多光源復(fù)雜場景在dcs中的表現(xiàn)原理和策略

多光源復(fù)雜場景在dcs中的表現(xiàn)原理和策略

3dmax是世界上最流行、最廣泛應(yīng)用的三維圖形軟件。從出版之初起，它受到了良好的評(píng)估，它逐漸改進(jìn)和改進(jìn)，融合了自身的藝術(shù)表現(xiàn)力，反映了它強(qiáng)大的生產(chǎn)和模仿功能。3DSMAX所創(chuàng)造出的三維空間實(shí)際上就是模仿現(xiàn)實(shí)生活中的生活場景,無論是造型還是材質(zhì)都可以通過光照用視覺感受出來。既然是人在感受,那么在模仿實(shí)際場景的制作過程中就必須遵循人類對(duì)光和影的視覺感受規(guī)律,而“光影素描”一系列的理論體系正好可以作為基礎(chǔ)為初學(xué)者借鑒。本文提出用最基礎(chǔ)的“光影素描”理論解釋光的變化規(guī)律以及光影對(duì)場景的影響,并擴(kuò)展到多個(gè)光源,結(jié)合3DSMAX渲染中的“全局照明系統(tǒng)”等重要的光學(xué)系統(tǒng)揭示共同的內(nèi)在原理,為初學(xué)者提供借鑒。一、主觀感受的基礎(chǔ)光影素描又稱“全因素素描”和“傳統(tǒng)素描”,繪畫者在繪畫時(shí)除了客觀地模仿實(shí)際真實(shí)物體以外還必須依靠自己對(duì)物體的主觀感受來刻繪,對(duì)實(shí)際的物體進(jìn)行透視變化、形體比例、解剖結(jié)構(gòu)、明暗層次等進(jìn)行分析,用眼睛所觀察物體的習(xí)慣進(jìn)行基礎(chǔ)的繪畫。其主要的特征是在借助光照射物體的表面時(shí)形成的明暗關(guān)系用觀察的習(xí)慣表現(xiàn)出來,用明暗來控制結(jié)構(gòu)關(guān)系、透視關(guān)系和空間關(guān)系。這里僅從與3DSMAX“布光”聯(lián)系最密切的“色彩透視”和“光色與明暗”兩個(gè)側(cè)重點(diǎn)來闡述。(一)空氣對(duì)視覺的影響透視有三種:(1)色彩透視;(2)消逝透視;(3)線透視。本文僅介紹在3DSMAX的布光中最容易運(yùn)用的色彩透視。自然界中的物體與我們的視點(diǎn)之間,無論距離遠(yuǎn)近,總存在著一層空氣,物體反射的色光必須通過空氣這個(gè)介質(zhì)傳遞給我們的視覺。這個(gè)現(xiàn)象或過程稱為色彩透視。隨著眼睛與物體距離的遠(yuǎn)近變化,空氣厚度也會(huì)發(fā)生變化,從而使物體的色彩在人們視覺上發(fā)生了變化,近暖遠(yuǎn)冷、近純遠(yuǎn)灰、近處對(duì)比強(qiáng)烈而遠(yuǎn)處對(duì)比模糊。色彩的透視現(xiàn)象不僅在素描和色彩的風(fēng)景寫生中最為常見,而且也是在3DSMAX場景中用光色表現(xiàn)空間最常用的手段。色彩透視規(guī)律主要表現(xiàn)在:(1)近處對(duì)比強(qiáng)烈,遠(yuǎn)處對(duì)比微弱;(2)近處的形色“實(shí)”,遠(yuǎn)處的形色“虛”。(二)“三大面、五大調(diào)”的模仿能力光影的照射是我們用視覺認(rèn)識(shí)客觀事物的必要條件,物體在光源的照射下會(huì)呈現(xiàn)出明暗效果的變化,因此物體與明暗是形影相隨的,明暗不僅能反映客觀事物的具體形態(tài)也可以改變物體的真實(shí)形態(tài),造成視覺感受的假象和幻像,正是它的可創(chuàng)造性讓藝術(shù)表現(xiàn)力更強(qiáng)。經(jīng)過實(shí)踐探索以及長期對(duì)繪畫經(jīng)驗(yàn)的積累,人們將這些復(fù)雜的明暗層次歸納為“三大面、五大調(diào)”。