3DMAX燈光的研究

 　　3DMAX燈光的研究

　　當白色光通過三稜鏡時被折射成七色光，七色光是白光光譜中可見光部分，分別為紅 、橙、黃、綠、藍、靛、紫，簡寫為ROYGBIV，這些顏色中，紅、綠、藍是原色，故光的顏色模型為RGB模型。

　　計算機屏幕產生顏色的機理也可認為是RGB模型，在大多數繪圖程序中(包括3D Studio MAX)都提供了RGB顏色選擇模式。下圖表示了RGB顏色模型，應當注意的是：光的顏色具有相加性，而顏料顏色具有相減性。所謂相加性是指混合的顏色越多，顏色越淡，而相減性則相反，這一點學過色彩繪畫的人應該很清楚。

　　RGB顏色模型。有趣的是，將RGB顏色的Multiplier值由1改為-1，顏色就會變成原來的補色，即成右邊的CYM色。

　　在3DSMAX的世界裡你所見到的場景取決於你照明的方式，呈現出的場景完全由發光對象的顏色和位置決定。事實上要創建一種氛圍，很少只使用白光照明的。若使用顏色成分少的人造燈光會使場景毫無生氣。在劇場裡一般使用純紅、綠、藍、黃、绛紅及藍綠等的多種組合，使某些區域以及許多光柱看起來色彩絢麗斑斓。高飽和度的燈光用起來要十分小心，因為用它來照明常會歪曲事實，例如在煤油燈黃光照明下就分不清土黃和檸檬黃。

　　3DSMAX的燈

　　程序中的燈光都是模擬真實世界的燈光模式，如Target Spot是手電筒或探照燈模型，Omni模擬燭光或太空中的太陽光;Directioal Light模擬自然界直射平行太陽光。這些燈都能打開或關閉，改變它們的大小、形狀和位置，改變顏色，打開或關閉影子，設置影子邊緣的柔度，設置哪些物體被所有的光照明，甚至在某些范圍裡使用特別暗的光“吸取”多余的光。

　　Exlude功能是MAX燈光的第一個特性。它可設定場景中哪些物體受此燈光的影響，哪些不受影響。在一個復雜場景中，有些人為追求效果架設幾十盞燈光，勢必造成某些物體受光過度甚至丟失陰影。將它們排除在一些燈光影響之外可以保持原效果。

　　Multiplier(倍增器)類似於燈的調光器。值小於1減小光的亮度，大於1增加光的亮度。當值為負時，光實際從場景中減去亮度。“負光”通常用來模擬局部暗的效果，一般僅放在內部的角落，使其變暗，以在場景中產生用一般的光很難獲得的效果。

　　倍增器可以維護場景中一系列光使用相近的顏色(下圖)。而如果將RGB值相應增加或減小會使樣本顏色不易辨認。

　　R=255,G=10, B=10,從左至右分別為Multiplier=1; Multiplier=5. Multiplier=10. Multiplier=20. Multiplier=26.

　　是否使用衰減(attenuatioin)是許多場景成敗的原因之一。MAX的燈光默認是不衰減的，這通常意味著場景將很快變得過亮。記住，在進行室內照明的時候，除了最暗的輔光，所有其他光都要使用衰減。而在實際生活中由於光能量在傳播過程中的散失，光隨距離減弱。需要指出的是在自然界，光按距離平方比的倒數進行衰減，例如在10m處燈光亮度為X，則在20M處亮度為X/4。但在大部分計算機程序中(包括3DSMAX)，光的衰減是以線性方式進行的，意即剛才的燈光在20m處亮度為X/2。

　　光的打法及影響

　　在3DSMAX中，默認的照明是-X，-Y，+Z與+X，+Y，-Z處的兩盞燈，一旦你在場景中建立了燈光，這兩盞燈自動關閉。

　　攝影上有幾種照明類型，可以為MAX所用。

　　三角形照明是最基本的照明方式，它使用三個光源：主光最亮，用來照亮大部分場景，常投射陰影;背光用於將對象從背景中分離出來，並展現場景的深度，常位於對象的後上方，且強度等於或小於主光;輔光常在攝影機的左側，用來照亮主光沒有照到的黑區域，控制場景中最亮的區域與最暗區域的對比度。亮的輔光產生平均的照明效果，而暗的輔光增加對比度。

　　一個大的場景不能使用三角形照明時，可采用區段照明法照明各個小的區段，區段選擇後就可使用基本的三角形照明法。

　　對於具有強烈反射的金屬感材質，有時需要用包圍法將燈光打在周圍以展現它的質感，這是比較少用的方法。

　　光的性質對場景產生強烈影響。刺目的直射光來自點狀光源，形成強烈反差，並且根據它照射的方向可以增加或減低質地感和深度感。柔和的光產生模糊昏暗的光源，它有助於減少反差。光的方向也影響場景中形的組成。柔和的光沒有特定的方向，似乎輕柔地來自各個方向，刺目的直射光有三個基本方向：正面光、側光和逆光。

