作者：倪茜
出版社：电子工业出版社
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3ds max灯光渲染应用达人之路(含DVD光盘1张)(全彩)试读：
前言
3ds max功能强大，有很好的兼容性，能与多种渲染软件配合，并广泛应用于工业制造、影视娱乐、多媒体开发、游戏制作等领域。随着CG领域的飞速发展，很多大专院校已经设立了这门课程，社会上也逐步认可和使用三维软件进行图像设计。游戏娱乐、影视广告片头动画、效果图制作、多媒体、三维造型等制作都离不开3ds max软件。3ds max 2009这款软件已经融入了各种高级灯光和渲染插件，无论动画、静帧，还是虚拟现实，都能做得淋漓尽致，灯光渲染技术是CG领域较高难度的技术，因为其直接影响到场景的渲染效果和动画的真实效果。从经济方面来讲，CG制作的市场很广阔，利润大，见效快。另一方面，随着市场的完善，竞争日趋激烈。无人能超出优胜劣汰的自然规律，只有不断更新技术，力求做得更好，才会有更好的利润空间。掌握最新的技术，制作出更好的效果是本书的宗旨。许多初次接触效果图的爱好者或者从事效果图制作的设计人员，在看到一些高手们制作的精品效果图时，对于他们渲染出的逼真光影都感到十分羡慕。其实要做好效果图也并不是高不可攀的事。本书将向大家介绍一种快速掌握3ds max灯光系统的方法。首先要熟练掌握软件的应用，然后再来学习效果图的制作技法。在模仿大量的效果图经典范例中，来博众之长，补己之短，从实践演练中来总结经验，提升效果图制作水平。客观世界存在的一切物体，我们之所以能看到它们的形状、色彩、空间位置等，都是由于光照的结果。没有光就没有形。各种景物在不同的光照条件下，发生了微妙的变化，从而形成了多姿多彩的光影世界。用光决定艺术质量。光是艺术创作不可缺少的条件，很多艺术的基础就是光。效果图同样离不开用光，没有光我们就没办法把模型完美地表现出来。所以我们要不断地调节自己的眼力，训练自己观察光的能力。认识客观世界中的各种光影规律，正确运用光线，是我们做出写实级优秀作品的关键。光源主要分为两大类型：自然光和人工光，在本书中，笔者将带大家了解光源的一些主要特征。本书除了介绍3ds max的灯光和渲染设置方法外，还着重介绍了VRay 1.5p2渲染器的灯光和渲染设置。此外还详细介绍了VRay渲染器的灯光类型，以及渲染器的各个渲染参数的设置和如何能够渲染出逼真的效果。本书通过对很多经典和成功案例的深度解析，讲解了灯光设置的详细参数，以及渲染器的设置，使读者能够在较短的时间内掌握灯光和渲染技巧。关于光盘本书DVD光盘中包含了书中的所有实例场景和材质贴图，同时光盘中还提供了部分案例的视频教学录像，读者可以结合视频教程进行学习，使学习更加轻松。读者对象建筑设计、室内设计、环艺设计等相关专业的学生；建筑效果图设计从业人员；大专院校和社会培训机构。由于作者水平有限，书中难免出现错误和疏漏之处，望广大读者朋友包涵并指正。本书特别适合CG制作人员阅读，也适合相关专业的大、中专院校的学生作为参考书使用。参与本书编写的人员包括：黄海燕、李斌、刘正旭、杜娟、钱政娟、李澎、杨晓杰、蒋芳、马晓彤、刘波、贺海峰、吴淑莹、黄剑、薄海涛、倪茜。编 著 者联系方式咨询电话：（010） 88254160 88254161-67电子邮件：support@fecit.com.cn服务网址：http://www.fecit.com.cn http://www.fecit.net第1章3ds max灯光基础本章将介绍如何使三维艺术家通过应用灯光照明手法创造出照片般真实效果的理论知识。虽然本书使用3ds max来讲解这种技术，但是各个软件的照明原理是相似的，相信读者也可以触类旁通，将这些知识应用到任何一种3D软件之中。3ds max里的灯光主要是用来模拟真实光的，它要求使用者对3D原理有大概的了解。这里主要介绍自然光，当然也会多少提到人造光。本章的主题主要着眼于如何利用出色的打光技术来实现真实感的图像。首先介绍光的原理，然后我们再一步一步制作模拟灯光下的3D图像。1.1真实光理论灯光是制作三维图像时用于表现造型、体积和环境气氛的关键，我们在制作三维图像时，总希望建立的灯光能和真实世界相差无几。现实生活中，很多光照效果是我们非常熟悉的，正因为如此，我们对灯光不是很敏感，从而也降低了在三维世界中探索和模拟真实世界光照效果的能力。