海域征途三维动画开发 --灯光与材质设计---毕业论文

本 科 毕 业 论 文三维动画开发-灯光与材质设计Conquering the Sea 3D-Animation Developing- Design of Light and Material姓 名： 学 号： 学院：软件学院系：软件工程专 业：软件工程年 级：指导教师： 年 月摘要随着客户终端硬件水平的不断提高，三维造型技术逐渐深入到动漫、游戏、展示、影视制作等众多行业中，得益于它比二维平面技术更加丰富的表现力，三维造型技术开始被广泛使用。本项目即旨在使用时下流行的3D技术，开发一部面向年轻人群的动漫短片。本文重点说明的是三维动画开发过程中的一个重要环节灯光与材质设计。论文从以下几个方面进行论述：首先介绍的是近年来国内游戏动漫业的发展情况，以及行业的近期前景。论述了以开发一部三维动画短片的可行性。对所做动画项目的简单介绍，包括故事的背景、剧情和动画所宣扬的主题内容。接着是对动画开发流程的说明，使用MAYA制作一部三维动画通常包括了建模、动画、角色、材质纹理、灯光、特效和后期制作这些步骤。由于本文重在说明材质纹理、灯光的设计这一环节。所以对材质、灯光设计的过程还进行了重点介绍，包括材质选择，纹理的UV映射和灯光排布方法等内容。最后，结合多个场景和角色实例的演示，本文详细阐述了在材质、贴图和灯光的设计过程中可能遇到的一些问题，以及相关的解决办法，如UV的映射和展开方式等。关键词：三维动画；灯光；材质AbstractIn recent years, animation and game industry in china became more and more popular. Comparing to traditional industries and the other branches of Internet Technology industry, animation and games are widely accepted by young people because of their gorgeous visual effect and better interaction. Animation and game industry shows very good prospects.As clients hardware keeps developing, three-dimensional modeling techniques gradually appears in the industries like animation, game, exhibition, film and video etc. Due to the higher level of expressive ability, it is now more widely used than the planar technique.This project aims at using the popular 3-D technology to make a short animation film.This paper describes the lighting and material designing, which is one of the most important parts of 3-D animation developing, from the following aspects:The first part talks about the development of Chinese animation and game industry in recent years. It discusses the feasibility of developing a short film of three-dimensional animation, and introduces the animation conquering the sea, in terms of the background of the story, main scenarios and the ideas it shows to the viewers.The paper then describes three-dimensional animations developing flow, which regularly consists of modeling, animation designing, character designing, material, lighting, special effects and rendering. The process of material and lighting design are emphasized, including the following topics: material selection, the UV texture mapping and lighting arrangement methods.Finally, with several scenes and characters made for the project, the paper raises some problems which may occur in the designing, and also the way to deal with them such as the technique of relaxing UV map etc.Key words: 3D-Animation; Light; Material.