表面的夹角调整得大些。有好多朋友在创建灯光的时候遇到了麻烦。不建立自己的灯光照明效果觉得还好，一旦建立了自己的灯光，发现场景中的物体全部暗淡下来。这是灯光与物体的距离、夹角没有设置好的原因。好多朋友不知道其中的奥妙，看到一盏灯还不够亮，再建一盏看看。结果一个简单的场景建立了10多盏灯以后场景中的照明更是显得非常奇怪。其实MAX场景照明理论与现实中摄影照明的理论非常相似。对于较小的区域来说，可以采用所谓的“三点照明”（主光+背光+辅光）的方式来解决照明问题。对与大的场面如礼堂内部效果图则可以把大的场景拆分成一个个较小的区域再利用“三点照明”的方法来解决照明问题。当然，针对不同情况进行灵活机动地处理有时能产生戏剧性的效果。另外要记住，尽量不要试图在透明图或摄象机中来创建灯光或移动灯光。

　　在MAX中，灯光都具有衰减的属性，不过默认的情况下灯光是没有衰减的。为了更好地模拟现实（现实世界中的光线都是具有衰减性质的，即距离越远，亮度越小直到最终消失），通常需要手工打开灯光的衰减性质。一方面可以指定灯光的影响范围，另一方面创造出的灯光效果非常具有现实感。对于泛光灯，衰减影响的只是照明的距离；而对与聚光灯或平行光来说，不仅可以指定灯光能照多远，还能指定光圈边缘的衰减效果。

　　默认的灯光是不带有任何颜色的。通过改变灯光的颜色，可以模拟出各种照明效果。例如要模拟彩灯或把模拟日出时的阳光，则要调整灯光的颜色。另外，灯光配合环境特效可以产生特殊的效果。例如配合环境中的体积光（VOLUME LIGHT）可以模拟舞台追光灯的效果，而泛光灯配合特效中的发光效果（GLOW）可以模拟普照大地的太阳。配合环境雾效（FOG）甚至还可以做出灯光穿过大雾的投影特效。

3dsmax 灯光技术基础 　　

你可能很少想到现实世界中光源是怎样起作用的，然而，当你在计算机图形世界创建灯光时，通常会花费很大力气和尝试来实现所需要的效果。三维软件可以随意创建任何类型灯光的自由PPP，有时反而使你在精巧的图像中创作逼真的外观十分困难。当你在特定的场景中难以实现灯光效果时，了解一些传统的灯光基础知识通常会有所帮助。

　　当你准备照亮一个场景时，应注意下面几个问题：

　　——场景中的环境是什么类型的？

　　场景灯光通常分为三种类型：自然光、人工光以及二者的结合。

　　具有代表PPP的自然光是太阳光。当使用自然光时，有其它几个问题需要考虑：现在是一天中的什么时间；天是晴空万里还是阴云密布；还有，在环境中有多少光反射到四周？

　　人工光几乎可以是任何形式。电灯、炉火或者二者一起照亮的任何类型的环境都可以认为是人工的。人工光可能是三种类型的光源中最普通的。你还需要考虑光线来自哪里，光线的质量如何。如果有几个光源，要弄清除哪一个是主光源？确定是否使用彩色光线也是重要的。几乎所有的光源都有一个彩色的色彩，而不是纯白色。

　　最后一种灯光类型是自然光和人工光的组合。在明亮的室外拍摄PPP时，摄影师和灯光师有时也使用反射镜或者辅助灯来缓和刺目的阴影。

　　——灯光的目的是什么？

　　换句话说，场景的基调和气氛是什么？在灯光中表达出一种基调，对于整个图像的外观是至关重要的。在一些情况下，唯一的目标是清晰地看到一个或几个物体，但通常并非如此，实际目标是相当复杂的。

　　灯光有助于表达一种情感，或引导观众的眼睛到特定的位置。可以为场景提供更大的深度，展现丰富的层次。因此，在为场景创建灯光时，你可以自问，要表达什么基调？你所设置的灯光是否增进了故事的情节？

　　——在场景中是否有特殊灯光效果，如果有，它们是应该用灯还是通过其他途径创建？

　　除了通常类型的灯光外，很多三维动画软件以白炽灯、立体光源和特殊材料属PPP的形式提供许多特殊效果。虽然严格说来，一些并不属于灯的类型，在场景中，它们通常在可见光效果的外观上再添加进来。一个简单的例子是可见光源的闪耀或发光。由于这些效果在3D中不能自动产生，你需要在渲染中专门把它们包括进来，并且考虑他们的外观和长处。

