室內(nèi)三維地理建模

1、摘要：應(yīng)用的系統(tǒng)本文將以佛山市天安科技園發(fā)展大廈為例，介紹基于AutoCAD，和3DMAX軟件的建模 、紋理貼圖、燈光設(shè)計(jì)、動(dòng)畫制作、渲染的實(shí)現(xiàn)方法以及室內(nèi)外建模的應(yīng)用。引言隨著計(jì)算機(jī)可視化技術(shù)的發(fā)展和2D GIS的成熟，在20世紀(jì)90年代初傳統(tǒng)的GIS信息主要是以二維平面地圖的形式呈現(xiàn)給用戶，此種形式承繼了普通二維地圖的特點(diǎn)，對(duì)硬件條件要求較低，數(shù)據(jù)傳輸量較小，但其直觀性差。20世紀(jì)90年代后，三維可視化與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的迅猛發(fā)展使得建立3D GIS成為可能。就如今這個(gè)大數(shù)據(jù)時(shí)代而言，城市3DGIS也只是停留在外部建模的階段，并沒有展開到室內(nèi)，也因此三維建模應(yīng)用發(fā)展一直止步不前，例如：室內(nèi)導(dǎo)航

2、，應(yīng)急指揮，城市規(guī)劃等等，要是沒有強(qiáng)大的三維數(shù)據(jù)作支撐，智慧城市的想法就是天方夜譚。但隨著三維信息需求的急速增長(zhǎng)，已經(jīng)不能滿足人們對(duì)三維數(shù)據(jù)的精確度、模型的逼真度更高的要求。為尋求一種高精度、高仿真的建模方法是建筑物室內(nèi)外三維地理建模的首要任務(wù)。第一章 數(shù)字城市1.1數(shù)字城市的概念 “數(shù)字城市”（英文：digital city）是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)和大規(guī)模存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，以寬帶網(wǎng)絡(luò)為紐帶，運(yùn)用遙感、全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、遙測(cè)、仿真-虛擬等技術(shù)，對(duì)城市進(jìn)行多分辨率、多尺度、多時(shí)空和多種類的三維描述，即利用信息技術(shù)手段把城市的過去、現(xiàn)狀和未來的全部?jī)?nèi)容在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行數(shù)字化虛擬實(shí)現(xiàn)。1.2

3、實(shí)現(xiàn)數(shù)字城市三維可視化的意義中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院院士李德仁院士說：數(shù)字城市為城市規(guī)劃、智能化交通、網(wǎng)格化管理和服務(wù)、基于位置的服務(wù)、城市安全應(yīng)急響應(yīng)等創(chuàng)造了條件，是信息時(shí)代城市和諧發(fā)展的重要手段。數(shù)字地球以空間位置為關(guān)聯(lián)點(diǎn)整合相關(guān)資源(以地理信息系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)集成各類數(shù)據(jù)資源)，實(shí)現(xiàn)了“秀才不出門，能知天下事”。 1.3數(shù)字城市的國(guó)內(nèi)外研究狀況1.4數(shù)字城市實(shí)現(xiàn)過程中所面臨的問題 第一章 研究平臺(tái)與研究思路1.1建筑物三維建模的硬件配備本文中三維建模的實(shí)驗(yàn)是采用AutoCAD+3DMAX +photoshop等軟件結(jié)合完成。3D Studio Max，常簡(jiǎn)稱為3d Max或3ds MAX

4、，是Discreet公司開發(fā)的（后被Autodesk公司合并）基于PC系統(tǒng)的三維動(dòng)畫渲染和制作軟件。廣泛應(yīng)用于廣告、影視、工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)、三維動(dòng)畫、多媒體制作、游戲、輔助教學(xué)以及工程可視化等領(lǐng)域。同其他三維建模軟件想必它的優(yōu)勢(shì)主要是：對(duì)硬件要求低、容易上手。1.2 3DMAX建模的主要流程1.2.1建模階段根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙建模和造型的修改工作，生成我們需要的造型。建模是所有三維工作的第一個(gè)環(huán)節(jié)，三維場(chǎng)景中所需要表現(xiàn)的內(nèi)容都要靠模型來體現(xiàn)，模型的精確度會(huì)直接影響到最終的表現(xiàn)效果是否正確。完成模型的方法很多，用戶可以通過3dsmax提供豐富的建模工具來創(chuàng)建模型，也可以直接導(dǎo)入外部所搜集的模型素材。

5、1.2.2材質(zhì)階段模型能夠表現(xiàn)物體的外觀，但是并不能體現(xiàn)物體的表現(xiàn)效果，創(chuàng)建玩模型后的下一個(gè)環(huán)節(jié)就是要給模型添加材質(zhì)。材質(zhì)能夠表現(xiàn)物體表面的特征，是木制的還是金屬的等等。1.2.3燈光設(shè)定 因?yàn)橛泄饩€的存在，我們的世界才會(huì)變得豐富多彩，3dsMax提供各種類豐富的燈光，燈光可以照亮場(chǎng)景，使場(chǎng)景中的對(duì)象產(chǎn)生陰影。只有給場(chǎng)景添加了燈光，我們所要表現(xiàn)的效果才會(huì)更加真實(shí)。標(biāo)準(zhǔn)的基于參數(shù)化的燈光可以使用戶方便的控制燈光的屬性，而光學(xué)燈光則依據(jù)真實(shí)世界燈光的特性，一熱量單位來控制燈光的亮度。利用燈光可以將同一個(gè)場(chǎng)景表現(xiàn)為白天或者黑夜。1.2.4動(dòng)畫階段對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染輸出，在3dmax中制作完成的場(chǎng)景稱為工