　　正面光能產生非常引人注目的效果，當它形成強烈的反差時更是如此。然而這種光會丟失陰影，使場景缺乏透視感。

　　側光能產生橫貫畫面的陰影，容易顯示物體的質感。

　　逆光常常產生強烈的明顯的反差，清晰地顯示物體的輪廓。

　　昏暗、偏冷、低發差的燈光適用於悲哀、低沉或神秘莫測的效果。預示某種不詳之事的發生。換成高發差的燈光可用於酒吧、賭場這樣的場面，在這裡可以強調主要對象或角色，而將其他的虛化。

　　明艷、暖色調、陰影清晰的燈光效果適於表現興奮的場面，而換成偏冷色調則是種恬靜的氣氛。

　　燈光特效

　　3DSMAX中的燈光功能雖然強大，但對一些特殊效果諸如體光、霓虹燈效果、眩光等需要另外的程序或插件來完成。

　　體光：體光是中常見的現象，電筒光，探照燈，夜晚霧氣中的路燈都是體光的具體例子。體光由光線被空氣中的灰塵粒子散射而形成。在計算機三維世界裡，只有“真空”而沒有灰塵粒子。在Enviornment中可以創建體光的效果。

　　LumaObject效果

　　霓虹燈或激光的發光效果不可用燈光來創建，雖然某些情況下可用自發光材質代替，但嚴格來講並不真實。你需要為自發光材質增加Glow效果(Video Post/ Glow)。

　　眩光實際是攝像機鏡頭產生的光斑，在某種程度上可增加場景的真實性。使用刺目的逆光是拙劣的做法。LensFlare、RealLens以及GensisVFX提供了真實眩光的創建和靈活控制。(LensFlare[MAX自帶]和GensisVFX作為Video Post插件，RealLens以Helper物體形式出現)

　　光源形狀：3DSMAX不支持真正的線性光源，這意味著做熒光燈照亮時比較困難。使用MAX燈光可以模擬熒光燈照明效果，但效果還不是令人滿意。RealLens提供了一個LumaObject功能，LumaObject使用自發光物體作為光源，並可控制光線衰減，在某種程度上實現了輻射度(radiosity)效果。上圖即是將熒光燈作為LumaObject發光體的效果。注意，這裡只用了一個LumaObject，而且渲染速度極快。事實上LumaObject可使用任何形狀的幾何體或粒子系統作為光源。

　　陽光模擬：MAX中有個陽光模擬器，在這裡你可以指定具體的經、緯度、時間、季節等創造當地的日照情況。對建築設計、城市規劃、光照分析有其特殊價值，並且參數可動畫以模擬日出日落的一日光照情況。

　　光線運算

　　3DSMAX的渲染是種線性掃描渲染，當你為場景設置一個燈光時你會發現這與現實相差地有多遠。在這種渲染方式下，光線不被物體反射或折射，因此不象真實世界裡通常一盞燈能照亮一間臥室，很多人制作一個場景要打幾十盞燈，而制作動畫時燈光數更是嚇人。

　　同時，MAX提供的Grouraud和Phong濃淡處理算法也是不太准確的，它們估算落在表面上的光，而非准確地計算它。要想完全精確，就需要光線跟綜。

　　光線跟蹤(ray trace)渲染在表面之間追蹤射線，射線不斷被某些對象表面反射到其他對象表面，直到從場景中消失。光線跟蹤追蹤從觀察點到各個表面的射線矢量。若反射面是鏡面，就會有輔助射線被反射以捕捉反射光的可見部分，若射線遇到另一個鏡面，便又被反射直至射線被彈出場景或被非鏡面吸收。這是典型的光線跟蹤映象重反射的生成過程，因此雖然渲染出來的圖像可能很漂亮，但這也是光線跟蹤渲染慢的原因。

　　輻射度(radiosity)渲染方法的效果絕佳，但計算量相當大，要比光線跟蹤所用時間都長。光線跟蹤反射只取一個觀察點，被反射的射線最終找到一個結束點，而輻射模型中的反射能量在場景中不斷反彈，能量逐級減弱。在亮光下將一個紅球靠近白牆，在白牆上出現紅色，這就是輻射度效果。

　　RadioRay是一種結合了光線跟蹤和輻射的渲染器，其真實的光線計算創建專業的照明效果。可用於建築設計、燈光設計、展示設計等多個領域。