MAYA渲染 其它资料

MAYA渲染 其它资料 2(2 摄影学照明基础 我们的工作是要在二维的平面上表现出三维的空间，也就是说，除了要在二维平面上表现出场景或是物体的形状、色彩之外，还要尽可能真实、准确地表现出它们的空间感、体积感和质量感。这一直是困扰着我们的问题，我们曾尝试着通过各种途径来改善作品，创造一种真实的空间效果或是表现出物体真实的质感。最后，我们发现灯光对此起到了决定性作用。 实际上，我们在生活中感觉到的空间效果是由物体表面的明暗对比产生的。通常情况下，一个物体有灯光照明时，观察到的物体的表面并不是均匀受光的，可以按照受光表面明暗的程度分成三部分:亮部物体上最亮的区域被称为“高光”、过渡区域和暗部物体上最暗的区域被称为“死点”。我们会感知到亮的部分距光源要近一些，暗的部分离光源远一些，或是处于物体的背光面，这样就有了远近关系，也就是产生了空间尺度。我们在创作三维作品时，一部分工作就是需要正确地在平面上表现出场景和物体的明暗关系，那么视觉经验就会使观看者产生一种习惯性的错觉，即根据作品中的场景和物体的明暗关系判断出物体的相对远近，从而感觉到空间效果，如图 2-149 所示。 布光的目的之一，就是要恰当地控制物体的明暗反差和投影的浓度与个数，这些与物体表面的质感表现关系极大，也和作品的创意要求密切相关。 下面将从光的物理属性、光效及分类、光位对光效的影响等方面介绍摄影学中的灯光照明理论知识。 2(2(1 光的物理特性 我们有必要了解光的物理属性，以进一步理性地认识光和它的特性。光的物理属性包括:光的直线传播属性、光的反射属性、光的折射属性和光的衰减等。 1(光的直线传播属性 光线在同一种密度均匀的介质中是按直线传播的。 光的直线传播特性决定了光的透视关系。在实际生活中，光照射到不透明的物体表面上，一部分光被物体表面吸收，另一部分会被反射，反射光线进入我们的眼睛，我们就会看见物体。另一方面，光线被物体不透明的表面遮挡，在物体的后面就会产生阴影，光的透视关系就是指光与影的现象。我们用图示来说明这种关系:点光源的光线发散，所以照明物体时在背景也就是投影平面上所产生的阴影会产生扩散，不等于物体的实际尺寸。在光源和背景保持不动的前提下，物体离光源越近，其阴影也越大，如图 2-150所示。在光源和背景位置不动的前提下，改变物体与背景的角度，会改变投影的形状和大小，如图 2-151所示。 在光源和被照射物体位置不动的前提下，改变背景和物体的相对角度，会改变投影的形状和大小。当背景与被照明物体平行时，阴影的形状与物体的受光面的形状相似;当背景与被照明物体成一定角度时，投射的阴影就会变大或是变小，并且会产生变形，如图 2-152 所示。多个点光源从不同角度照射物体时，会使照明区域和阴影区域产生交叠，称为半影区;阴影区域交叠最暗的部分称为本影区，如图 2-153 所示。 大面积光源性质与 Maya 中的面光源相似的照明效果和投射的阴影效果与点光源有所不问。因为光源面积大，我们可把它看作是由无数个连续的点光源组成，这些不同位置的连续的点光源从多个角度照明物体，所以物体被照射的总面积变大，明暗过渡和对比被减弱，变得柔和、细腻。因为这些点光源的连续性，本影区和半影区的过渡也会变得不明显，产生一个由虚到实的过渡，阴影会变得相对浅淡。如果面积光足够大，背景足够远，照射角度又合适，投影甚至会消失。我们在生活中接触到的雾灯、反光罩、大面积的灯箱，都是这一类光源，如图 2-154 所示。 上述几点都是我们在生活中观察到的，有兴趣的读者可以自行实验来证明。 2(光的反射属性 光照射到物体表面上时，一部分光会被物体吸收，另一部分会被物体表面反射(当这部分反射的光线进入我 们的眼睛时，我们就对物体有了感知)。光线在物体表面的反射遵从反射定律，即“反射光线与入射光线和法线在同一平面上，反射光线和入射光线分别位于法线的两侧，反射角等于入射角”，如图 2-155所示。 3(光的折射属性 光从一种介质进入另一种介质，光的传播路线会发生改变。