6、程文件，只有對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染，才能將材質(zhì)、燈光以及特殊效果表現(xiàn)出來。調(diào)整各個(gè)材質(zhì)的參數(shù)，準(zhǔn)確定義物體的物理屬性，再進(jìn)行光能分析計(jì)算，再進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的仔細(xì)調(diào)整，最后渲染輸出。1.2.5渲染階段對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染輸出，在3dmax中制作完成的場(chǎng)景稱為工程文件，只有對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行渲染，才能將材質(zhì)、燈光以及特殊效果表現(xiàn)出來。調(diào)整各個(gè)材質(zhì)的參數(shù)，準(zhǔn)確定義物體的物理屬性，再進(jìn)行光能分析計(jì)算，再進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的仔細(xì)調(diào)整，最后渲染輸出1.2建模的思路解析 除了必須的系統(tǒng)配置和場(chǎng)景設(shè)置之外，建模的好壞直接影響整個(gè)創(chuàng)作流程。比如一個(gè)不好的模型可能因?yàn)榫W(wǎng)格密度太大，占用過多的系統(tǒng)資源而導(dǎo)致師徒的交互能力下降；也可能因?yàn)榇嬖诓缓?/p>

7、理的面導(dǎo)致文理渲染出現(xiàn)不可預(yù)知的結(jié)果；也可能網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不合理，角色在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候出現(xiàn)錯(cuò)誤等等。1.3建模常用方法1.3.1多邊形建模 多邊形建模是最為傳統(tǒng)和經(jīng)典的一種建模方式。編輯多邊形是后來在網(wǎng)格編輯基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種多邊形編輯技術(shù)，與編輯網(wǎng)格非常相似，它將多邊形劃分為四邊形的面，實(shí)質(zhì)上和編輯網(wǎng)格的操作方法相同，只是換了另一種模式。在3DMAX7的時(shí)候新加入了對(duì)應(yīng)的編輯多邊形修改器，進(jìn)一步提高了編輯效率。編輯多邊形和編輯網(wǎng)格的面板參數(shù)大都相同，但是編輯多邊形更適合模型的構(gòu)建。 1.3.2面片建模 面片建模是在多邊形的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，但它是一種獨(dú)立的模型類型，面片建模解決了多邊形表面不易

8、進(jìn)行彈性編輯的難題，可以使用類似編輯BEZIER曲線的方法來編輯曲面。面片與樣條曲線的原理相同，同屬BEZIER方式，并可通過調(diào)整表面的控制句柄來改變面片的曲率。面片與樣條曲線的不同之處在于：面片是三維的，因此控制句柄有X、Y、Z三個(gè)方向。面片建模的優(yōu)點(diǎn)是編輯頂點(diǎn)較少，可用較少的細(xì)節(jié)制作出光滑的物體表面和表皮的褶皺。它適合創(chuàng)建生物模型。面片建模的兩種方法：一種是雕塑法，利用編輯面片修改器調(diào)整面片的次對(duì)象，通過拉扯節(jié)點(diǎn)，調(diào)整節(jié)點(diǎn)的控制柄，將一塊四邊形面片塑造成模型；另一種是蒙皮法(就是我們常用的POLYLINE+SURFACE)，類似民間的糊燈籠、扎風(fēng)箏的手工制作，即繪制模型的基本線框，然后進(jìn)入

9、其次對(duì)象層級(jí)中編輯次對(duì)象，最后添加一個(gè)曲面修改器而成三維模型。面片的創(chuàng)建可由系統(tǒng)提供的四邊形面片或三邊形面片直接創(chuàng)建，或?qū)?chuàng)建好的幾何模型塌陷為面片物體，但塌陷得到的面片物體結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，而且會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)。 1.3.3NURBS建模NURBS與曲線一樣是樣條曲線。但NURBS是一種非一致性有理基本曲線，可以說是一種特殊的樣條曲線，其控制更為方便，創(chuàng)建的物體更為平滑。若配合放樣、擠壓和車削操作，可以創(chuàng)建各種形狀的曲面物體。NURBS建模特別適合描述復(fù)雜的有機(jī)曲面對(duì)象，適用于創(chuàng)建復(fù)雜的生物表面和呈流線型的工業(yè)產(chǎn)品的外觀，如汽車、動(dòng)物等等，而不適合創(chuàng)建規(guī)則的機(jī)械或建筑模型。NURBS建模思路：先創(chuàng)建若

10、干個(gè)NURBS曲線，然后將這些曲線連接起來形成所需要的曲面物體?；蚴抢肗URBS創(chuàng)建工具對(duì)一些簡(jiǎn)單的NURBS曲面進(jìn)行修改而得到較為復(fù)雜的曲面物體。NURBS曲面有兩種類型：點(diǎn)曲面和可控制點(diǎn)曲面。兩者分別是以點(diǎn)控制或可控制點(diǎn)來控制線段的曲度。最大區(qū)別是：“點(diǎn)”是附著在物體上，調(diào)整曲線上的點(diǎn)的位置使曲線形狀得到調(diào)整；而“可控制點(diǎn)”則沒有附著在曲線上，而是曲線周圍，類似磁鐵一樣控制曲線的變化，該方式精度較高。創(chuàng)建NURBS曲線有兩種方法：一種是先創(chuàng)建樣條曲線再轉(zhuǎn)為NURBS曲線；另一種是直接創(chuàng)建NURBS曲線。第二章3D MAX建模的具體實(shí)施 2.1工程圖數(shù)字化向有關(guān)部門提取圖紙資料包括大比例、

11、地形圖文件、建筑單體及規(guī)劃的工程圖紙文件。原始資料獲得后,利用AutoCad進(jìn)行校正, 將單個(gè)建筑物的輪廓線從攝取照片中提取如圖（？），作為建筑物模型的底圖資料并且按照一定的比例把圖片做成地形貼圖,方便后面模型的建立。整理單個(gè)集合體的各種建筑尺寸備用。圖 天安科技園發(fā)展大廈平面圖圖 數(shù)字化后2.2模型制作 2.2.1 圖層管理 數(shù)字化后，創(chuàng)建圖層能夠更好完成人機(jī)交互和對(duì)數(shù)據(jù)的管理通常要對(duì)真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行劃分，分成相對(duì)獨(dú)立的幾個(gè)單元。如圖 是我對(duì)該棟建筑物模型的圖層劃分。(放置圖層劃分的照片)圖層內(nèi)部也要針對(duì)不同獨(dú)立的對(duì)象成組，便于建模后期的處理與優(yōu)化。如：玻璃幕墻、室內(nèi)墻體、電梯、筒燈 、柱子、垃