目录第一章 引言11.1 项目背景11.2 可行性1第二章 项目概述22.1 故事背景22.2 故事梗概22.3 故事主题3第三章 开发流程43.1 整体开发流程43.2 材质贴图设计流程83.3 开发工具11第四章 详细设计124.1 场景：实验室操作台124.1.1 说明124.1.2 灯光134.1.3 材质144.1.4 贴图154.2 场景：火星实验室出口通道174.2.1 说明174.2.2 灯光184.2.3 材质194.2.4 贴图214.3 场景：火星城市远景244.3.1 说明244.3.2 灯光254.3.3 材质264.4 场景：地球284.4.1 说明284.4.2 灯光294.4.3 材质304.5 场景：星空314.5.1 说明314.5.2 灯光324.5.3 材质334.6 角色：蜗牛334.6.1 说明334.6.2 灯光354.6.3 材质354.6.4 贴图374.7 角色：龙虾394.7.1 说明394.7.2 灯光404.7.3 材质404.7.4 贴图41第五章 总结与展望44致谢45参考文献46附录47ContentsChapter1 Preface11.1 Background Of The Project11.2 Feasibility1Chapter2 Introduction of the Project22.1 Background of the Animation Story22.2 Skeleton of the Animation Story22.3 Main Idea of the Animation Story3Chapter3 Developing Flow43.1 Developing Flow Of The Whole Project43.2 Developing Flow Of Material and Lighting83.3 Developing Tools11Chapter4 Design in Details124.1 Scene：Library124.1.1 Introduce124.1.2 Lights134.1.3 Material144.1.4 Map154.2 Scene：Exit Channel Of The Library174.2.1 Introduce174.2.2 Lights184.2.3 Material194.2.4 Map214.3 Scene：Long Shot Of City On The Mar244.3.1 Introduce244.3.2 Lights254.3.3 Material264.4 Scene：Earth284.4.1 Introduce284.4.2 Lights294.4.3 Material304.5 Scene：Starry Sky314.5.1 Introduce314.5.2 Lights324.5.3 Material334.6 Character：Snail334.6.1 Introduce334.6.2 Lights354.6.3 Material354.6.4 Map374.7 Character：Lobster394.7.1 Introduce394.7.2 Lights404.7.3 Material404.7.4 Map41Chapter5 Conclusion44Acknowledgement45References46Appendix47附录49第一章 引言1.1 项目背景基于电脑和互联网的动漫游戏业在国内还属于新兴行业，特别是在使用三维技术开发动漫和游戏方面，国内业界一直没有能拿出非常成熟的作品。占有市场的大多还是日本、美国等产业成熟的地区。然而，中国人口基数巨大，加上国内电脑和网络的普及率不断提高，动漫游戏行业远没有达到饱和的程度。虽然现时全球金融风暴的影响仍未退散，但是从各动漫游戏公司的业绩来看，行业整体所受的影响要远小于金融、制造业等其他行业。以韩国为例，韩国的动漫游戏产业正是在上一次的亚洲金融危机中迅速成长壮大，原因主要是消费者在金融危机过程中的消费习惯的改变和韩国政府的大力支持1。现在，国家对动漫游戏产业的支持力度不断提高，各种条件齐备，正是国内行业发展成长的大好时机。1.2 可行性一部成熟的三维动画作品的制作常常需要耗费巨大的人力、物力和财力。90分钟的精美动画可能就需要一个千人团队耗时两到三年来打造。作为在校学生，要完成这样的任务显然不太现实，但是如果能够充分发挥项目成员接受能力强、熟悉现代动漫风格、兴趣浓厚的优势，加以适当的指引，相信最后可以成功的完成短片制作的任务。第二章 项目概述2.1 故事背景3210年，人类科技水平已经高度发达，地球上的资源几近枯竭，动植物的数量也减少了很多，绝大部分人类移居在火星上，太阳系中的其他各大行星也都有人类活动。