折射光线位于入射光线和界面的法线所决定的平面内，折射光线和入射光线分别在法线的两侧。光由光疏介质进入光密介质时，入射角大于折射角;反之，光从光密介质进入光疏介质时，入射角小于折射角。当入射角为零时，则不管是从哪种介质入射，折射角都等于零。实际上光在折射的同时也总是伴随着反射现象，如图 2-156 所示。 4(灯光的衰减 现实生活中，我们发现光线在传播的过程中时刻伴随着发散和能量的衰减，灯光的照明在超出了一定的范围后，(也就是在传播了一定的距离后)效果就会变得微弱。因为光线的衰减属性，光源位置、物体位置和投影背景位置的不同，对照明和阴影效果会产生很大的影响。 改变光源与物体之间的距离，会改变被照明表面与暗部的反差。当物体距离光源较近，被照明表面受光相对较多，与暗部反差会很大，物体亮部与暗部会有明显的界限(称为明暗交界线)。当物体远离光源时，被照明表面所受光相对较少，又由于光的扩散和衰减，使物体受光由亮部到暗部呈递减变化，明暗交界线不舍分明显。 对于投射的阴影来说，物体离光源越近，产生的阴影也就越浓重、明暗反差也越强烈。离光源越远，效果反之，如图 2-157、图 2-158 所示。 5(光的颜色 此外，我们还要从物理学的角度来讨论一下光的颜色。光是有颜色的，物理学中提到，光具有波粒二相性。可以将光(可见光是其中的一个特例)当作波来看。波有波长，波长与频率成倒数关系。波长越短，则频率越高，且辐射携带的能量越多。光的粒子学说认为光的能量以小包(量子，也称光子)的形式传播。光根据其波长的不同，排列成一个电磁光谱，我们所能知的只是光谱中范围很小的一段可见光。这些可见光，又因为波长的不同，展现出不同的色彩，这些色彩的光融合在一起就是白色光。物体之所以有色彩，是因为不同的表面具有不同的物理属性，只反射可见光中某些波长的光线，而将其余波长的光线全部吸收了，所以我们会区分物体的颜色，如图 2-159所示。 2(2(2 光强和照度的概念 光强: 光强是指光源发出光的强度，可以用发光效率的光亮值 流明,瓦来表示。 照度: 被摄体表面受光的程度称为照度。光源的发光强度越高， 距离越近，被摄体的反射率越高，则被摄体的亮度越高。所以 说，光源的发光强度、光源与被摄体的距离、被摄体的反射率 这三者是物体照明效果的主要因素。 2(2(3 光源的性质和分类 光源的性质是指光效的强弱、软硬、宽窄、远近等，不同的光性会产生不同的照明效果。下面针对灯光的性质进行分类说明。要注意的是，光的分类都是根据光效相对而言的，并不存在绝对的划分。在下面的示例中，为了更清楚地表现出效果，我们只使用相应类型的光源作为场景中惟一的照明光源。 1(按照发光的强度，光源可分为强光和弱光 强光:强度高，对物体的造型力强，立体感与空间感的塑造力强，色调清晰，色彩明锐，景深也 可控制得较长。强光使物体的受光面的亮度大幅度提升，但是暗部的亮度相对增加不大，如果没 有环境反光，会造成强烈的反差，如图 2-160 所示。 弱光:强度较低。对物体受光面的亮部增加相对不大，倍照射物体明暗反差小，色调柔和，质感 细腻，但是景深会受到影响。宜使用在高光洁度、高反光度或亮度反差大的物体的照明上，如图 2-161 所示。 2(按照发光性质(主要指光源发出光的软硬)，光源可分为硬光和软光 硬光:从光源直接发出的光，例如聚光灯和泛光灯发出的光。光线与光源 发射方向的主轴平行或 稍微散射，方向性明显，亮度高，产生浓重的阴影，被摄体受光面和背光面反差大。对造型和立 体效果的塑造力强，反光与耀斑强烈，对质感表现欠细腻。但在勾勒轮廓，隔离物体与背景，表 现形态时较为鲜明，但往往会很生硬，对粗糙质感的物体刻画较佳，如图 2-162 所示。晴天的如 光为直射光，光效强而硬，投影浓重，是典型的硬光。 软光:光线散而柔和，方向性不明显，照射的面积大，光斑与投影均不明显。对物体的质感表现 细腻，色调层次丰富。物体的亮部与暗部反差较小。相对而言，强光总较弱光的性质硬，如图 2-163 所示。 