12、圾桶、掛畫等等 考慮到電腦的硬件配置以及數(shù)據(jù)量和時(shí)間的關(guān)系，本文只將發(fā)展大廈一樓大廳作為內(nèi)部渲染的案例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。2.2.2基礎(chǔ)模型建立首先確定平面的布局與功能，了解建筑的層高、門高、梁高、窗高等尺寸，將CAD平面圖導(dǎo)入3Dmax(如下圖所示)，建立建筑的基礎(chǔ)模型。一定要準(zhǔn)保建筑尺寸的準(zhǔn)確。以天安科技園發(fā)展大廈為例，分析工程圖可知這棟建筑1-3層每層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)都是不同的，4-18層是標(biāo)準(zhǔn)層。清楚了建筑的結(jié)構(gòu)，就可以開始粗建模。結(jié)果如圖所示：通過擠出命令得到的結(jié)果如圖所示：最終通過復(fù)制的方法把樓層搭建起來。(粗模型圖片)注意事項(xiàng)：在保證模型質(zhì)量的情況下盡量減少精細(xì)度。比如在使用Shape中的L

13、ine建立模型時(shí)要盡量將Interpolation選項(xiàng)中的Steps值設(shè)置到最小的程度，一般設(shè)到13即可滿足要求，Steps值過高會(huì)極大的增加轉(zhuǎn)換后的模型面片數(shù)。2.2.3貼圖和模型材質(zhì)設(shè)計(jì)在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中為了增加模型的逼真效果，通常把取自實(shí)際環(huán)境的數(shù)碼照片做為紋理,另外部分圖片要進(jìn)行處理，讓常用的圖像處理軟件比如Photoshop能夠處理RGB或RGBA格式的文件,設(shè)定紋理圖片的大小，要做為紋理的圖片長(zhǎng)度和寬度，否則模型在實(shí)時(shí)漫游中紋理可能發(fā)生扭曲變形。在模型中，紋理是影響數(shù)據(jù)量的重要因素。紋理的大小直接關(guān)系到文件的渲染速度和整個(gè)數(shù)據(jù)量大小。因此，在處理貼圖時(shí)，應(yīng)將紋理尺寸（在不影響模型外觀

14、的前提下）調(diào)整到盡可能小。在特定情況下，可在3DMAX中調(diào)整。賦予材質(zhì)后如圖所示：2.2.4 動(dòng)畫制作基本動(dòng)畫概述：（1）3dmax中的關(guān)鍵幀：3dmax通過在時(shí)間線上幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)定義的對(duì)象位置，自動(dòng)計(jì)算連接關(guān)鍵點(diǎn)之間的其他點(diǎn)位置，從而得到一個(gè)流暢的動(dòng)畫。在3dmax中，需要手工定位的幀稱為關(guān)鍵幀。（注：在3dmax中可以改變的任何參數(shù)，包括位置，旋轉(zhuǎn)，比例，參數(shù)變化和材質(zhì)特征等都可以設(shè)置。（2）時(shí)間配置：3dmax是根據(jù)時(shí)間來定義動(dòng)畫的，最小的時(shí)間單位是點(diǎn)（Tick）一個(gè)點(diǎn)相當(dāng)于1/4800秒，在用戶界面中，默認(rèn)的時(shí)間單位是幀。（注：默認(rèn)情況下，3dmax顯示時(shí)間的單位為幀，幀速率為每秒30幀

15、。）時(shí)間配置對(duì)話框包括：幀速率、播放、動(dòng)畫、關(guān)鍵點(diǎn)步驟。如圖所示：（3）創(chuàng)建關(guān)鍵幀要在3dmax中創(chuàng)建關(guān)鍵幀，就必須在打開動(dòng)畫按鈕的情況下在非第0幀改變某些對(duì)象。一旦進(jìn)行了某些改變，原始數(shù)值被記錄在第0幀，新的數(shù)值或者關(guān)鍵幀數(shù)值被記錄在當(dāng)前幀。這是第0幀和當(dāng)前幀都是關(guān)鍵幀，這些改變可以是變換的改變，也可以是參數(shù)的改變。鍵幀由時(shí)間和數(shù)值兩項(xiàng)內(nèi)容組成。編輯關(guān)鍵幀3dmax提供了4中方法：1）在視口中：使用3dmax工作的時(shí)候總是需要定義時(shí)間，常用的設(shè)置當(dāng)前時(shí)間的方法是拖拽時(shí)間滑動(dòng)塊。當(dāng)時(shí)間滑動(dòng)塊放在關(guān)鍵幀之上的時(shí)候，對(duì)象就被一個(gè)白色方框環(huán)繞。如果當(dāng)前時(shí)間與關(guān)鍵幀一致，就可以打開動(dòng)畫按鈕改變動(dòng)畫數(shù)值

16、。2）軌跡欄（TrackBar）：軌跡欄（TrackBar）位于時(shí)間滑動(dòng)塊的下面。當(dāng)一個(gè)動(dòng)畫對(duì)象被選擇后，關(guān)鍵幀以一個(gè)紅色小矩形顯示在軌跡欄（TrackBar）中。軌跡欄（TrackBar）可以方便的訪問和改變關(guān)鍵幀的數(shù)值。3）運(yùn)動(dòng)面板：運(yùn)動(dòng)面板是3dmax的6個(gè)面板之一?？梢栽谶\(yùn)動(dòng)面板中改變關(guān)鍵幀的數(shù)值。4）軌跡視圖（TrackView）：軌跡視圖（TrackView）是制作動(dòng)畫的主要制作區(qū)域?；旧显?dmax中的任何動(dòng)畫都可以通過軌跡視圖（TrackView）進(jìn)行編輯。3、使用TrackView（1）TrackView的用戶界面軌跡視圖（TrackView）的用戶面有4個(gè)主要部分，它們是

