三维技术在室内灯光照明设计的应用设计方案

三维技术在室灯光照明设计的应用设计方案

第1章：绪论

1.1 研究背景

三维技术的发展不仅引起了人们生活方式的变化，同时也为室设计行业带来了新的表现技术和表现模式，对着传统的表现语言和表现手段产生了强大的冲击。通过运用三维表现技术，便于室设计师在设计阶段来推敲和完善自己的设计，让设计方案的部分实施问题得到及时的解决；便于搭建设计师和客户之间沟通的桥梁，让设计师能以更有效、更简明、更直接的方式去表达设计意图和实施结果，同时也可以让业主更省时省力地去理解设计师的设计意图。

早年的室设计表现都是以手绘的形式出现，绘制者多为专业设计师。一直到2000年左右，国才开始将三维表现技术运用到室设计中，但当时由于计算机硬、软件发展的限制和制作者使用技术和经验的尚未成熟，三维表现技术的应用水平普遍不高。随着计算机硬件和软件的发展，随着制作者经验的不断成熟，近年的室设计表现几乎都成了三维技术的天下，大量的专业软件不断更新，大量的专业人士广泛参与，并分化出了专门的效果图制作公司和三维场景巡视动画制作公司。

目前，在室设计专业领域中，三维表现技术主要应用在三维效果图和三维场景巡视动画两大方面，涉及模型、材质、光照、渲染、动态等多项技术，三维表现技术的出现，除了为室装饰工程项目的设计、计划、造价提供高度可靠、集成、实时的信息以外，还有助于提高效率、减少错误、降低成本，进而改变设计师、施工方以及业主之间的传统关系，让设计师可以在一个崭新的无纸化世界里牢牢把握整个设计方案。

三维表现技术的出现的一大特点便是对于室场景的灯光模拟，在虚拟空间中表现出近乎真实的灯光效果，为室灯光设计提供了很好的前提和条件。

1.2 研究意义和目的

从理论的角度上，本文分析了室设计表现技术中灯光的模拟和运用，通过简述三维表现技术的发展、室设计中灯光的重要性，来体现和说明三维技术对于现代室设计的重要意义和不可或缺的地位。从而对三维技术在室设计中的深化应用与纵深发展起到积极的作用。

1.3 相关研究综述

目前，对三维表现技术的研究成为室设计专业的一个重要研究方向，众多企业、高校和个人对此作了较深入的研究，并出现大量的相关软件的教材、论文及视频资料，主要以介绍基本工具的使用为目的。以出版物形式出现的相关研究多以介绍基础知识为主，还不能完整地称之为研究。在某些和论坛上发表的某些教程，虽带有一定的技术深度，但又缺少必要的综合性。还有部分从业者就三维软件操作技术层面进行得探讨，散见于各大专业论坛和其私人博客，其容多停留在单纯的某个技术问题的解决上。

大多数研究者是站在纯粹的软件技术的角度对三维表现进行研究，在研究过程中，强调的是软件技术的掌握和应用，未从室设计灯光与三维技术的相互关系进行深入探讨，没有针对具体的室设计灯光的具体容进行三维表现技术的应用研究。

1.4 本文的主要研究容

三维技术的发展不仅对我们的设计观念、设计思维和设计工作方式提出了新的要求，同时也对我们的创意表达、方案表现手段与方法提出了挑战。主动探索室设计在三维表现方面的新技术和其发展趋势，成为今天摆在每一位设计师面前急需思考和解决的课题。

本文主要论述了三维技术与室灯光设计的关系，总结了三维表现技术的发展历程，明确了三维表现技术的概念与畴，人类的灯光发展历程。利用3dsmax、v-ray 系列表现软件完整呈现出三维表现技术在室灯光设计中的具体运用。本文详细介绍3dsmax软件中，室灯光的处理设计过程，并对3dsmax软件中的各类灯光参数、灯光设置、灯光类型进行介绍。