光影素描中所呈現(xiàn)的“三大面、五大調(diào)”,既是科學(xué)的規(guī)律,又是藝術(shù)表現(xiàn)的手段,通過明暗調(diào)子對(duì)客體深入細(xì)致的描繪,真實(shí)外表的再現(xiàn)能反映事物的本質(zhì)與內(nèi)涵,因而光影素描具有較強(qiáng)的模仿能力。由于理想光影環(huán)境——單光源在現(xiàn)實(shí)的生活中是不存在的,所以除單光源的簡單場景外還必須考慮多光源對(duì)場景的影響。二、“黑、白、灰”黑、黑、灰的結(jié)合在3DSMAX中,默認(rèn)的照明是-X,-Y,+Z與+X,+Y,-Z處的兩盞燈,但是在很多時(shí)候我們一般不會(huì)用默認(rèn)的燈光,主要原因是它的藝術(shù)表現(xiàn)力不是很強(qiáng)。并且在渲染時(shí)一旦你在場景中建立了燈光,這兩盞燈就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉。在3DSMAX提供的TargetSpot、Omni、DirectioalLight等燈光都是模仿現(xiàn)實(shí)生活中的燈光,并且這些燈光都賦予了各種調(diào)節(jié)變化的功能,都可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)其大小、形狀、位置、顏色,甚至可以打開或關(guān)閉影子,設(shè)置影子邊緣的柔度,設(shè)置哪些物體被光照明和哪些物體不照明。為了更好地探索燈光的布局,我們可以借鑒攝影學(xué)里面一個(gè)經(jīng)典的光照理論——三點(diǎn)照明,當(dāng)然它的理論支撐實(shí)際上也是來源于對(duì)素描光影的分析,不同的是她將光影素描的藝術(shù)表現(xiàn)效果更加實(shí)物化,將黑,白,灰三大面的明暗效果用三大光源來代替?！爸鞴狻弊盍?一般用來表現(xiàn)場景的中心地帶,賦予場景主題,當(dāng)然在需要的時(shí)候可以投射陰影;“背光”在素描中最常用于背面,背光強(qiáng)度等于或小于主光,主要用于反光,表現(xiàn)出物體的體積感,將對(duì)象從背景中分離出來,襯托場景的中心同時(shí)展現(xiàn)場景的深度,給場景以深度的空間感,“輔光”在素描中等同于灰面,表現(xiàn)出物體的體積感,展現(xiàn)物體和場景的鏡度特效,給二維的平面以三維深度效果,常在攝影機(jī)或者物體的左側(cè),用來照亮主光沒有照到的黑區(qū)域,控制場景中最亮的區(qū)域與最暗區(qū)域的對(duì)比度。以上所說的三點(diǎn)照明布光原則是從宏觀的角度來闡述,但是在一個(gè)龐大的三維場景中不可能只用三點(diǎn)照明即可以全部解決,所以布光時(shí)我們可以用劃分各個(gè)小區(qū)的辦法來處理,先劃分主次,然后進(jìn)行逐一的分析。但是按照這個(gè)方法會(huì)出現(xiàn)另外一個(gè)問題:整個(gè)場景可能會(huì)出現(xiàn)幾十處燈光甚至更多,隨著燈光的增多場景就不容易控制,燈光的相互交錯(cuò)會(huì)在整體上出現(xiàn)不和諧,這也是無數(shù)燈光師最頭疼的事。解決上訴問題我們還是可以借鑒光影素描的觀察和表現(xiàn)方法,具體來說一般遵循:感性—理性—感性,整體—局部—整體,從寫生對(duì)象整體明暗關(guān)系著眼。要把握整體和局部的關(guān)系——比較和綜合,所說的“比較”即是指觀察對(duì)象時(shí)對(duì)對(duì)象的全面分析,找出主體和襯托,主光源和輔助光源,對(duì)黑、白、灰之間的關(guān)系進(jìn)行更細(xì)致地分析找出色階的差別,以此為依據(jù)而對(duì)燈光進(jìn)行布置。所謂“綜合”就是指對(duì)整個(gè)場景進(jìn)行全局把握,對(duì)有多處燈光交匯地方做光影分析并作適當(dāng)調(diào)整,因?yàn)闊艄獾脑龆鄤荼匾斐赡承┪矬w受光過度甚至丟失陰影,反光部分的亮度超過高光,遠(yuǎn)處灰暗部分反而比近處亮。