薄云蔽日，阳光散射、光亮，性质相对较软，投影浅淡。阴天阳光光线全部漫射，性质软而柔，方向不明显，无投影。 3( 按照光源的发光面积来分类，光源可分为宽光和窄光 宽光:投射角度大或范围广的光线称为宽光。宽光可以分为硬光、软光，也可以为强光或弱光。 宽光的直接照明多作为主光、轮廓光和隔离光使用，如图 2-164 所示。 窄光:照射角度小或范围窄的光称为窄光。窄光如作为主光照明会产生强烈的明暗反差，因此， 它多用作补光和修饰光，以对物体上要强调、突出的局部进行补偿或修饰照明，也多用作提高暗 部亮度以缩小物体的明暗反差，达到想要表现的整体色调，如图 2-165 所示。窄光距离物体远， 则会使光线发散。 光源的面积是相对于被摄体的大小而言。太阳从地球上观察是点光源，但是因为发光面积大，距离远，照射到地球上的光线可近似地认为是相互平行的。所以可以看作是一个巨大的宽光。 4(根据光源距离物体的发光距离，光源又可以被分为近光和远光 近光:光源移动到离物体相当近的距离上时，会使物体产生强烈的反差吗，形成浓重的阴影，并 使光集中在距离光源最近的物体上，甚至在它的局部。近光会加大物体和背景的光比，使投影更 加深暗和变大。这种光位会使物体产生反常态照明，使物体造型有畸变和不舒适的感觉。当光源 性质越硬、发光强度越大、发光面积越小时，这一现象就越明显，如图 2-166 所示。 远光:当光源移离物体远处时，原来因距物体较近而形成的强光会减弱而形成弱光，这样它的发 光性质就趋于较软，因此，物体的反差会减弱。另外，当灯位拉远后，发光面积相对增大，如果 物体周围环境反光条件良好，物体的暗部会得到较多的反射光，而进一步使反差降低。将灯位拉 远可使投影缩小和减弱浓度，如图 2-167 所示。 布光时，对不同性质光源的选择，应该是依据作品所需要表现的效果及物体的造型特征、质感来决定。一般应满足以下几项要求: 1 适当的发光强度，以保证得到理想的反差和足够的景深。 2 适当的发光距离，以得到均匀的照明。 3 适当的发光面积，以使物体得到均匀的照明、较理想的色调基础和造型特征。 2(2(4 光位及不同光位的照明效果 适当的发光性质，加之恰当的光位会真实地表现出物体的质感。光位是灯光照明中很重要的概念，摄影学中定义“光源以被摄体为中心，在其周围移动的位置称为光位”，也就是灯光相对于被照射物体的位置。同一盏灯，处于不同的光位会产生不同的甚至是对立的照明效果和感情色彩。灯光师所要做的工作之一，就是根据作品的要求，合理地选择灯光和布置光位，以达到需要的效果。 我们人为地按照水平方向和竖直方向，把光位总结为: 水平方向:正面光、偏正光、前侧光、侧面光、后侧光、轮廓光、逆光。 竖直方向:?ス狻?呶还狻?形还狻?械臀还狻?焦狻?臀还狻?坠狻?这里所说的灯光位置的角度是指灯光与摄像机和物体连线之间的角度，如图 2-168 所示。 我们先来讨论水平方向上各种光位的效果，然后在讨论竖直方向上的光位效果。在下面的示例中，为了清楚、直观地表现效果，我们只使用相应光位的光源作 为场景中唯一的照明光源。 1(水平方向 正面光:从摄像机方向投射向物体的光，也称为顺光。正面光照明条件下，物体的暗部和阴影位 于物体的后方。物体的明暗反差主要是由它的造型来决定，变化丰富的造型的两侧会有适当的暗 部，圆滑的表面明度变化小，层次会显得不丰富，如图 2-169 所示。正面光使物体的造型挺括， 但是效果平淡，体积感不强，不适合表现粗糙的表面质感。 偏正光:是在水平方向上与正面光成 20?左右的光位。该光位使物体的另一侧处于暗部。相对与 正面光，物体的立体感加强，造型轮廓清晰，如图 2-170 所示。 前侧光:与正面光位成 45?左右的光位。此光位使物体的前侧面被照亮，另一侧的后侧面处于暗 部，阴影置于斜侧方，如图 2-171 所示。 侧光:与正面光为成 70?左右的光位。侧光使明、暗部在物体表面平均分布，对表面结构和质感 刻画鲜明，但明暗反差生硬，如图 2-172 所示。 