第二章：三维技术简介

2.1三维技术的概念

三维技术，顾名思义：是一种可以在计算机虚拟世界中展现出（x，y，z）三轴坐标图像的技术。针对于传统的二维图像技术而言，三维技术可以更好地在虚拟世界中诠释出真实物理世界中的光影、毛发、粒子等物理现象，从而达到更加逼真、更加写实的效果。

在二维时代，人们如果想要以虚拟图像（而非照片）展现出真实世界，必须要求图像制作者本身拥有较强的美术功底以及对视觉的把握能力；而在三维时代，图像制作者只需要将精力用在制作模型、贴材质、加灯光等方面，专心将图像主体本身精细化，而不必将时间浪费在三维效果的制作上，三维效果会自动由计算机软件计算出来（称之为“渲染”），从而为图像制作者节省了大量的时间和精力。

三维技术作为一种信息技术时代的高科技产物，和许多其他高新技术一样，最初都是源自于军事应用领域。三维技术最先被应用于演示导弹的弹道以及向军队展示精密的武器零件，随着现代半导体工业日趋先进和完善，三维技术在民用领域的应用潜力被挖掘出来，三维技术本身也经历了脱胎换骨的发展。

2.2三维技术的发展历程

2.2.1三维技术诞生

从20世纪60年代开始，现代半导体工业的雏形形成，发达国家最先发明了三维技术，并在军事领域应用。虽然当时的三维技术很原始，仅仅是在虚拟环境中展示物体形状而已，但是那时的三维技术仍然只是极少数军队科学家在实验室中摆弄的级产品，普通人根本无从接触。

2.2.2民用领域初尝滋味

随着半导体工业继续发展，上世纪80年代开始，民间逐步开始接触到原先深不可测的三维技术——好莱坞的电影公司出品了一些使用到三维特效的电影。

在这个时期，出现了专门用于三维图像制作的图像工作站，即一种专门用来做三维图像的电脑，当时的三维图像都是通过这种工作站完成的。由于工作站特有的局限性（庞大、复杂、昂贵），当时的三维技术也只是一种只有少数人才能接触到的鸡肋而已。

2.2.3稳定发展期

仍然是半导体工业的发展带领了图形图像技术的繁荣，工作站变得越来越小、越来越廉价、三维制作技术也变得越来越简单。上世纪90年代开始，电影工业和机械设计业开始大量采购三维图像工作站作为重要的开发工具。以电影工业为例，这一时期比较著名的大量采用了三维技术的电影有：《星球大战》系列、《泰坦尼克号》、《侏罗纪公园》、《哥斯拉》等。并且在这一时期也出现了一些纯粹使用三维技术制作的动画片，但是由于技术比较原始，在这里不做详细介绍。

值得注意的是，由于微软公司成立，Windows DOS系统上市。在90年代世界上第一款图形交互系统——Windows 95系统——的出现，使得个人计算机开始普及，三维图像的制作工具出现了由专业的图像工作站（SGI）向个人计算机（PC）转移的趋势，这种趋势为三维技术迈向下一个时期——繁荣期——做好了铺垫。

2.2.4繁荣期

到了21世纪，个人计算机已经走进了千家万户，Autodesk、Adobe等知名的图像软件制作公司相继推出了Windows、Mac、Linux版本的三维图像制作软件，三维技术达到了前所未有的繁荣期！

由于个人电脑的普及，三维图像制作的技术门槛和经济门槛进一步降低，三维技术得以走进寻常百姓家，出现了“图形图像行业已经被三维技术占领”的空前盛况。从21世纪初至今，电影电视业（包括动漫产业）、机械设计业、产品设计业、建筑业、基础设施建设、广告业、软件业... ...无不被三维技术包围，生活中随处可见应用到了三维技术的产品。三维动画片、三维特效电影、3D广告效果图等文化产品更是蜂拥而起，迅速占领市场。