此时的人类智力比从前有了很大的提高，为了给少年充分的锻炼，他们会被单独派往太阳系的各处执行任务。2.2 故事梗概又一批小朋友需要通过完成火星幼儿园毕业任务来取得毕业，在这些任务中孩子的勇气、毅力、智慧等都将受到考验，孩子们从而获得成长。主人翁纳金就是其中一员，被安排地球的海洋中，但并没有被告之需要完成什么任务。纳金带着先进技术和仪器来到地球海洋生活，与海豚娜娜、章鱼若琳、海星肯妮、龙虾艾伦、海螺耶克、海马艾玛六人结为好友，快乐地生活，发生了许多有趣的小故事，纳金也获得了成长。随着故事的发展，地球海洋的严峻问题慢慢显露，一种凶恶的鲨鱼繁殖过量，严重威胁着其他海洋生物的生存，纳金运用自己的智慧、勇气战胜了鲨鱼。此时，火星总部传来庆祝的消息，纳金成功解决了地球海洋面对的生存危机，顺利毕业。以下是动画的一个脚本示例：场景二：3210年 火星 室外到室内【镜头中显示的是从外太空看见的地球，然后镜头迅速移动，对着从外太空看见的火星，继而镜头迅速拉近，穿过火星表面的大气层，俯瞰地面上和空中各种新颖特别的建筑物。过后镜头锁定一幢最高的蓝色的建筑物的顶部，镜头由上而下直至对着它的门，门上写着“火星人类宇宙环境观测站”，（门打开，镜头向内推进。经过一个长通道后，又有个门打开），镜头进入室内。镜头先逐一扫视室内先进的设备，继而镜头对准室内的大屏幕，其上显示为：首先是太阳系八大行星的画面（如下），而后画面分别切换为水星、金星的画面，最后为地球的画面。如下图2-1。 图2-1：设备屏幕显示的画面示例之后镜头切换为科学学家甲和乙的脸的正面】科学家甲【微皱着眉，眼睛盯着屏幕】：地球海洋环境发生了变化，如果按照这种情况继续下去，地球的海洋甚至整个地球都将要面临严重的灾难。科学家乙【站在科学家甲的身边，眼睛盯着屏幕，手敲击键盘】【镜头切换为屏幕，其上显示了在不断更新的数据】科学家乙【表情沉重】：从这些数据来看，这场灾难将无法避免。我们一定要设法保护我们可爱的故乡地球。这个重任将落在那一个被选中的孩子肩上。2.3 故事主题故事中的人类与环境和谐共处，即使搬到火星之后也不忘对地球的保护。借由拟人的手法，以人类少年和各种动物互相帮助，经历艰难险阻，共同完成保护自然的剧情，激发现在青少年的环保意识。第三章 开发流程3.1 整体开发流程三维动画的开发有一定的规程规律可循。动画流水线可以总结为7个阶段：建模、动画、角色、材质和纹理、灯光和摄像机、效果、渲染和合成。这些阶段描述了创建一个动画片所需的主要任务。对于一个方案，会经常同时工作于流水线的不同部分。有一个较好的方法是让工作组在一起制作，使用故事板和草图来讲各种元素串联在一起。如果工作在大型工作室，尽管了解多个领域更有益，但是用户可能会专注于这些领域中的某一方面2。1. 建模建模是动画开发的最初阶段，设计师在这个阶段通过将多边形模型不断做变形等各种各样的处理，搭建起整个场景，这是所有后续工作的基础。如下图3-1。图3-1：建模示例2. 动画所谓动画即通过物体的形变、位移，或者摄像机位置的变化来达到所需的动态效果，这一阶段要完成的任务常有物体的位移、变形等。如下图3-2。图3-2：动画编排示例3. 角色角色就是在动画中使用的诸如骨架关节和反向动力学等特殊控制方案的模型。为角色绑定骨骼可以创建各种仿真的动作。如下图3-3。图3-3：角色的设计4. 材质和纹理按照将要渲染的几何图形的顺序，给定材质属性，它确定光线将如何产生阴影。同时也要给曲面加上纹理以带来丰富的细节和视觉体验。如下图3-4。图3-4：材质的添加5. 灯光和摄像机灯光和摄像机是决定画面风格的最主要因素之一，好的灯光摄像可以制作出类似电影风格的镜头来。如下图3-5。图3-5：三点布光6. 效果许多效果用模型和纹理来表现并不容易，比如火焰、草地和炽热的灯光。使用诸如粒子系统（Particles）和MAYA绘图效果（Paint Effect）等工具可以加入这些效果。如下图3-6。图3-6：MAYA影视制作中的房屋爆破特效7. 渲染和合成一旦场景里所有的部分准备就绪，就可以渲染单独一幅图像或者一系列图像。也可以分别渲染物体，然后使用合成系统把它们一起组合到二维空间里。如下图3-7。图3-7：人物渲染效果图3.2 材质贴图设计流程在本项目的制作过程中，主要涉及的是材质、贴图与灯光三个步骤。1. 材质。要制作出色的材质，首先要对材质这一概念有足够深刻的理解。现实中，不同的物体会表现出各不相同的颜色和质感，这实际上是物体对照射到其表面的光线有不同的反应产生的3。例如，一个表面产生的是镜面反射，将光线集中反射出来，当人眼看到时，我们就会觉得它的材质是“光滑”的，相反如果反射光线不集中，表现出的就是相对粗糙的质感；当一个表面吸收了所有其他颜色的光线而唯独反射出蓝色光，我们就会觉得他的材质是“蓝色”的，这就也是色彩形成的原因。制作材质纹理的第一步为模型选定一个特定的材质节点。MAYA中的材质节点主要分为Surface和Volumetric两种类型，具体包含的内容如下图3-8。 图3-8：Surface材质节点（左）、Volumetric材质节点（右）这些节点中，最常用的表面材质有Anisotropic、Blinn、Lambert、Phong和Phong E这五种。n Anisotropic：Anisotropic意为各向异性，它能对物体表面高光区亮点的长度和方向进行控制，因此适合于表面有纹理的质感，常用的地方如光盘、毛发、丝绸等。