灯光技术基础

3D灯光技术基础

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。

具有代表性的自然光是太阳光。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。在明亮的室外拍摄电影时，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性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？在创作操真的场景时，应当养成从实际照片和电影中取材的习惯。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，现在应当为一个场景创建灯光了。虽然光源的数量、类型和他们单独的属性将因场景不同而异，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操真的感觉。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性，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操真的主要原因。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性。

－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。如何加快3dsmax的渲染速度首先要说明的是，在这里所提到的加快渲染速度并不是对每个人都有用，因为每个人的pc的具体情况不尽相同，所以结果也可能会有差异。好的，现在让我们开始吧。首先你应该是选用3DS MAX的默认渲染器也就是SCANLINE RENDER。如果你使用的是BRAZIL，FINALRENDER等等，那我们以后再讨论吧~~~

1. 只要是允许的情况下你最好使用shadow mapped （位图阴影）

2. 如果你使用了RAYTRACE中的反锯齿，记住使用supersample （超级采样）

3. 在raytrace的全局设定中，把maximun depth（最大景深）调的低一点

4. 把所有不参加raytrace的物体排除掉（exclude）

5. 在场景中只要有可能，就不要使用omni灯光，而是采用spot light灯光（因为omni会

计算很多不需要的阴影）

6. 尽量把参加ratrace的灯光放的离目标物体近一点，假如你放在10000单位以外的地方，那你就等吧~~

7. 如果要使用sun light灯光来计算场景，建议改用target direct灯光来代替

8. 尽量的使灯光的衰减范围小一点（falloff），这样你可以减少阴影的计算量

9. 对于所有不需要产生阴影的物体，都从灯光中排除掉

10. 在最后的效果中看不到的所有反射折射都关掉，你并不需要它们给你浪费时间

11. 使用预先生成的反射折射贴图做场景物体中的材质

12. 给所有参加平面镜反射的物体用flat mirror贴图，不要用refract/reflect

13. 使用分层渲染。记住最后你可以在其他软件中合并的~~~，不要把所有的活都让3dsmax 一个干

14. 对于使用的了opcity贴图的物体，如果还要使用raytrace的话，你最好还是考虑一下~~~~

15. 对于不需要使用色彩信息的贴图，坚决使用黑白贴图。比如bump贴图，这样你至少可以节省30%的系统资源

16. 对于要计算大型阴影的场景，你可以用灯光来模拟阴影。具体数值如下(multiplier 0, shadow color = white, shadow density = -1)，没想到吧~~~

17. 根据场景的需要，对远处的物体简化面数并且赋予简单的材质

清晨气氛的光线处理

清晨一般地来说往往有雾，特别在秋、冬、春三季节更为多。清晨时刻，地面上的水分子较多，还没有被蒸发掉，所以便形成了雾。雾效是早晨的一个重要特征。

日出。地球是自转运动，每天都有日出。日出，一轮红日冉冉地升起，红霞满天，往往使地面景物的垂直面被染上一层金黄色，显得色调柔和温暖。

投影比较长。清晨太阳光处于平射时期，所以被太阳光照明的景物的投影很长。光线柔和。清晨的太阳光照度比较低，景物的受光面和背光面的明暗反差比较小，所以清晨的太阳光线比较柔和。

总结清晨太阳光线柔和投影较长

黄昏气氛的光线处理

太阳接近地平面呈日落状态。这时太阳呈橙红色或红色等十分没的红色，太阳附近的天空中出现晚霞的景象，这是黄昏最重要的特征。

投影较长。黄昏时刻的太阳光处在平射时期，所以被照明的景物投影很长。另外，被照明的景物的表面好像也涂上可一层暖色调，这是由于此时的太阳中含有长波光比较多的原因。

黄昏时刻往往空气污浊。这是由于人类社会活动所导致的，如工厂排除的废气，废烟，车辆行驶时扬起的尘埃等等，在测光，测逆光的情况，也会形成空气透视的现象。

总结黄昏时刻投影较长晚霞有一层暖色调空气污浊

夜晚气氛光线处理

夜晚时分，太阳已经落山，月亮缓缓升起，此时更多的就是人工光的亮度从窗子里透出来。当然也有一些人工光是为建筑外墙照面设置的。此时，要体现的更多的就是室外的冷光和室内（局部室外）的暖光的对比。