　　——是否有创作来源的参考资料？

　　在创作逼真的场景时，应当养成从实际照片和PPP中取材的习惯。好的参考资料可以提供一些线索，让你知道特定物体和环境在一天内不同时间或者在特定条件下看起来是怎样的。

　　通过认真分析一张照片中高光和阴影的位置，通常可以重新构造对图像起作用的光线的基本位置和强度。通过使用现有的原始资料来重建灯光布置，也可以学到很多知识。

　　在考虑了上面的问题后，将因场景不同而异，但是，有三种基本类型的光源：关键光、补充光和背景光，它们在一起协调运作。

　　——关键光

　　在一个场景中，其主要光源通常称为关键光。关键光不一定只是一个光源，但它一定是照明的主要光源。同样，关键光未必像点光源一样固定于一个地方。

　　虽然点光源通常放在四分之三的位置上（从物体的正面转45度，并从中心线向上转45度，这一位置很多时候被当作定势使用），但根据具体场景的需要，也可来自物体的下面或后面，或者其他任何位置。关键光通常是首先放置的光源，并且使用它在场景中创建初步的灯光效果。

　　虽然最初的放置为照亮物体提供了一个好的方法，但是，得到的结果确实是单调而无趣的图像。阴影通常很粗糙且十分明显。同样，场景看起来总是太暗，因为没有自然的环境光来加亮阴影区域。这种情况在特定的场景中是很有用的，例如夜晚场景，但是，对大多数画面来说，就显得有些不合适了。

——补充光　　

补充光用来填充场景的黑暗和阴影区域。关键光在场景中是最引人注意的光源，但补充光的光线可以提供景深和逼真的感觉。

　　比较重要的补充光来自天然漫反射，这种类型的灯光通常称为环境光。这种类型的光线之所以重要，部分原因是它提高了整个场景的亮度。不幸的是，大多数渲染器的环境光统一地应用于整个场景。减低了场景的整体黑暗程度，它淘汰掉了一些可能的特PPP，不能对照亮的物体上的任何光亮和阴影进行造型，这是使场景看起来不逼真的主要原因。

　　模拟环境光的更好的方法是，在场景中把低强度的聚光灯或泛光灯放置在合理的位置上。这种类型的辅助光应当减少阴影区域，并向不能被关键光直接照射的下边和角落补充一些光线。

　　除了场景中的天然散射光或者环境光之外，补充光用来照亮太暗的区域或者强调场景的一些部位。它们可以放置在关键光相对的位置，用以柔化阴影。

　　——背景光

　　背景光通常作为“边缘光”，通过照亮对象的边缘将目标对象从背景中分开。它经常放置在四分之三关键光的正对面，它对物体的边缘起作用，引起很小的反射高光区。如果3D场景中的模型由很多小的圆角边缘组成，这种高光可能会增加场景的可信PPP。

　　——其他类型的光源

　　实际光源是那些在场景中实际出现的照明来源。台灯、汽车前灯、闪电和野外燃烧的火焰都是潜在的光源。

　　在为场景设置灯光以后，还有一些其他因素需要考虑。

——我的解决方法简单而必要吗？

　　场景中的灯光与真正的灯光不同，它需要在渲染时间上多花功夫，灯光设置越复杂，渲染所花费的时间越多，灯光管理也会变得越难。你应当自问，每一种灯光对正在制作的外观是否十分必要　　当增加光源时，自然会减少反射点。在一些点，增加光源不会对场景的外观有所改善，并且将变得很难区分所增加光源的价值。你可以尝试独立察看每一个光源，来衡量它对场景的相对价值。如果对它的作用有所怀疑，就删除它。

　　——有些物体是否需要从光源中排除？

　　从一些光源中排除一个物体，在渲染的时候，便可以节约时间。

　　这个原则对于制作阴影也是正确的。场景中的每一个光源都用来制作阴影，这种情况是很少见的。制作阴影可能是十分昂贵的（尤其是光线跟踪阴影的情况下），并且有时对最终图像是有害的　　

