多光源復雜場景在dcs中的表現原理和策略

3dmax是世界上最流行、最廣泛應用的三維圖形軟件。從出版之初起，它受到了良好的評估，它逐漸改進和改進，融合了自身的藝術表現力，反映了它強大的生產和模仿功能。3DSMAX所創造出的三維空間實際上就是模仿現實生活中的生活場景,無論是造型還是材質都可以通過光照用視覺感受出來。既然是人在感受,那么在模仿實際場景的制作過程中就必須遵循人類對光和影的視覺感受規律,而“光影素描”一系列的理論體系正好可以作為基礎為初學者借鑒。本文提出用最基礎的“光影素描”理論解釋光的變化規律以及光影對場景的影響,并擴展到多個光源,結合3DSMAX渲染中的“全局照明系統”等重要的光學系統揭示共同的內在原理,為初學者提供借鑒。一、主觀感受的基礎光影素描又稱“全因素素描”和“傳統素描”,繪畫者在繪畫時除了客觀地模仿實際真實物體以外還必須依靠自己對物體的主觀感受來刻繪,對實際的物體進行透視變化、形體比例、解剖結構、明暗層次等進行分析,用眼睛所觀察物體的習慣進行基礎的繪畫。其主要的特征是在借助光照射物體的表面時形成的明暗關系用觀察的習慣表現出來,用明暗來控制結構關系、透視關系和空間關系。這里僅從與3DSMAX“布光”聯系最密切的“色彩透視”和“光色與明暗”兩個側重點來闡述。(一)空氣對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的布光中最容易運用的色彩透視。自然界中的物體與我們的視點之間,無論距離遠近,總存在著一層空氣,物體反射的色光必須通過空氣這個介質傳遞給我們的視覺。這個現象或過程稱為色彩透視。隨著眼睛與物體距離的遠近變化,空氣厚度也會發生變化,從而使物體的色彩在人們視覺上發生了變化,近暖遠冷、近純遠灰、近處對比強烈而遠處對比模糊。色彩的透視現象不僅在素描和色彩的風景寫生中最為常見,而且也是在3DSMAX場景中用光色表現空間最常用的手段。色彩透視規律主要表現在:(1)近處對比強烈,遠處對比微弱;(2)近處的形色“實”,遠處的形色“虛”。(二)“三大面、五大調”的模仿能力光影的照射是我們用視覺認識客觀事物的必要條件,物體在光源的照射下會呈現出明暗效果的變化,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也可以改變物體的真實形態,造成視覺感受的假象和幻像,正是它的可創造性讓藝術表現力更強。經過實踐探索以及長期對繪畫經驗的積累,人們將這些復雜的明暗層次歸納為“三大面、五大調”。光影素描中所呈現的“三大面、五大調”,既是科學的規律,又是藝術表現的手段,通過明暗調子對客體深入細致的描繪,真實外表的再現能反映事物的本質與內涵,因而光影素描具有較強的模仿能力。由于理想光影環境——單光源在現實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場景的影響。二、“黑、白、灰”黑、黑、灰的結合在3DSMAX中,默認的照明是-X,-Y,+Z與+X,+Y,-Z處的兩盞燈,但是在很多時候我們一般不會用默認的燈光,主要原因是它的藝術表現力不是很強。并且在渲染時一旦你在場景中建立了燈光,這兩盞燈就會自動關閉。在3DSMAX提供的TargetSpot、Omni、DirectioalLight等燈光都是模仿現實生活中的燈光,并且這些燈光都賦予了各種調節變化的功能,都可以根據需要調節其大小、形狀、位置、顏色,甚至可以打開或關閉影子,設置影子邊緣的柔度,設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里面一個經典的光照理論——三點照明,當然它的理論支撐實際上也是來源于對素描光影的分析,不同的是她將光影素描的藝術表現效果更加實物化,將黑,白,灰三大面的明暗效果用三大光源來代替。