本章将介绍对光照的认知程度，从而帮助你在三维世界里成功模拟真实的照明理解能力。灯光为我们的视觉感官提供了基本的信息，通过摄像机的镜头，使物体的三维轮廓形象易于辨认。但灯光照明的功能远远不止于此，它还提供了满足视觉艺术需求的元素，它赋予了场景以生命和灵性，使场景中的气氛栩栩如生。在场景中，不同的灯光效果能够产生不同的情绪来影响你的感受，如快乐、悲伤、神秘、恐怖。这里面的变化是戏剧性的、微妙的。光线投射到物体上，为整个场面注入了浓浓的感情色彩，并且能够直观地反映到视图中。如图1.1所示，温暖柔和的灯光使整个画面产生了温馨的效果。设计、造型、表面处理、光、动画、渲染和后期处理，这些都是我们在做每一个项目时所涉及的大致流程。我所遇到的大部分制作人，都把主要精力放在了造型方面，其他方面费的心思就相对少了，而最受忽视的大概就是布光了。在场景中随意放上几盏灯，然后就依赖于软件和渲染器的渲染引擎，这样做只能产生一个不真实的图像。我们的目标是产生照片般真实感的图像，这就要求不但有好的造型，还要有好的贴图和好的布光。在三维软件里模拟太阳光是很难的，如图1.2所示。图1.1图1.2当然，那些专门模拟太阳光的人必须对自然光是如何反射、折射，色彩如何变化，如何在自然中改变强度十分了解才行。模拟自然光要求充分考虑所用光源的位置、强度和颜色。下面我们就从几个方面进行探讨。1．颜色光的颜色取决于光源。白色光由各种颜色组成。白色光在遇到障碍物时会改变颜色，当然不会变成白色也不会是黑色。如果遇到白色的物体，反射回来的是同样的光线。如果遇到黑色的物体，所有的光不管最初是什么颜色，都会被物体吸收，不会产生反射，所以当你看到一个全黑的物体时，你所看的黑颜色只是因为没有光从那个方向进入到你的眼睛。2．反射与折射完全反射只有在反射物绝对光滑时才能实现，如图1.3所示。图1.3现实中，不是所有的入射光线都按同一方向反射。它们中的一些光线以其他角度反射出去，如图1.4所示，这大大降低了反射光线的强度。光折射时也是一样。入射光并不是按照同方向弯曲，而是根据折射面的情况被分成几组，按不同角度折射，如图1.5所示。图1.4图1.5这种不规则的反射和折射产生出界限不清的反射光和折射光。这同样引出一个事实，即反射光源自一个点光源，而不是一个单一方向的光源。反射光的强度逐渐衰减，最终将消失于环境色中。现在的3D软件已可以支持基本的反射。任何一个被定义了反射特性的物体都可以找到入射光线。光线被反弹的次数受光线递归限度的控制，这个可以在3ds max软件中设置。3．强度衰减光线强度随距光源的距离和光照面积的大小而衰减。在今天大多数的3D软件中，光线的衰减都按照线性刻度来计算，3ds max直接支持灯光衰减控制。在实际制作之前，大家应该已经对光的特性有些了解了。现在我们应该看的是这些特性是如何来影响自然光的。1.2自然光属性自然光，真实世界之光，有无数种。要研究每一种自然光可能会花去大量的时间，但是在本文中，只介绍最根本的几种。在户外，阳光是我们最根本的光源。它的颜色微微偏黄，但你近看周围的物体，就知道黄颜色不是影响周围的唯一颜色。太阳光是最根本的光，有人会说，户外你能发现无数种其他颜色的光。在描述上述光的特性时，提到了一种颜色的光在遇到和入射光线颜色不同的障碍物时，是如何改变成另外一种颜色的。我们同样还提到了有些光在反射和折射时会分散。现在想一下屋外的世界，大树是褐色和绿色的，小草是纯绿的，道路是灰色的，一个真实世界的光是由许许多多的颜色组成的，但是最活跃的颜色就是太阳光。即使周围没有太多这样的光线，也还有其他环境光。即使是在撒哈拉，沙子也不总是纯黑色的，就连大气中的灰尘粒子都在反射光。每片树叶，每块砖头，甚至人类自己都在扮演二次光源。但是这些二次光源都完全独立于它们所反射的光的颜色和强度。如果反射物体是黑色的，它就不会反射太多的光，大部分会被吸收，当光减弱时，反射光的范围就会减少更多。但是如果反射物的颜色较亮，比如一堵白色的墙，那它就会在光的分布上对周围事物产生极大的影响。在图1.6中，白色比橘色射出的光要多很多。图1.6光在一天的不同时段也呈现出不同的颜色。黎明时，阳光是红色调的。日落时分，红色更加明显。这两者之间，阳光主要都是黄色调的。一天之中，阴影的位置和形状也都在发生着变化。