17、層級(jí)列表、編輯窗口、菜單欄和工具欄。軌跡視圖（TrackView）的層級(jí)提供了一個(gè)包含場(chǎng)景中所有對(duì)象、材質(zhì)和其他可以動(dòng)畫參數(shù)的層級(jí)列表。單擊列表中的加號(hào)（+），將訪問層級(jí)的下一個(gè)層次。層級(jí)中的每個(gè)對(duì)象都在編輯窗口中有相應(yīng)的軌跡。（2）訪問軌跡試圖TrackView可以從“圖表編輯器”（GraphEditors）菜單、四元組菜單或者主工具欄下訪問軌跡視圖（TrackView）。（注：4、軌跡線：軌跡線是一條對(duì)象位置隨著時(shí)間變化的曲線。曲線上的白色標(biāo)記代表幀，曲線上的方框代表關(guān)鍵幀。（1）顯示軌跡線（2）顯示關(guān)鍵幀的時(shí)間（3）增加關(guān)鍵幀和刪除關(guān)鍵幀5、改變控制器軌跡線是運(yùn)動(dòng)控制器的直觀表現(xiàn)?？刂破?/p>

18、存儲(chǔ)所有關(guān)鍵幀的數(shù)值，在關(guān)鍵幀之間執(zhí)行插值操作從而計(jì)算關(guān)鍵幀所有幀的位置、旋轉(zhuǎn)角度和比例。通過改變控制器的參數(shù)（例如改變切線類型），或者改變控制器等都可以改變插值的方法。2.2.5燈光設(shè)計(jì)3DMAX燈光布置分類:平面設(shè)計(jì)光與影是三維作品的生命，不過，對(duì)于3dsmax初學(xué)者來說，最頭疼的就是燈光布置。這里，筆者通過一個(gè)實(shí)例，介紹3dsmax基本布光方法三點(diǎn)照明，相信對(duì)初學(xué)者會(huì)有幫助。首先，讓我們來看兩張圖片。圖1是3dsmax默認(rèn)燈光（兩盞泛光燈）照射下的效果，圖2是隨意放置一盞泛光燈的效果。顯然，這兩張圖都比較平淡單調(diào)，而且不夠真實(shí)。假如我們按“三點(diǎn)照明”方法來布光，效果就會(huì)大為改善。所謂“三

19、點(diǎn)照明”，指的是在場(chǎng)景主體周圍三個(gè)位置上布置燈光，從而獲得良好光影效果的方法。這三個(gè)位置上的燈光分別稱為“主光源”、“輔光源”和“背光源”。視場(chǎng)景需要，有時(shí)還可以增加補(bǔ)光、背景光等光源。下面我們就動(dòng)手布置看看。2.2.6布置主光源，顧名思義，就是場(chǎng)景中的主要光源。通常用來照亮場(chǎng)景中的主要對(duì)象及與周圍區(qū)域，并且擔(dān)任給主體對(duì)象投射陰影的功能。它通常是場(chǎng)景中最亮且惟一打開陰影功能的燈光。1、主光源位置從頂視圖看（圖3），主光源可布置在攝影機(jī)旁邊，至于兩者到底相距多遠(yuǎn)，這取決于你自己。一般情況下，主光源與場(chǎng)景主體大致成3545度角。從左視圖看（圖4），主光源一般位于主體前上方，并與主體大致成45度角。

20、這是針對(duì)一般情況而言的，并不是一成不變的。主光源的高低角度還取決于所需的場(chǎng)景氣氛，為表現(xiàn)恐怖等氣氛，可以將燈光布置在較低位置，向上照射場(chǎng)景主體。2、主光源參數(shù)設(shè)置（1）燈光參數(shù)：如圖5所示。LightType（燈光類型）：目標(biāo)聚光燈。Shadows（陰影）：選擇On，表示打開燈光陰影。Color（顏色）：即燈光顏色，通常微微偏向某種顏色，如暖色或冷色。這里設(shè)定為淡*（暖色），RGB=255，255，235。Multiplier（倍增器）：控制燈光亮度，默認(rèn)值為1.0?？梢愿鶕?jù)場(chǎng)景需要調(diào)整此值，當(dāng)燈光偏向某種顏色的時(shí)候，亮度會(huì)降低，應(yīng)適當(dāng)增大此值以作補(bǔ)償。所以，這里將Multiplier設(shè)定為1

21、.2。（2）陰影參數(shù)：如圖6所示。Bias（偏移）：用于調(diào)整陰影的位置，默認(rèn)值為1.0。這里設(shè)定為2.0。Size（尺寸）：用于控制陰影貼圖的精細(xì)度，默認(rèn)設(shè)置為512，該值越大陰影越精細(xì)。這里設(shè)定為1024。SampleRange（采樣范圍）：用于控制陰影邊緣的模糊程度。默認(rèn)值為4，陰影邊緣顯得較硬，這里設(shè)定為12，以獲得邊緣較柔和的陰影。AbsoluteMapBias（絕對(duì)貼圖偏移）：這里不選。此時(shí)渲染效果如圖7所示?，F(xiàn)在，場(chǎng)景中這個(gè)角色補(bǔ)被照亮了，但是看起來較平淡、不夠真實(shí)，OK，我們繼續(xù)！二、輔光源的布置輔光源主要用于軟化主光源投下的陰影，并且提高場(chǎng)景主體的亮度，調(diào)和明暗區(qū)域之間的反差。

22、輔光源的亮度一般為主光源的一半左右。1、輔光源位置從頂視圖（圖8）看，輔光與主光大致成90度角。從前視圖（圖9）看，輔光一般比主光略微偏高或者偏低一些。2、輔光源參數(shù)設(shè)置LightType：目標(biāo)聚光燈。Shadows：關(guān)閉。Color：這里設(shè)定為白色。Multiplier：這里設(shè)定為0.4。此時(shí)的渲染效果如圖10所示。現(xiàn)在看來就要好多了，不過，還有需要改進(jìn)的地方，比如還欠缺一些層次感等。下面我們就來做這方面的工作。三、背光源的布置背光源還有其他一些名稱，比如輪廓光、頭頂光等等。無論怎么稱呼它，它的作用都是為了突出場(chǎng)景主體輪廓或制造光暈效果，從而將場(chǎng)景主體從背景中分離出來，增加主體的深度感、立體