n Blinn：Blinn主要用于金属材质的模拟，它对表面亮点具有较好的控制能力，可以产生比较柔和的亮点效果，但同时也需要相对较长的渲染时间，常用来表现铜、铝等材料。n Lambert：Lambert是使用最为频繁的一种材质，它提供的是完全漫反射类型的无亮点质感，用以表现未经打磨，没有光泽的表面，常用的地方如木材、土地、纸张等。n Phong：Phong是出现较早的一种材质节点，带有亮点及反射率控制，常用的地方有塑料、玻璃、金属等。n Phong E：Phong E相比Phong材质而言增加了更多对亮点的控制，可以产生比Phong更柔和的亮点，但表现力不及Blinn。同时它的渲染时间也介于这两者之间。除了这些普通材质节点外，还有些特殊节点也是场景制作过程中常常用到的，包括：n Layered Shader：顾名思义，层材质相当于一个容器，可以向其中添加各种基本材质层叠使用。这与Photoshop中图层的概念非常相似。在Layered Shader中，图层顺序是从左往右，越靠近左边的图层代表越表面的层。利用Layered Shader可以在单一物体表面整合不同的材质属性，从而制作出锈迹、污泥之类的效果来。n Ocean Shader：通过MAYA提供的海洋材质可以方便产生不同速度、浪高或波峰造型的海浪效果。n Ramp Shader：Ramp贴图具有渐变效果，它可以用来控制不同颜色及材质之间的融合效果，除了能够与大部分材质节点连接之外，它还可以用来控制粒子特效。2. 贴图在完成为模型选择适当的材质之后，通常还要为模型制作贴图（Texture），一般在计算机影像空间里，区分为2D贴图和3D贴图，其中2D贴图不产生变形效果，而3D贴图则会根据模型的外形来产生相应的形变。在场景制作过程中，用好贴图可以得到很高的收益，因为制作精良的贴图上带有的如模型细节和光影等效果，可以直接减少建模等环节的工作量，同时大大缩短了场景的渲染耗时4。对于游戏开发，贴图更是不开或缺。从绘制方面来讲，常用的手段是UV Mapping，即将一个模型的表面展开为平面图，然后通过绘图软件在这张平面图上绘制纹理，以此避免不必要的变形。如下图3-9。图3-9：人物头部UV展开图而从程序的贴图方式来讲，主要有Normal、Projection和Stencil三种：Normal（法线贴图）。主要根据物体上的UV呈现贴图效果，UV的尺寸和走向最终决定了贴图的变化。Projection（投影贴图）。在3D空间中投影出二维效果，产生的贴图在不同的对象上具有连续性。投影方式细分为8种：Planar、Cylindrical、Spherical、Ball、Cubic、TriPlanar、Concentric、Perspective。Stencil（标签贴图）。一张图片作为遮罩，以去掉纹理中不需要的部分，这种方式可以用来做标签、LOGO等贴图。3. 灯光灯光是重要的3D技巧，除可以确定物体的轮廓、空间的形状外，灯光的不同还决定了场景的氛围，在MAYA中使用灯光与影视制作中有很多相似之处。MAYA中常用的灯光类型如下图3-10所示。图3-10：MAYA中的灯光类型使用灯光的一个重要过程是对阴影的处理，人眼对物体位置、物体间距离的判断常经验式的依赖于阴影的浓度、范围等因素，所以，正确的使用阴影可以增强空间的立体感。MAYA中的阴影分为深度贴图阴影（Depth Map）和光线追踪阴影（Raytraced）两种，其中光线追踪法能够提供更真实的效果，也需要更长的处理时间。3.3 开发工具项目使用的是软件工具为Autodesk Maya，版本为2009。Maya是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对象是专业的影视广告，角色动画，电影特技等。Maya功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别的高端制作软件。其售价高昂，声名显赫，是制作者梦寐以求的制作工具，掌握了Maya，会极大的提高制作效率和品质，调节出仿真的角色动画，渲染出电影一般的真实效果，向世界顶级动画师迈进5。Maya 集成了Alias/Wavefront 最先进的动画及数字效果技术。她不仅包括一般三维和视觉效果制作的功能，而且还与最先进的建模、数字化布料模拟、毛发渲染、运动匹配技术相结合。Maya 可在Windows NT 与 SGI IRIX 操作系统上运行。在目前市场上用来进行数字和三维制作的工具中，Maya 是首选解决方案。第四章 详细设计4.1 场景：实验室操作台4.1.1 说明地球实验室。这是一个室内场景，出现的主要模型包括：瓷砖地面、控制台、金属管线、钢架结构、散布的显示器以及背景的不规则形状墙饰。手绘彩色原画稿如图4-1，渲染结果如图4-2。图4-1：地球实验室原画稿图4-2：地球实验室（渲染结果）4.1.2 灯光由于实验室操作台这样的地方通常有规律地布置有较多的光源（如日光灯等照明工具），所以整个场景的亮度较高，并且光线分布也比较平均，并不会产生过多过高浓度的阴影。主光源设置在操作台模型上方略靠近摄像机发现的位置，为了柔化阴影，没有采用单一灯光作为主光源，而是使用了5盏减弱了亮度的灯光组成阵列。在辅助光设置方面，由于场景涉及空间不大，侧向光照产生的阴影十分有限，为提高效率，没有必要使用过多的辅助光。