黎明时，没有基色源。我们在黎明时所看到的光都是经过大气反射的。假设有这样一个地方，那里有一些物体挡在你和太阳之间，在这种情况下，想找到一个清晰的阴影是很难的。整个天空就是一个基色源。其他物体当然也在反射光，但效果不大。正午时分，阴影就十分明显。阴影投射物和阴影接受物之间的距离决定了阴影的清晰度。阴影清晰度的变化如图1.7所示（为了更好地说明问题，我夸大了平面上阴影柔和度的变化）。现实中，直射的阳光所造成的阴影逐渐变淡的比例要比阴影投射物和阴影接受物之间的距离增大的比例慢得多。阴影清晰度的变化比例受光源大小的影响。光源相对于物体越大，阴影柔和度的增加比例就越大。日落时，如果物体没有直接受阳光的直射，它的阴影就非常柔和。黎明时也是同样，整个天空作为一个大的光源，它发出的光遮盖了大多数的阴影。同样在阴影里的物体只有在离地面非常近的时候，能投射同样边缘柔和的阴影，如图1.8所示。图1.7图1.8只要有光，物体就能体现出光影效果，人眼也就能够识别物体的形状。3ds max总使物体处于可见状态，3ds max在系统默认状态下已提供了一盏或两盏泛光灯，如图1.9所示。图1.9比如当你制作一个球体时，这个球体默认产生了明暗效果，一个是主光，一个是背光，这两盏灯光只发生照明作用而不显示出来，因此无法进行编辑修改。这两盏默认的灯光能起到基本照明作用，但明显缺乏更深入的表现能力。若想改变光照效果，只需在场景中创建自己的灯光即可，新建立的灯光立刻会取代这两盏默认的灯光。当场景中所有的光源都被删除时，两盏默认的灯光又会重新发挥作用，所以物体总是处于可见状态。3ds max包括8种标准灯光：泛光灯、目标聚光灯、自由聚光灯、目标方向光灯、自由方向光灯、天光灯、mental ray面积泛光灯和mental ray面积聚光灯。摄像机在影视界占有特殊重要的地位，在虚拟真实世界的三维动画领域具有同样重要的作用。3ds max中虽然没有摄像机，也能让场景中的物体动起来，但是当渲染动画时，选择顶视图、左视图、右视图还是用户视图，会使你大伤脑筋，而摄像机的创建则给动画设计师提供了一个完整的电影世界。各种焦距、随意的角度及其他各种特殊效果，能制作丰富多彩的富有想象力的动画，灯光按钮如图1.10所示。图1.101.3标准灯光类型在泛光灯、目标聚光灯、自由聚光灯、目标方向光灯、自由方向光灯、天光灯、mental ray面积泛光灯和mental ray面积聚光灯这8种灯光对象中，聚光灯与泛光灯是最常用的，它们相互配合能获得最佳的效果。泛光灯是具有穿透力的照明，也就是说，在场景中泛光灯不受任何对象的阻挡。如果将泛光灯作为一个不受任何遮挡的灯，那么聚光灯则是带着灯罩的灯。在外观上，泛光灯是一个点光源，而目标聚光灯分为光源点与投射点，在修改命令面板中，它比泛光灯多了聚光参数的控制选项。泛光灯：之所以称之为泛光灯，就是因为它的光线向四周发散，因此不能固定其照射方向。目标聚光灯：产生有方向的照射区域。自由聚光灯：产生锥形的照射区域，它只有光源体没有目标体，只能控制它的整个图标，缺点是无法在视图中对发射点和目标点分别调节，但是在动画制作中，它的方向性却远比目标聚光灯要好得多了。目标平行光灯：产生平行的照射区域，它与目标聚光灯的唯一区别就是圆柱状的平行照射区域。主要用途是模拟阳光的照射，也可以模拟激光柱等聚光物体。自由平行光灯：产生平行的照射区域。它的投射点和目标点不分别进行调节，只能进行整体的移动或旋转。天光灯：产生全局照明效果的灯光，这是3ds max新增的灯光类型。mental ray面积泛光灯：mental ray渲染器专用的泛光灯。mental ray面积聚光灯：mental ray渲染器专用的聚光灯。3ds max的突出特点之一是其交互式的渲染器功能，当你在视图中创建或修改对象时，可以立刻看到所进行的操作结果。如果在透视视图中以实体模式显示，即使不马上创建灯光，场景中也可以看到光的效果，原因是3ds max提供了一个默认的照明设置，它为你的工作提供了充足的照明，但它的效果并不理想。默认的光源是放在场景中对角线两侧的两盏泛光灯。假设场景的中心在坐标系的原点，则一盏泛光灯在上前方，位于坐标系的（-X，-Y，+Z）区域，另一盏泛光灯在下后方，位于（+X，+Y，-Z）区域。一旦在场景中添加任意灯光，3ds max便关闭默认的光源，场景将显示所建灯光的效果。