23、感。1、背光源位置從頂視圖（圖11）看，背光放在場(chǎng)景主體后面大致與攝影機(jī)相對(duì)的地方。從左視圖（圖12）看，背光與鉛垂線的夾角較小且照向主體。注意，如果背光位置太低或者與鉛垂線近乎垂直，那么背光將會(huì)反映到角色的正面。2、背光源參數(shù)設(shè)置LightType：目標(biāo)聚光燈。Shadows：打開。其余參數(shù)使用默認(rèn)設(shè)置。關(guān)閉其他燈光，只打開背光，渲染效果如圖13所示，從這張圖中，可以很清楚地看到背光源所產(chǎn)生的燈光效果。另外，從圖13可以看出，布置背光后角色的雙手變得很亮。如果場(chǎng)景中再添加其他燈光，這種現(xiàn)象會(huì)更加明顯。事實(shí)上，角色雙手不應(yīng)該有這么亮。應(yīng)該想辦法降低這里的亮度，或者將腳部排除在背光照射范圍之外（

24、但角色身體的其他部分不能被排除）。這里，運(yùn)用了燈光的衰減功能，如圖14，從Start（起點(diǎn)）到End（終點(diǎn)），燈光逐漸減弱。四、補(bǔ)光的布置經(jīng)過前面三步，即三點(diǎn)照明，場(chǎng)景已經(jīng)有較好的光照效果了。為了模擬得更加真實(shí)自然，這里再布置兩盞補(bǔ)光：一盞是背景光，另一盞是反射光。使用背景光的目的是，為了照亮主光沒照射到的地板、墻面、畫框。使用反射光的目的，是為了模擬場(chǎng)景中產(chǎn)生的反射光。主光是場(chǎng)景中最亮的光源，在它的照射下，地板、墻面會(huì)反射一些光線到角色身上，這就是反射光。有時(shí)候，通過適當(dāng)調(diào)整輔助光位置，也可以模擬反射光效果，這時(shí)就不必再布置專門燈光模擬反射光了。這里，筆者布置了一盞獨(dú)立的反射光，而沒利用輔助

25、光，因?yàn)檫@樣更便于控制效果。從頂視圖（圖15）看，反射光位于主光對(duì)面。至于背景光，它與主光的照射方向大致平行，背景光略微偏向左邊。目的是，照射主光沒有照射到的區(qū)域。為了很好地實(shí)現(xiàn)這一目的，可以分別調(diào)整這兩盞燈光的聚光區(qū)（hotspot）和衰減區(qū)（falloff）大小，如圖16（頂視圖）。聚光區(qū)是聚光燈最亮的照射區(qū)域，衰減區(qū)是聚光燈由最亮到無光的漸變區(qū)域。至于圖中的疊合區(qū)域，是背景光衰減區(qū)與主光衰減區(qū)重疊形成平滑照明的區(qū)域。再?gòu)那耙晥D（圖17）觀察，反射光位于地面以下，而且?guī)缀跏窃谥鞴庹龑?duì)面。與主光相比，背景光與鉛垂線的夾角更小。這樣做的目的，就是為了讓背景光的聚光區(qū)直接照射到背景最黑暗的地方。

26、為了在這一區(qū)域產(chǎn)生平滑自然的燈光效果，可以分別調(diào)整背景光和主光的聚光區(qū)、衰減區(qū)大小。五、最后調(diào)整觀察整體效果，對(duì)個(gè)別燈光亮度等進(jìn)行調(diào)整，或者利用燈光的衰減、排除功能，對(duì)光照效果進(jìn)行修整。這里，就從背光中排除對(duì)地板的照射。另外，稍微提高環(huán)境光的亮度。最終效果如圖18所示。怎么樣？還不錯(cuò)吧。六、兩點(diǎn)說明1、3dsmax中尤其是最新的3dsmax5中有多種燈光，本例之所以全部使用聚光燈，主要是為了便于講解。2、三點(diǎn)照明一般用于較小范圍的場(chǎng)景照明。如果場(chǎng)景很大，可以把它拆分成若干個(gè)較小的區(qū)域進(jìn)行布光。 第三章 室內(nèi)渲染二、室內(nèi)渲染表現(xiàn)與出圖流程1、測(cè)試階段2、出圖階段三、Vray渲染器的設(shè)定與參數(shù)解釋

27、1、打開渲染器 F10或2、調(diào)用方法。3、公共參數(shù)設(shè)定寬度、高度設(shè)定為1，不勾選渲染幀窗口。4、幀綬沖區(qū)勾選啟用內(nèi)置幀綬沖區(qū)，不勾選從MAX獲分辨率。5、全局開關(guān) (在設(shè)置時(shí)對(duì)場(chǎng)景中全部對(duì)像起作用)置換：指置換命令是否使用。燈光：指是否使用場(chǎng)景是的燈光。默認(rèn)燈光：指場(chǎng)景中默認(rèn)的兩個(gè)燈光，使用時(shí)必須開閉。隱藏?zé)艄猓簣?chǎng)景中被隱藏的燈光是否使用。陰影：指燈光是否產(chǎn)生的陰影。全局光：一般使用。不渲染最終的圖像：指在渲染完成后是否顯示最終的結(jié)果。反射/折射：指場(chǎng)景的材質(zhì)是否有反射/折射效果。最大深度：指反射/折射的次數(shù)。覆蓋材質(zhì)：用一種材質(zhì)替換場(chǎng)景中所有材質(zhì)。一般用于渲染燈光時(shí)使用。光滑效果：材質(zhì)顯示的

28、最好效果。6、圖像采樣 (控制渲染后圖像的鋸齒效果)類型： 、固定：是一種最簡(jiǎn)單的采樣器，對(duì)于每一個(gè)像素使用一個(gè)固定的樣本。 、自適應(yīng)準(zhǔn)蒙特卡洛：根據(jù)每個(gè)像素和它相鄰像素的亮度異產(chǎn)生不同數(shù)量的樣本。對(duì)于有大量微小細(xì)節(jié)是首選。最小細(xì)分：定義每個(gè)像素使用的樣本的最小數(shù)量，一般為1。最大細(xì)分：定義每個(gè)像素使用的樣本的最大數(shù)量。 、自適細(xì)分：如果場(chǎng)景中細(xì)節(jié)比較少是最好的選擇，細(xì)節(jié)多效果不好，渲染速度慢。抗鋸齒過濾器：、Area： 、Catmull-Rom： 、Mitchell-Netravali：7、間接照明 (燈光的間接光線的效果)首次反彈：當(dāng)光線穿過反射或折射表在的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生首次反彈效果。二次反