當(dāng)然了在新的3DSMAX版本里面提供Exlude和Multiplier等功能,這些都很方便地解決了燈光交匯處難克服的問題,但是無論如何這些基本上都是來源于對(duì)光影的研究,不難發(fā)現(xiàn)掌握好光影素描的基本理論體系對(duì)我們很好地把握3DSMAX的布光大有裨益。僅有光影素描的理論對(duì)藝術(shù)創(chuàng)作來說還明顯不夠,畢竟我們要以3DSMAX為平臺(tái)進(jìn)行創(chuàng)造,所以還有一個(gè)重要的方面就是要對(duì)3DSMAX所提供的光線模擬系統(tǒng)有全面的掌握,對(duì)其提供的模擬光線運(yùn)算原理、屬性、菜單熟練掌握。三、dsma工藝及處理方法介紹認(rèn)識(shí)3DSMAX的光學(xué)模擬系統(tǒng)就有必要了解一下3DSMAX渲染器對(duì)光線的運(yùn)算原理,因?yàn)閼?yīng)用3DSMAX的最終目的是通過渲染器把想法和模型渲染成圖,所以很好地了解渲染器對(duì)光線運(yùn)算原理對(duì)我們布光有很大幫助。在過去的版本中,3DSMAX發(fā)布的是基于掃描線算法的內(nèi)嵌渲染器,也就是說在3DSMAX默認(rèn)的渲染系統(tǒng)里如果不安裝其他插件,那么它內(nèi)嵌的渲染器就只有線性掃描渲染器,在3DSMAX5.0以后,加入了Lightscape形式的光線追蹤渲染算法。而最新的版本則對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的改進(jìn),包含MentalRay渲染器,乃至于還有很多應(yīng)用于不同領(lǐng)域的專業(yè)渲染器,但這些軟件一般是以插件的形式安裝,當(dāng)然隨著渲染技術(shù)日益發(fā)展,現(xiàn)在的渲染器對(duì)光線的模擬和運(yùn)算也更加準(zhǔn)確完美,其渲染器對(duì)光線的處理大概分為:“線性掃描渲法”、“光線跟蹤法”、“光能傳遞法”,“輻射度渲染法”、“全局照明法”。可以說3DSMAX軟件包已經(jīng)具有了真正最前沿的渲染技術(shù)。以下對(duì)這幾種處理方法進(jìn)行簡單介紹以便于更好地掌握3DSMAX的光學(xué)模擬系統(tǒng)。光線跟蹤:其核心技術(shù)就是表面之間追蹤射線。它的主要運(yùn)算法則是追蹤從觀察點(diǎn)到各個(gè)表面的射線矢量。因此雖然渲染出來的圖像可能很漂亮,但是渲染速度相當(dāng)慢。光能傳遞:在3DSMAX的光能傳遞算法中主要分為:初始質(zhì)量、細(xì)化迭代(所有對(duì)象)和細(xì)化迭代(選定對(duì)象)、重聚集三部分。但在光能傳遞處理過程中主要使用前兩個(gè)階段,在最終渲染過程中使用第三個(gè)階段,在前兩個(gè)階段中,您可以隨時(shí)停止和啟動(dòng),這樣可用于計(jì)算中間結(jié)果或增加所需的準(zhǔn)確性級(jí)別。輻射度渲染法:實(shí)際上是一種逆向的思維渲染方法。否認(rèn)光源和物體的劃分,認(rèn)為每一個(gè)物體都是一個(gè)光源,任何可見的東西不是輻射光線,而光線跟蹤反射只取一個(gè)觀察點(diǎn),被反射的射線最終找到一個(gè)結(jié)束點(diǎn),而輻射模型中的反射能量在場景中不斷反彈,能量逐級(jí)減弱。這種方法計(jì)算的光線的效果是最好的,但是其運(yùn)算量是相當(dāng)大的。全局照明法:這是3DSMAX對(duì)光線處理最常用的一種辦法。其工作原理是計(jì)算一個(gè)場景中所有光線的交互,跟蹤光線在對(duì)象之間的反射和光線漫射的色彩特性從而模擬自然光源微妙的交互作用,反過來,這些色彩會(huì)表現(xiàn)在其他相鄰對(duì)象上,形成更加準(zhǔn)確的色調(diào)和陰影效果。結(jié)束語總之,