很多情况下，场景反倒会变暗，因为默认的泛光灯被一个新的光源取代。如果连续创建多盏灯光，场景依旧昏暗，这时就需要移动光源或提高灯光亮度。只要场景中有光存在，默认的光源将一直被关闭。当场景中所有的灯光都被删除时，默认的光源将自动恢复。工作中可以用组合键Ctrl+L来激活默认的灯光设置替换场景中的照明。当创建的灯光使得场景中的对象或场景的一部分处于黑暗状态，而你既不想破坏灯光设置，又需要更多的光作用在对象上，以便于编辑修改，这时打开默认灯光是非常有用的。1.3.1 泛光灯泛光灯非常类似于裸露的灯泡或夜空中的星星。泛光灯没有方向控制，均匀地向四周发散光线。它的主要作用是作为一个辅光，帮助照亮场景。优点是比较容易建立和控制，缺点是不能建立太多，否则场景对象将会显得平淡而无层次。下面我们先创建一个泛光灯：（1）在Top视图建立一个物体。（2）进入建立命令面板的灯光建立面板。（3）单击按钮，在Top视图的左上方建立一个泛灯光。注意此时系统将自动关闭默认的灯光，场景反而变暗了。（4）在Top视图的右下方再创建一个泛灯光，并将两盏灯调整到如图1.11所示的位置。图1.11 创建泛灯光（5）3ds max中所有不同的灯光对象都共享一套参数控制系统。它们控制着灯光的最基本特征，比如亮度、颜色、贴图或投影等。泛光灯的参数区卷展栏如图1.12所示。图1.12下面就介绍一下这些参数的含义。1．“常规参数”卷展栏启用：用于对灯光的开关控制。阴影：是否打开灯光阴影（其中下拉列表框中可以选择阴影的种类，有软阴影和光迹追踪阴影等），如图1.13、图1.14、图1.15所示。图1.13图1.14图1.15表1.1介绍了每种类型的优点和不足：表1.1“使用全局设置”：打开此项，场景中的所有投影灯都会产生阴影效果。“排除”：可以控制灯光对哪个物体不受影响。单击该按钮可打开“排斥/包含”对话框。在左边的窗口中选择要排斥的物体后，单击对话框中的向右箭头按钮，将它们列入被排斥区域，如图1.16所示，这样灯光就不会对它们产生作用了。图1.162．“强度/颜色/衰减”卷展栏“强度/颜色/衰减”卷展栏如图1.17所示。倍增：增强灯光的照射强度。拾色器：点取该按钮，弹出拾色器对话框，如图1.18所示，在对话框中你可以单击颜色，来确定灯光的色调。图1.17图1.18红、绿、蓝 ：分别调节红绿蓝三原色的色值，它们的最高值均为255。H、S、V ：分别调节色调、饱和度、亮度。开始：设置灯光达到最亮的起始范围。结束：设置灯光达到最亮的终止范围。使用：近距或远距衰减开关。显示：显示近距或远距最亮的范围线框。开始：设置灯光开始衰减的起始范围。结束：设置灯光衰减的终止范围。使用：近距或远距衰减开关。3．“高级效果”卷展栏“高级效果”卷展栏如图1.19所示。图1.19对比度：调节灯光照射到场景时亮面与暗面对比度（也就是调节物体高光区与过渡区之间的对比度，此值越高，则高光越尖锐。柔化漫反射边：柔化过渡区与阴影区表面之间的边缘，此值越高，则明暗交界线越模糊。漫反射：设置灯光影响到过渡区域（使物体表面产生光感）。高光反射：设置灯光影响到高光区域（使物体具有高光）。仅环境光：设置灯光影响到环境（此时漫反射和高光反射参数失效，物体呈剪影状态）。三种灯光影响的效果如图1.20所示。图1.20 三种灯光影响的效果投影贴图：图像作为投影图投射到目标物体上，如图1.21所示。图1.21 投影贴图4．“阴影参数”卷展栏“阴影参数”卷展栏如图1.22所示。图1.22颜色：设置阴影颜色。密度：设置阴影的边缘锯齿。贴图：使用阴影贴图法来创建阴影效果。打开：打开阴影贴图。灯光影响阴影颜色：设置灯光颜色影响阴影的开关。大气阴影：使用下面的参数可以让大气效果投射阴影。启用：打开大气阴影设置。不透明度：调整阴影的不透明度。此值为百分比，默认设置为 100.0。颜色量：调整大气颜色与阴影颜色混合的量。此值为百分比，默认设置为 100.0。5．“环境和效果”卷展栏“环境和效果”卷展栏如图1.23所示。添加：单击该按钮可弹出“添加大气效果”对话框，如图1.24所示，给灯光选择相应的效果编辑器，主要有体光和光斑效果两种，如图1.25、图1.26所示。图1.23图1.24试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]