综上所述，由于三维技术所特有的先进性、便捷性，三维技术已经渗透到了各行各业，可以说我们现在所处的这一时期的日常生活已经离不开三维技术了。

2.3现代常用三维技术软件

（一）Maya

Maya是一个包含了许多各种容的巨大的软件程序。对于一个没有任何使用

三维软件程序经验的新用户来说，可能会因为它的容广泛、复杂而受到打击。对于有一些三维制作经验的用户来说，则可以毫无问题地搞定一切。Maya的工作流程非常得直截了当，与其它的三维程序也没有太大的区别。只需要熟悉一至两个星期，你就会适应Maya的工作环境，因而可以更深一步的探究Maya的各种高级功能，比如节点结构和Mel脚本等。

（二）Softimage/XSI

XSI是一款巨型软件。它的目标是那些企业用户，也就是说，它更适合那些团队合作式的制作环境，而不是那些个人艺术家。籍此原因，我个人认为，这个软件并不特别适合初学者。XSI将电脑的三维动画虚拟能力推向了极至。是最佳的动画工具，除了新的非线性动画功能之外，比之前更容易设定Keyframe的传统动画。是制作电影，广告，3D，建筑表现等方面的强力工具。

（三）Lightwave

对于一个三维领域的新手来说，Lightwave非常容易掌握。因为它所提供的功能更容易使人认为它主要是一个建模软件。对于一个从其它软件转来的初学者，在工具的组织形式上和命名机制上会有一些问题。在Lightwave中，建模工作就像雕刻一样，只需要几天的适应时间，初学者就会对这些工具感到非常地舒服。Lightwave有些特别，它将建模（Modeling：负责建模和贴图）和布局（Layout：动画和特效）分成两大模块来组织，也正是因为这点，丢掉了许多用户。

广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。它的操作简便，易学易用，在生物建模和角色动画方面功能异常强大；基于光线跟踪、光能传递等技术的渲染模块，令它的渲染品质几尽完美。它以其优异性能倍受影视特效制作公司和游戏开发商的青睐。火爆一时的好莱坞大片《TITANIC》中细致逼真的船体模型、《RED PLANET》中的电影特效以及《恐龙危机2》、《生化危机-代号维洛尼卡》等许多经典游戏均由LightWave 3D开发制作完成。

（四）Rhinoceros（Rhino）

Rhino是一套专为工业产品及场景设计师所发展的概念设计与模型建构工具，它是第一套将AGLib NURBS 模型建构技术之强大且完整的能力引进Windows 操作系统的软件，不管您要建构的是汽机车、消费性产品的外型设计或是船壳、机械外装或齿轮、甚至是生物或怪物的外形，Rhino 稳固的技术所提供给使用者的是容易学习与使用、极具弹性及高精确度的模型建构工具。从设计稿、手绘到实际产品，或是只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为彩现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。Rhino 可

以在Windows 的环境下创造、编排或是转译NURBS曲线、表面与实体。在复杂度与尺寸上并没有限制。此外，Rhino并可支持多边网格的制作。

（五）Bryce

Bryce是由DAZ推出的一款超强3D自然场景和动画创作软件，它包合了大量自然纹理和物质材质，通过设计与制作能产生极其独特的自然景观。这个革命性的软件在强大和易用中间取得了最优化的平衡，是一个理想的将三维技术融合进您的创作程序的方法，流畅的网络渲染、新的光源效果和树木造型库为您开拓创意的新天堂。全新的网络渲染 - 在网络中渲染一系列动画图像或是单图片，大大节省时间和金钱。

（六）AutoCAD

AutoCAD（Auto Computer Aided Design）是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。现已经成为国际上广为流行的绘图工具。AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。

（七）3D MAX

3D Studio Max，常简称为3ds Max或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC 系统的三维动画渲染和制作软件。其前身是基于DOS操作系统的3D Studio系列软件。在Windows NT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。3D Studio Max + Windows NT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X 战警II，最后的武士等。

（八）Google Sketchup

SketchUp是一个极受欢迎并且易于使用的3D设计软件，官方将它比喻作电子设计中的“铅笔”。它的主要卖点就是使用简便，人人都可以快速上手。并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至Google Earth里。