月光此时可作为室外主光源，从而让建筑蒙上一层微弱的素描关系，包括必要的时候也可以产生很微弱的投影效果。对于夜景的布光来说，处理好内外光线的对比，以及室内光如何更加有层次和重点往往是这种气氛的大灯难点，相对来说，夜景的打光往往是室外表现图打光技法中最难的。

总结夜晚室外主光源是月光处理好内外光线的处理。

雨天&雪天气氛的光线处理

雨天气氛的效果，往往是天比较阴的效果，此时室外光线很弱，更多的是表现建筑在雨中的朦胧效果，这类表现图并不常见，打光可以按照阴天气氛的打法去做即可，可能更多的是一种“黑云压城”的感觉

雪天气氛，则往往有下雪中和下雪后的不同表现方式。下雪中，外部光线较弱，会有雪产生的反射对建筑的影响，从而使整个场景看起来更加“干净” 下雪后太阳出来外部光线恢复较强感觉，加之雪产生的反射效果，会给建筑蒙上一层更加“素雅”的气氛。

什么是色温？

人们感觉到的光源的颜色，用色温或相关色温表示，单位为开尔文（K）

色温是指当光源的颜色和一完全辐射体（黑体）在某一温度下发出的光色相同时，完全辐射体的温度就称为该光源的色温。

色温有几种类型？

色温在5300K以上时称为冷色型

色温在3300—5300K时称为中间色型

色温低于3300K时称为暖色型

eg：日光色温为5300~5800K 40W 荧光灯色温在3000~7500K 40W的白炽灯色温为2700K.

太阳光照射时有几个时期？

平射时期斜射时期顶射时期

太阳光平射时期的特点？

在这一时期太阳光通过的大气层比较厚，阳光被散射和遮挡的也比较少，所以照度就小些。另外这一时期阳光中的短光波被吸收，散射的也比较多长波光被吸收或散射的相对较少，所以此时投射到地球表面的阳光含有长波光的多而色温偏低。平射时期太阳光的色温偏低被照明的景物都会在偏暖色的阳关下显得浅浅的橙黄色。另外阳光的照度也显得比较低景物的反差小静调色温显得柔和。

总结平射时期色温地偏暖色物体一般有橙色的感觉一般在早晨

斜射时期的特点？

这时期的太阳光是白光，它的色温也正常。所以在白光照明下的景物，能正好地表现景物表面的固有色。另外斜射时期景物的明暗反差适中所以这一时期能比较好的反应景物的色调和影调。

顶射时期的特点？

这一时期的太阳光的照度最大，景物的反差强、影调显的硬。阳光的光谱成分基本上是白光，，但色温略偏高（冷色型）。这一时期的景物的影调和色调的重要特点是明暗反差大调子硬。、

总结属于冷色型

日景（晴天）的光线处理

这是最长表现的效果，以便看清在正常的斜射或直射效果下建筑的“本来面目”，这个时期效果下的图往往能比较真实的反应建筑的设计理念，尤其是对材质及色彩的真实反应晴天效果的表现图在布置灯光时重在体现光影关系和材质的变化上

在传统的渲染方法下，常常由主光源系统和辅助光源系统及补光系统来创建出整个光环境

阴天气氛的光线处理

阴天本身也是十分丰富多样的，黑云压城的感觉薄云遮日的“假阴

天”共同点：散射光照明形态

常常表现的是薄云遮日的“假阴天” 这是比较理想的光效光线效果比较柔和照明效果比较均匀天空呈白色亮度非常高。