29、彈：當(dāng)激活ON復(fù)選框后，在全局光照計(jì)算中就會(huì)產(chǎn)生次級(jí)反彈。全局光引擎：發(fā)光貼圖：計(jì)算場(chǎng)景中物體漫射表面發(fā)光。 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)光貼圖的運(yùn)算速度非?？?。 噪波效果非常簡(jiǎn)潔明快。 可以重復(fù)利用保存的發(fā)光貼圖，用于其他鏡頭中。 缺點(diǎn)：在間接照明過程中會(huì)損失一些細(xì)節(jié)。 如果使用了較低的設(shè)置，渲染動(dòng)畫果會(huì)有些閃爍。 發(fā)光貼圖會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存的額外損耗。 使用間接照明運(yùn)算運(yùn)動(dòng)模糊時(shí)會(huì)產(chǎn)生噪波，影響畫質(zhì)。光子貼圖：對(duì)于存有大量燈光或較少窗戶的室內(nèi)或半封閉場(chǎng)景來說是較好的選擇。如果直接使用，不會(huì)產(chǎn)生足夠好的效果。 優(yōu)點(diǎn)：光子貼圖可以速度非?？斓禺a(chǎn)生場(chǎng)量中的燈光的近似值。 與發(fā)光貼圖一樣，光子貼圖也可以被保存或都被重新調(diào)用，

30、特別是在渲染不同視角的圖像或動(dòng)畫的過程中可以加快渲染速度。 缺點(diǎn)：光子貼圖一般沒有一個(gè)直觀的效果。 需要占用額外的內(nèi)存。 在計(jì)算過程中，運(yùn)動(dòng)模糊中運(yùn)動(dòng)物體的間接照明計(jì)算有時(shí)不完全正確。 光子貼圖需要真實(shí)的燈光來參與計(jì)算，無法對(duì)環(huán)境光產(chǎn)生間接照明進(jìn)行計(jì)算。準(zhǔn)蒙特卡羅：對(duì)計(jì)算場(chǎng)景中物體模糊反射表面的時(shí)候會(huì)快一些。 優(yōu)點(diǎn)：發(fā)光貼圖運(yùn)算速度快。 模糊反射效果很好。 對(duì)于景深和運(yùn)動(dòng)模糊的運(yùn)算效果較快。 缺點(diǎn)：在計(jì)算間接照明時(shí)會(huì)比較慢。 使用了較高的設(shè)置，渲染效果會(huì)比較慢。燈光緩沖：是一種近似于場(chǎng)景中全局光照明的渲染，與光子貼圖類似，但沒有其他的局限性。主要用于室內(nèi)和室外的渲染計(jì)算。 優(yōu)點(diǎn)：燈光貼圖很容易

31、設(shè)置，只需要追蹤攝像機(jī)可見的光線。 燈光類型沒有局限性，支持所有類型的燈光。 對(duì)于細(xì)小物體的周邊和角落可以產(chǎn)生正確的效果。 可以直接快速且平滑地顯示場(chǎng)景中燈光的預(yù)覽效果。 缺點(diǎn)：僅支持Vray的材質(zhì)。 和光子貼圖一樣，燈光貼圖也不能自適應(yīng)，發(fā)光貼圖可以計(jì)算用戶定交的固定分辨率。 不能完全正確計(jì)算運(yùn)動(dòng)模糊中的運(yùn)動(dòng)物體。 對(duì)凹凸類型支持不夠好。如果想使用凹凸效果，可以用發(fā)光貼圖或直接計(jì)算GI。飽和度：指色彩的鮮艷程度,也稱色彩的純度。對(duì)比度：指的是一幅圖像中明暗區(qū)域最亮的白和最暗的黑之間不同亮度層級(jí)的測(cè)量,差異范圍越大代表對(duì)比越大,差異范圍越小代表對(duì)比越小8、發(fā)光貼圖最小比率：指首次傳遞的分辨率。

32、最大比率：指最終分辨率。顏色閾值：確定發(fā)光貼圖算法對(duì)間接照明變化的敏感程度。標(biāo)準(zhǔn)閾值：確定發(fā)光貼圖算法對(duì)表面法線變化的敏感程度。間距閾值：確定發(fā)光貼圖算法對(duì)兩個(gè)表面距離的敏感程度。模型細(xì)分：決定單獨(dú)的GI樣本質(zhì)量。值小會(huì)產(chǎn)生黑斑。插補(bǔ)采樣：定義被用于插值計(jì)算的GI樣本數(shù)量。值大細(xì)節(jié)好。顯示計(jì)算狀態(tài)：顯示發(fā)光貼圖的傳遞過程。顯示直接光：顯示發(fā)光貼圖直接光照效果。顯示采樣：顯示發(fā)光貼圖的小圓點(diǎn)樣本。細(xì)節(jié)增加：模式：?jiǎn)螏耗J(rèn)模式對(duì)整個(gè)圖像計(jì)算一個(gè)單一的發(fā)光貼圖。多幀增加：在渲染攝像機(jī)移動(dòng)的幀序列時(shí)很有用。增加到當(dāng)前貼圖：將計(jì)算全新的發(fā)光貼圖，并把它增加到內(nèi)存中已經(jīng)存在的貼圖中。增量添加到當(dāng)前貼圖：

33、使用內(nèi)存中已存在的貼圖，在某些沒有足夠細(xì)節(jié)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。用于多視角渲染。從文件：使用已經(jīng)保存好光子文件。塊模式：一個(gè)分散的發(fā)光貼圖被運(yùn)用在每一個(gè)渲染區(qū)域。自動(dòng)保存：指在渲染時(shí)會(huì)按指定路徑保存一個(gè)光子文件。9、燈光緩沖細(xì)分：設(shè)置燈光信息的細(xì)膩程度。測(cè)試200 最終1000-2000采樣大?。簺Q定燈光貼圖中樣本的間隔。值越小樣本之間相互距 離近。畫面細(xì)膩。正式出圖設(shè)為 0.01以下。比例：用于確定樣本尺寸和過濾尺寸。屏幕：適合用于靜幀。世 界：用于動(dòng)畫。進(jìn)程數(shù)量：燈光貼圖計(jì)算的次數(shù)。不是雙核CPU使用1。保存直接光：在光子貼圖中同時(shí)保存直接光照明的相關(guān)信息。模式：和發(fā)光貼圖一樣，只不過是對(duì)燈光緩沖