“主光”最亮,一般用來表現場景的中心地帶,賦予場景主題,當然在需要的時候可以投射陰影;“背光”在素描中最常用于背面,背光強度等于或小于主光,主要用于反光,表現出物體的體積感,將對象從背景中分離出來,襯托場景的中心同時展現場景的深度,給場景以深度的空間感,“輔光”在素描中等同于灰面,表現出物體的體積感,展現物體和場景的鏡度特效,給二維的平面以三維深度效果,常在攝影機或者物體的左側,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。以上所說的三點照明布光原則是從宏觀的角度來闡述,但是在一個龐大的三維場景中不可能只用三點照明即可以全部解決,所以布光時我們可以用劃分各個小區的辦法來處理,先劃分主次,然后進行逐一的分析。但是按照這個方法會出現另外一個問題:整個場景可能會出現幾十處燈光甚至更多,隨著燈光的增多場景就不容易控制,燈光的相互交錯會在整體上出現不和諧,這也是無數燈光師最頭疼的事。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,從寫生對象整體明暗關系著眼。要把握整體和局部的關系——比較和綜合,所說的“比較”即是指觀察對象時對對象的全面分析,找出主體和襯托,主光源和輔助光源,對黑、白、灰之間的關系進行更細致地分析找出色階的差別,以此為依據而對燈光進行布置。所謂“綜合”就是指對整個場景進行全局把握,對有多處燈光交匯地方做光影分析并作適當調整,因為燈光的增多勢必要造成某些物體受光過度甚至丟失陰影,反光部分的亮度超過高光,遠處灰暗部分反而比近處亮。當然了在新的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光影的研究,不難發現掌握好光影素描的基本理論體系對我們很好地把握3DSMAX的布光大有裨益。僅有光影素描的理論對藝術創作來說還明顯不夠,畢竟我們要以3DSMAX為平臺進行創造,所以還有一個重要的方面就是要對3DSMAX所提供的光線模擬系統有全面的掌握,對其提供的模擬光線運算原理、屬性、菜單熟練掌握。三、dsma工藝及處理方法介紹認識3DSMAX的光學模擬系統就有必要了解一下3DSMAX渲染器對光線的運算原理,因為應用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光線運算原理對我們布光有很大幫助。在過去的版本中,3DSMAX發布的是基于掃描線算法的內嵌渲染器,也就是說在3DSMAX默認的渲染系統里如果不安裝其他插件,那么它內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。而最新的版本則對其進行了進一步的改進,包含MentalRay渲染器,乃至于還有很多應用于不同領域的專業渲染器,但這些軟件一般是以插件的形式安裝,當然隨著渲染技術日益發展,現在的渲染器對光線的模擬和運算也更加準確完美,其渲染器對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軟件包已經具有了真正最前沿的渲染技術。以下對這幾種處理方法進行簡單介紹以便于更好地掌握3DSMAX的光學模擬系統。光線跟蹤:其核心技術就是表面之間追蹤射線。它的主要運算法則是追蹤從觀察點到各個表面的射線矢量。因此雖然渲染出來的圖像可能很漂亮,但是渲染速度相當慢。光能傳遞:在3DSMAX的光能傳遞算法中主要分為:初始質量、細化迭代(所有對象)和細化迭代(選定對象)、重聚集三部分。但在光能傳遞處理過程中主要使用前兩個階段,在最終渲染過程中使用第三個階段,在前兩個階段中,您可以隨時停止和啟動,這樣可用于計算中間結果或增加所需的準確性級別。輻射度渲染法:實際上是一種逆向的思維渲染方法。否認光源和物體的劃分,認為每一個物體都是一個光源,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。這種方法計算的光線的效果是最好的,但是其運算量是相當大的。全局照明法:這是3DSMAX對光線處理最常用的一種辦法。其工作原理是計算一個場景中所有光線的交互,跟蹤光線在對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,這些色彩會表現在其他相鄰對象上,形成更加準確的色調和陰影效果。結束語總之,