——用贴图效果而不用实际光源能够模拟任何灯光吗？

　　建筑物光源、照亮的显示器和其他独立的小组合光源，有时可以用贴图创建，而不使用实际光源。

　　——是否可以使用一些技巧使场景更真实？

　　比如，为光源添加颜色或贴图，可能可以很简单的使场景取得较好的气氛。

　　在3DS MAX中，灯光的设置可以说是至关重要，它直接关系到最后作品的效果，同时也是一个难点，现将本人对主灯光设置的一些看法与大家分享。

主灯光可以放置在场景中的任何地方，但实际应用中有几个经常放置主灯光的位置，而且每个位置都有其渲染物体的独特方式，下面我们来分别介绍。　　

1、 FRONT（前向）照明：

　　在摄象机旁边设置主灯光会得到前向照明，实际的灯光位置可能比摄象机的位置要高一些并且偏向一些。前向照明产生的是平面型图象和扁平的阴影，由于灯光均匀照射在物体上并且离摄象机很近，所以得到的是一个二维图形，前向照明会最小化对象的纹理和体积，使用前向照明不需要进行灯光建模。

　　2、 BACK（后向）照明：

　　将主灯光放置在对象的后上方或正上方，强烈的高亮会勾勒出对象的轮廓，BACK照明产生的对比度能创建出体积和深度，在视觉上将前景从背景中分离出来。同时经过背后照明的对象有一个大的、黑色的阴影区域，区域中又有一个小的、强烈的高亮，强烈的背光有时用于产生精神上的表现效果，随着发生过滤和漫射网的使用，物体周围的明亮效果更强了，这种技术因为其对形态的提取而常用来产生神秘和戏剧PPP的效果。

　　3、 SIDE（侧向）照明：

　　侧向照明是将主灯光沿对象侧面成90度放置，包括左侧放置和右侧放置，侧向照明强调的是对象的纹理和对象的形态，在侧向照明中，对象的某一侧被完全照射，而另一侧处于黑暗中。侧向照明属于高对比度的硬照明，最适合于宽脸或圆脸，因为光线使脸的宽度变小并不显示脸的圆形轮廓，主要用于产生内心的表现和影响，侧向照明也会导致相应变形，因为脸部不是严格对称的。

　　4、 REMBRANDT照明：

　　REMBRANDT照明是将主灯光放置在摄象机的侧面，让主灯光照射物体，也叫3/4照明、1/4照明或45度照明。在REMBRANDT照明中，主灯光的位置通常位于人物的侧上方45度的位置，并按一定的角度对着物体，因此又叫高侧位照明，当主灯光位于侧上方时，REMBRANDT照明模拟的是早上或下午后期的太阳位置，主灯光在这种位置是绘画和摄影中常用的典型位置，被照射后的物体呈三维形状并可以完全显现轮廓。

　　5、 BROAD（加宽）照明：

　　加宽照明是REMBRANDT照明的变体，起变化包括位置的变化和照射出比3/4脸部更宽的区域，主灯光以和摄象机同样的方向照射物体，加宽照明通常用于窄脸形拉长和加宽，加宽照明不适合于圆脸和宽脸，因为灯光位置使脸部扩大。

　　6、 SHORT（短缩）照明：

　　短缩照明是与BROAD 照明相对的照明方法，在这种照明中主灯光的位置是从较远处照射3/4脸部区域的侧面，因为照射的是脸部的一个狭窄的区域，所以叫SHORT照明，因为短缩照明通过宽的侧面添加阴影，使脸部看起来尖瘦，所以短缩照明最适合于圆脸或宽脸型。

　　7、 TOP（顶部）照明：

　　在顶部照明中，主灯光位于对象的上方，也可以放置在侧上方，但是光的方向要通过顶部。顶部照明类似于中午的太阳，顶部照明会在对象上形成深度阴影，同时被照射的侧面很光滑，他不能用于圆脸对象，因为顶部照明会使对象的脸部加宽。

　　8、 UNDER或DOWN（下部）照明：

　　是将主灯光放置在对象的下方，下部照明一般向上指向物体以照明物体的下部区域，产生一种奇异的神秘的隐恶的感觉。

　　9、 KICKER照明：

　　KICKER照明有两种主灯光放置位置，一种位于物体的上方，一种位于物体的后面，当这两个主灯光照到物体的侧面时，物体的脸部处于阴影之中，然后该阴影区域在被反射光照亮，KICKER照明用于创建物体的高度轮廓。