34、的。10、環(huán)境 (對(duì)于全封閉的空間不起作用.須是開放式空間或者能受外部環(huán)境的影響)顏色：指環(huán)境光的顏色。不是背景顏色。反射：指環(huán)境中含有反射效果。會(huì)受到環(huán)境光的顏色影響。折射：指環(huán)境中含有折射效果。會(huì)受到環(huán)境光的顏色影響。11、rQMC采樣器 (控制所有與模糊有關(guān)的參數(shù)。是對(duì)整個(gè)品質(zhì)控制。)數(shù)量：控制雜點(diǎn)和噪波大小。測(cè)試0.9 最終0.6噪波：控制與模糊有關(guān)的。越大雜點(diǎn)越多測(cè)試0.01 最終0.005 全局細(xì)分：指在渲染過程中會(huì)倍增任何地方任何能數(shù)的細(xì)分值。 最小采樣：確定在早期終止算法被使用之前必須獲的最少的樣本數(shù)量。較高的值會(huì)減慢渲染速度12、顏色映射線性倍增：明暗對(duì)比強(qiáng)烈.容易暴光指 數(shù)

35、：明暗對(duì)比不強(qiáng)烈.HSV指數(shù)：暴光方式比前面幾種更加平 如果想得到明暗對(duì)比，比較明顯的.更加鮮艷的效果可以用線性暴光方式，如果想得到不易暴光的話用第二種或者第三種,對(duì)于暗處暴光倍增和亮處倍增不建議調(diào)的太高。容易明暗對(duì)比比較平，通常1.52.5伽瑪：對(duì)圖像進(jìn)行亮度整體提升.13、系統(tǒng)V-ray渲染器的調(diào)節(jié)測(cè)試階段要求的是速度，出圖要求質(zhì)量1、全局天關(guān)測(cè)試1、 默認(rèn)燈光2、 反射/折射出圖1、反射/折射2、圖像采樣測(cè)試1、 類型2、 過濾器出圖1、 類型2、 過濾器3、自適應(yīng)準(zhǔn)蒙特卡洛測(cè)試： 最小細(xì)分 最大細(xì)分出圖： 最小細(xì)分 最大細(xì)分4、間接照明測(cè)試 一次倍增：全局引擎：發(fā)光貼圖出圖一次倍增：全

36、局引擎：燈光緩沖5、發(fā)光貼圖調(diào)節(jié)方法測(cè)試 最小比率：-6 最大比率：-5 模型細(xì)分 15 插補(bǔ)采樣：20 顯示計(jì)算狀態(tài)：出圖 最小比率： 最大比率： 模型細(xì)分 插補(bǔ)采樣： 顯示計(jì)算狀態(tài)：6、燈光緩沖測(cè)試 細(xì)分： 采樣大?。?顯示計(jì)算： 保直接光：出圖細(xì)分： 采樣大?。?顯示計(jì)算： 保直接光：7、環(huán)境測(cè)試全局光：出圖全局光：8、rQMC采樣器測(cè)試數(shù)量： 噪波：出圖數(shù)量： 噪波：9、顏色映射測(cè)試 類型： 變暗： 變亮：出圖類型： 變暗： 變亮：10、系統(tǒng)開：燈光是否使用排除：顏色：燈光發(fā)出光的顏色。倍增器：燈光的強(qiáng)度。長(zhǎng)/寬：燈光的大小。雙面：是否是雙面發(fā)光，vr燈光默認(rèn)時(shí)只有箭頭方向發(fā)光；球形光

37、無效。不可見：VR光源體的形狀是否在最終渲染場(chǎng)景中顯示出來。忽略燈光法線：當(dāng)一個(gè)被追蹤的光線照射到光源上時(shí)，該選項(xiàng)讓你控制VRay計(jì)算發(fā)光的方法。對(duì)于模擬真實(shí)世界的光線，該選項(xiàng)應(yīng) 當(dāng)關(guān)閉，但是當(dāng)該選項(xiàng)打開時(shí)，渲染的結(jié)果更加平滑不衰減：VRay所產(chǎn)生的光將不會(huì)隨距離而衰減。否則，光線將隨著距離而衰減。天光入口：全局照明設(shè)定為Irradiancemap時(shí)，VRay將再次計(jì)算VrayLight的效果并且將其存儲(chǔ)到光照貼圖中存儲(chǔ)發(fā)光貼圖：全局照明設(shè)定為Irradiancemap時(shí)，VRay將再次計(jì)算VrayLight的效果并且將其存儲(chǔ)到光照貼圖中影響漫射：控制燈光是否影響物體的漫反射，一般是打開的影響

38、鏡面：控制燈光是否影響物體的鏡面反射，一般是打開的細(xì)分：用于計(jì)算照明的采樣點(diǎn)的數(shù)量，值越大，陰影越細(xì)膩，渲染時(shí)間越長(zhǎng)。Vr燈光參數(shù) 激活：陽(yáng)光的開關(guān)不可見：濁度：設(shè)置空氣的混濁度，值越大，空氣越不透明，光線會(huì)越暗，色調(diào)會(huì)變暖。早晨和黃昏的混濁主度較大，中午混濁度較低。有效值為220強(qiáng)度：設(shè)置陽(yáng)光的強(qiáng)度，如果使用Vray物理攝像機(jī)，一般為1左右，如果使用3DS自帶的攝像機(jī)，一般為0.0020.005大小倍增：設(shè)置太陽(yáng)的尺寸，值越大，太陽(yáng)的陰影就越模糊陰影細(xì)分：設(shè)置陰影的細(xì)致程度排除：Vr陽(yáng)光參數(shù)VVRay支持面陰影，在使用VRay透明折射貼圖時(shí)，VRay陰影是必須使用的。同時(shí)用VRay陰影產(chǎn)生的