后侧光:与正面光位成 120?左右的光位。光源位于物体的侧后方，使物体的暗部占了表面的大 部分，产生很强的立体感，但是不利于刻画表面的质感，如图 2-173 所示。 侧逆光:与正面光成 140?左右的光位。该光位会使物体的轮廓清晰，但立体感和质感的表现很 不理想，如图 2-174 所示。侧逆光作为辅光，轮廓光或是效果光，一般很少用作主光。 逆光:从物体后部向前投光。可以分离物体与背景，清晰地勾勒出物体的轮廓，是典型的辅光和 效果光。低角度的逆光常用来表现透明或是半透明物体，如图 2-175 所示。2(竖直方向 底光:从物体的底部竖直向上照射的光位。底光光位 常用来表现透明或半透明平台上的物体，常用作造型 光，用光多宽而软，如图 2-176 所示。底光在用作角色 照明时，常用来表现阴森狡诈的性格特点。 低位光:在摄像机与物体连线所在水平面之下，并与 之成 40?左右，向上照射的光位。此光位的灯光常用 作隔离光，用于分离物体与背景。也可用作使背景产 生向上渐变的效果光，如图 2-177 所示。低位光用于 场景照明时可以加强空间纵深感，或是产生神秘色彩。 水平光:此光位的灯光和物体处于同一水平高度，照明特点与正面光相似，但会因水平方位的不 同产生相应的变化。该光位在竖直方向造型感较强，但是使空间感有压缩的趋势，如图 2-178 所 示。 中低位光:比水平线高 30?左右的光位。使物体在侧面上能获得良好的照明，在水平方向上的立 体感较水平光加强。中低位光会产生深长的投影，如图 2-179 所示。此光位适于刻画粗糙的表面 质感。 中位光:与水平位置成 45?左右的光位。此种光位使物体轮廓分明，纵深面的影调有渐变的层次， 是常用的主光光位，如图 2-180 所示。中位光接近于日常生活中的习惯光型，视觉感较为自然。 高位光:高于水平面 60?左右的光。此光位使物体较水平的表面受光较多，而竖直方向的表面受 光不多，如图 2-181 所示。高位光常用作隔离光和效果光，对汽车照明常使用这种光位。 顶光:位于物体正上方竖直向下照射的光位。常用来作 为效果光拍摄透明或是半透明物体，如图 2-182 所示。 各种性质的光在水平方向和竖直方向的光位组合会形成多种多样的照明效果。光性和光位的选择，是要根据作品创意的要求，以场景或是物体的造型和质感为基础的，一切为效果服务。摄影学中的照明理论，是从实践经验中总结出来的一般规律，可以作为我们在布光时的理论指导，但是遇到具体情况要具体分析，不可以生搬硬套。 2(2(5 照明用光的种类 我们按照灯光在场景中的不同功能，将其分为主光、辅助光、轮廓光、背景光、装饰光五种。 主光:主光是场景中对塑造画面形象起主导作用的光源。主光的使用和确定，基本上奠定了画面 的基础照明和形象基调的处理，以及感情气氛的表现，是画面的定形光。主光的方 向性应明显。 在布光时，既要考虑光线的性质，还要细心选定投射光位，这些都必须符合作品创意的条件和画 面气氛，以及从强化物体的外部特征和质感方面出发。 辅助光:辅助光也称副光，是用来补充主光的不足，以提高暗部亮度和加强暗部质感，并控制调 整物体的明暗反差。也常用来提高或突出特别要强调的部位的亮度，这种光的使用往往会使作品 独具神采。辅助光主要用于照明物体的暗部，一般不应超过主光的亮度，用光要自然，勿生硬， 多为软光。主光与辅助光的光强比，基本上决定了作品的光强比和基调。 轮廓光:勾勒物体轮廓的光称为轮廓光。它的作用是为了使物体突出，拉开与背景的空间距离， 使物体“跳出”背景，增加画面深度。轮廓光多用逆光、侧逆光或后侧光，角度一般都会高于被 照射物体。 背景光:背景光用来照明环境背景，用于突出物体，调整主体与背景的明暗虚实对比，创造特定 的环境气氛或增强背景的空间感。背景光在某些情况下，又可以用来说明作品的时间和地点。背 景光一般用均匀的软光，对明度的处理应具匠心，它会直接影响到作品整个画面的情绪和气氛。 