　　10、 RIM照明：

　　RIM照明设置主灯光于物体的后面并稍稍偏离物体一段距离以创建一种光线轻拂物体表面的特殊效果，主灯光来自物体的后面，创建的是一个显示物体轮廓的亮边，同时相对的处于阴影之中，RIM照明通常将灯光放置在和物体相同的高度，并且设置其具有更强的亮度，RIM照明用于强调对象的形状和轮廓的场合。

　　对于初学者来说，灯光是一个最难以量化最没有定数的难题。网上有大量的灯光教程。可是多半是针对参数的，要不然就是最简单的三点布光。可是这并不实用。在这个论坛里我们已经探讨过最基本的三点布光，接着又尝试了一下新的光度学灯光的运用。光度学灯光加上光能传递效果的确很好，但是有些情况下会出现一些问题。比如墙角的光线居然比墙面要亮(当然细致的调节可以避免)。我们这次要做的是重新来看一看基本的灯光的运用，运用得当也能取得优异的效果。

这里我们先看一些和阴影有关的东西，然后实际的照亮一个场景，最后说一点特效方面的东西，并实际完成一个发光的五角星。这个论坛里经常有人问到光晕效果和霓虹灯的做法，还不会的朋友可以参考。最后再啰嗦两句，芥子不是灯光专家，只是一个玩家。

在文章里灯光模拟上也简化了，都是一概用一个泛光灯简单模拟，只是表达一个思路。实际运用时可以尝试其他灯型或者灯光阵。

　　说光线，就离不开说影子。我们先解决一下影子的问题。我现在右手边是电脑主机，再右方是一盏台灯，中间放着一本书，但是书的影子并不是边缘生硬的一个规则形状，这是由于电脑主机的反光，墙壁的反光都在影响着它。可以看出，不同的光线产生的投影是不同的。看看max都给我们提供了什么样的投影调节参数。我并不打算把参数面板的含义全部解释一边，只是说一说运用。

　　第一，颜色和浓度。相应的位置在shadow Parameters(阴影参数下)color和dens。这两个参数平时不被人重视，但是我们确实可以用它来模拟一些诸如玻璃的投影，配合上贴图甚至可以实现焦散的效果。我这里做了一个例子。这个图运用的是基本灯光，默认渲染器，默认投影，渲染了18秒(TNT2 M64)。

　　第二，阴影贴图参数。这在使用shadow map时将可以调节。我们看两个常用的参数，size和range。

　　SIZE值越大阴影越锐利清晰，Sample Range值越大，边缘越柔和。实际运用中，主光的投影往往需要一个高的size值，而模拟的反射光，则需要一个柔和的边缘，和模糊的影子。当SIZE值较大，sample执教小时，阴影清晰可以模拟光影追踪模式的影子，但速度更快。

　　好了，说完影子，我们来照亮一个场景吧。

　　这个场景很简单，天窗的材质是用棋盘格做的,U向重复100，V向重复0.001，偏移2.0，然后diffuse和opacity各贴一个就行了。其他没有什么特别的地方。现在开始照亮它。

我们最关心的是主光。这个场景里作为主要照明来源的理所当然是窗外的环境光。首先阳光，用一个目标平行光模拟它，强度设高一些,我设的是2.0，灯光颜色该成黄色，模拟阳光的色彩。打开投影。从天窗穿入。用raytrace的投影模式，给它一个清晰的投影。渲染看一下，真实的投影效果，是不是让你很有成就感？(注意：raytrace投影速度慢，而且不能正常表现体光效果，但是要投影透明通道，必须用它)。

然后是天光，用一盏泛光灯放在小楼正上方，远一些，强度约有阳光的一半，颜色设为淡蓝。排除掉天窗，直接照射进房间。现在场景已经亮了，但还差很远。

　　首先，地面。用一盏泛光灯放在地面被阳光照射的位置，稍微提高一点。我们是模拟漫反射，所以关上高光。另外把地板自身排除光照，以免过亮。现在还有两个问题，亮度和颜色。我们都知道，反射光的强度和反射介质有关，没有一定的量。柔软粗糙的物体反射看上去要弱一些，而光滑坚硬的相反。这里的亮度设为主光的1/4到1/5就可以了。反射光经反射介质反射后，由于反射介质对某些波长的广进行吸收，所以反射光带有了反射面的颜色。注意一下光线颜色的设定（这里很简单，白的）。另外请注意打开衰减，这是模拟自然光所必需的。far attenuation里设置衰减，start设定为0，这样不会留下明显的圆形光斑。end调到外圆范围包含了整个场景就可以了。渲染。