39、模糊陰影的計(jì)算速度要比其它類型的陰影速度快。透明陰影：當(dāng)物體的陰影是由一個(gè)透明物體產(chǎn)生的時(shí)，該選項(xiàng)十分有用。光滑表面：Vray將在低面數(shù)的多邊形表面產(chǎn)生更平滑的陰影。偏移：給定點(diǎn)的光線追蹤陰影偏區(qū)域陰影：打開或關(guān)閉面陰影立方體：假定光線是由一個(gè)立方體發(fā)出的球體：假定光線是由一個(gè)球體發(fā)出的U/V/W：細(xì)分：采樣點(diǎn)的數(shù)量。Vr陰影參數(shù)泛光燈、聚光燈、平行光參數(shù)地?zé)粢话闶侵嘎涞嘏_(tái)燈燈光類型：VR燈光（球體）顏色：255、209、143倍增器：8不可見：勾上影響鏡面：不勾細(xì)分：15天光燈光燈型：VR燈光（平面）顏色：141，181，255或185、218、255255、230、191174、203、2

40、55倍增器：2-10不可見：勾上影響鏡面：不勾細(xì)分：15臺(tái)燈燈光類型：VR燈光（球體）顏色：255、209、143倍增器：8-10半徑：67不可見：勾上影響鏡面：不勾細(xì)分：15射燈一般使用自由點(diǎn)光源加光域網(wǎng)強(qiáng)度：200左右筒燈一般使用自由點(diǎn)光源加光域網(wǎng)啟用VRay陰影強(qiáng)度：1500左右補(bǔ)光日光1、IES太陽(yáng)光，調(diào)節(jié)日光2、VRay日光調(diào)節(jié)Vray室內(nèi)材質(zhì)調(diào)整方法1、拋光大理石：漫 射：表面加大理石貼圖；反 射：34，34，34；細(xì) 分： 10；2、亞面石材：漫 射：表面加石材貼圖；反 射：34，34，34；光澤度：0.85；細(xì) 分：10；3、光亮清漆木材漫 射：加木材貼圖；反 射：50，50，

41、50；高 光：0.85細(xì) 分：104、亞光實(shí)木漫 射：表面加木材貼圖；反 射：44，44，44；光澤度：0.85；5、普通布料漫 射：表面加布料貼圖；凹 凸：添加布紋貼圖；6、不銹鋼漫 射：黑色；反 射：220高 光：0.87、砂 鋼漫 射：黑色；反 射：170，170，170；光澤度：0.85；8、有色不銹鋼漫 射：黑色；反 射：設(shè)定為有色；9、清玻璃漫 射：灰色；反 射：86，86，86；折 射：白色；菲涅爾：打開；影響陰影：打開；10、有色玻璃反 射：86，86，86；折 射：白色；菲涅爾：打開；影響陰影：打開；煙霧色：加比較淺的顏色；11、磨沙玻璃漫射：209，255，203反 射：8

42、6，86，86；光澤度：0.85；折 射：白色；菲涅爾：打開；影響陰影：打開；12、瓷器漫 射：白色；反 射：133，133，133；菲涅爾：打開；13、鏡子漫 射：黑色；反 射：163，163，163；14、紙漫 射：白色；15、皮革漫 射：加皮革色；反射：27，27，27；高光：0.7；光澤度：0.85；凹 凸：添加皮革紋貼圖；5016、單色窗紗漫 射：白色；折射率：1.01；折射：加衰減貼圖，并將衰減參數(shù)中的黑白色交換。白色可設(shè)定為其它色混合曲線中：反轉(zhuǎn)勾選，透明度不好時(shí)可調(diào)解曲線為“弓“字形，如太亮?xí)r可右擊鼠標(biāo)選VR屬性將接收全局照明減低。17、花紋窗紗漫 射：白色；折射率：1.01；

43、折射：加衰減貼圖，并將衰減參數(shù)中的黑白色交換。白色可設(shè)定為其它色混合曲線中：反轉(zhuǎn)勾選透明度不好時(shí)可調(diào)解曲線為“弓“字形，如太亮?xí)r可右擊鼠標(biāo)選VR屬性將接收全局照明減低。在當(dāng)前結(jié)果添加混合貼圖在混合量中加花紋圖片，然后在將顏色1貼圖復(fù)制到顏色2上，并將2中的黑白色交換，不勾反轉(zhuǎn)。18、有色液體飲料漫 射：灰色；反 射：75，75，75；折 射：白色；菲涅爾：打開；折射率：1.33；煙霧色：加比較淺的顏色HSV:葡萄色223，251，11 ;橙色34,8,255 影響陰影：打開19、池水漫 射：灰色；反 射：84，84，84；（或加衰減）折 射：白色；菲涅爾：打開；折射率：1.33；凹 凸：大小1

44、0；加燥波：大小12020、塑料漫 射：藍(lán)色；151，1，243；反射：29，29，29；高光：0.55；光澤度：0.85；21、水紋玻璃漫 射：灰色；反射：106，106，106；折 射：白色；菲涅爾：打開；凹 凸：大小20；大理石（3D帶）大小23，寬度0.025影響陰影：打開；22、裂紋與冰裂玻璃漫 射：灰色；反射：86，86，86；折 射：白色；菲涅爾：打開；凹 凸：大小20；加裂紋貼圖或裂玻貼圖影響陰影：打開；23、置換地毯物體自身加VR置換命令并加紋理貼圖數(shù)量：20漫 射：加地毯圖；24、拉絲金屬漫 射：黑色；反 射：衰減黑色部分加拉絲圖(注意調(diào)解W位置)光澤度：0.8525、絨布漫 射：衰減黑色部分加貼圖類型：Freshel曲線：調(diào)解為后點(diǎn)弧行26、鋁塑漫 射：230、230、230反 射：20、20、20高 光：0.65光澤度:0.8527、電視機(jī)屏幕漫 射：27、27、27反 射：30、30、30，加衰減白色值：201，226，255高 光：0.7光澤度:0.928、床單漫 射：203、141、43漫 射：加衰減： 203、141、43 240、222、19529、暖色墻體漫 射：239、178、129反 射：20、20