装饰光:装饰光用来弥补作品画面中所有布光不足的地方或修饰某些被摄体细部，或突出、夸张 某些局部。一般都是小面积、小范围的软光。 2(3 有关 Maya 布光原则和思路的讨论 布光并不存在着完全可以用的模式。每一次创作的场景条件，作品创意所要达到的效果部会不同，布光方案自然不同。即使是相同的场景，每次布光的方案也不一定会相同。这也就是说解决问题的方法并不是惟一的。我们所要做的就是根据作品所要表现的效果和意境，以摄影学照明理论和日常生活经验为指导，在反复的分析、调试和测试过程中，使作品逐渐趋向于满意的效果。以下提供了常用的布光的步骤和思路，读者可以借鉴和参考。 掌握创意与画面:在创作或足制作一幅作品前，首先要对作品或是故事板的创意和要求有深 刻的认识和理解。不能盲目地在场景中堆积灯光，而是要有目的、有针对性地一步步来增加和调 试灯光。 确定摄像机镜头位置:布光的结果和效果，会因为镜头的不同而有所改变。所以在布光前，要根 据作品的要求或是故事板设定摄像机的镜头位置，再根据镜头位置、构图、场景和物体的特点、 质感等方面而进行布光。 确定画面的主调:根据作品的要求和风格确定作品的主调，或是根据故事板来确定画面的主调。 确定主光光位:主光决定了作品画面的基调，其他灯光要在主光的基础上，以主光为标准进行调 整。场景中，只有确定了主光后，辅助光、轮廓光、背景光才有对比，才能进行定性、定量和定 似。 要注意的是，任们一个画面布光给人的视觉印象都应该是只有一个主光源，即主光源的特征应十分明显地体现。并且无论怎样添加辅助光、轮廓光、背景光，尽量只有一个投影。否则会使光影凌乱，布光无序。 加置辅助光:场景中只有主光照明时会使物体的明暗反差过大，暗部过于深暗以至于失去层次和 质感。这就需要有辅助光辅助照明。辅助光的光强要小于主光，光位适当降低。注意控制主光和 辅助光之间的光比，以保持画面的影调。一般恰当的光比控制在 1:3,1:6 之间。浅淡的物体 光比宜小，深重的物体光比可大些。欲隐的部分光比可小，欲突出的部分加大光比。 设置背景光:在 Maya 中一般会对背景单独布光。利用灯光的连接功能，断开其他光源对背景的 照明，单独创建灯光对背景进行照明。但有的时候主光对背景也会有照明作用，那么在确定主光 时，要兼顾背景的照明。 添加轮廓光:轮廓光用来赋予物体一个与背景分离的清晰轮廓，或是在画面缺少生气的时候给物 体鲜明，光亮的边缘，使作品活泼、跳跃起来。合理的使用会增加画面的纵深感，对突出主题有 不可忽视的作用。轮廓光 大多从物体背部上方逆光或侧逆光方向照射，大多数是从一个光位照射， 也可以从两侧交叉照射。 附加装饰光:装饰光是对物体某些局部或细节进行修饰，有时很难与辅助光分得十分清楚。但要 注意一点，装饰光不是以对暗部提高亮度为主要目的，而是弥补主光，辅助光、背景光，轮廓光 在塑造形象上的不足，是局部小范围的用光，起画龙点睛的作用。最典型的例子就是在高光点处 加十字星光。我们在计算机设备上的布光，是一种模拟光照效果，有别于传统的灯光师的工作， 布光时要分清主次、虚实。一般说来，我们在工作中所遇到的情况可分为以下两种: 1一种是要模拟真实的光照效果，这需要我们对光的物理特性有深刻的理解，同时也要细致地观察生活中的光照效果和光学现象。布光时要以理论为基础分析光照效果，从技术方面解决问题，思路偏向于理性化。使用好的渲染器或是光照系统也可以达到真实的效果。 2另一种即所谓的艺术照明，影视照明，广告照明大多都属于这一类。这一类照明要求在真实光照的基础上进行艺术加工，以突出视觉效果为主，有目的、有用意地布光照明。有时为了体现作品的创意，允许违反常理用光，或是违反自然原理用光，但是这种用光要恰到好处。从其他角度来分类，我们还可以把照明分为角色照明和场景照明，场景照明还分为室内照明和室外照明，或是大场景照明和小场景照明。下面我们通过实例来进一步说明。 2(4 布光实例 布光是一个需要反复尝试的过程，需要不断摸索和总结经验。下面通过几个实例来进一步理解前面所介绍的理论知识。 .