在这个场景中，只使用了一个点光源来照亮模型底部不能被主光源点亮的部分，位置在操作台模型下方略靠近摄像机方向。灯光布置方位如下图4-3。图4-3：实验室灯光布置4.1.3 材质以下将本场景中所用到的材质列举成表4-1。表4-1：实验室场景主要材质示例名称及类型使用范围重要参数Wall_pad_1(phong)背景墙板之一Color(HSV): 163.48, 0.51, 0.735Diffuse: 0.8Reflectivity: 0.744Wall_pad_2(phong)背景墙板之一Color(HSV): 180, 0, 1同上Wall_pad_3(phong)背景墙板之一Color(HSV): 235.97, 0.393, 0.779同上Pipe1(blinn)金属管线Color(HSV): 35.86, 0.787, 1Eccentricity: 0.198Specular roll off: 1.764Specular color: 35.16, 0.382, 1Reflectivity: 0.314lambert9(lambert)操作台背后的墙裙Color: leather节点，产生不规则块状图案效果Bump map: cloud节点Diffuse: 0.8Metal1(blinn)钢架和管线连接的铁箱等Eccentricity: 0.364Specular roll off: 2.5Specular color: 白灰双色的blend节点blinn_monitor(blinn)两个挂式的显示器Color: file节点贴图文件（参见4.1.4节）Blinn11(blinn)操作台上方的小显示屏Color: file节点贴图文件（参见4.1.4节）Blinn10(blinn)操作台主显示屏Color: file节点贴图文件（参见4.1.4节）Blinn8(blinn)操作台Color(HSV): 202.12, 0.394, 0.713Floor_Material（lambert）地板Color: checker节点Bump map: 于color相同的checker节点4.1.4 贴图本场景中使用的贴图有blinn_monitor、blinn10、blinn11的颜色节点。其中，blinn_monitor材质所使用的地方是两个形状比较规则的显示器，只需要将整幅正常尺寸贴图载人即可，此处使用的是一张夜空图（图4-4），模拟显示器上的监视图像.图4-4：显示器贴图（星空）Blinn10和blinn11两个材质所使用的地方（主显示器和它上方的小显示器）模型比较复杂，不能直接使用未经处理的图像作为贴图，而需要根据模型，重新布置UV坐标，在导出带有UV坐标的网格图像后，根据网格绘制贴图，然后才能将贴图文件导入。否则将会出现图案于模型不能匹配的情况。带网格的两张贴图文件如下图4-5 和图4-6。图4-5：主显示器贴图图4-6：主显示器右上方屏幕的贴图4.2 场景：火星实验室出口通道4.2.1 说明这个场景表现的是一个由火星实验室室内通往火星室外的长通道。通道整体结构呈现为一个中空的横置六棱柱形状。通道由棱柱切面方向的环形钢架分为多节，每节顶部均有照明灯，两侧墙体分为上下两部分，上部横向有双排管联通，每隔一段距离在管上又有类似救生圈形状的部件，通道门为玻璃材质，门上贴有警示标志，可以透过门板看到外面的地表景观。场景的手绘原画稿如下图4-7，渲染图4-8。图4-7 通道手绘原画图4-8 通道渲染图4.2.2 灯光与4.2.1实验室场景相比，本场景的光线强度要弱一些，又因为场景中的光源（顶灯）出现在渲染图中，因此灯光的布置需要注意到这些模型的位置。另外，由于通道联通的室外是明亮的红色地面。在一些场景中，由于地面反射及空气中弥漫的有色光线产生的存在，会对画面的整体色温产生影响，需要对灯光的颜色参数做一些调整6。场景中，每个顶灯模型处都放置了一个点光源，用以模拟实际的照明情况，这样就必须将各光源的光照强度减弱，避免画面产生曝光。然而这样做带来的新问题就是场景的整体亮度不足，因此，为了解决问题，在通道口顺摄像机方向、通道两侧偏下朝向墙壁上半部的方向上，各设置了一个光源（directional light），以此冲淡画面中的过暗部分。灯光整体排布如下图4-9。图4-9：通道场景的灯光布置例举其中的点光源参数：l Color (HSV): 354.73, 0.211, 1l Intensity: 0.54.2.3 材质本场景中的材质以反射较强的类型居多，以增加其现代感，所用到的材质及其主要参数列举如下表4-2：表4-2：通道场景主要材质示例名称及类型使用范围重要参数Gate_glass_right(blinn)右侧钢化玻璃门Color、transparency: file节点贴图，（参见3.2.4节）Diffuse：0.1Translucence：0Eccentricity： 0.364Specular roll off：2.5Reflectivity：0.25Gate_glass_left(blinn)左侧钢化玻璃门仅Color、transparency节点中的贴图文件与Gate_glass_right不同 （参见3.2.4节）Wall（blinn）通道地面Color: file节点贴图，（参见3.2.4节）Ambient Color：360，0.069，0.15Specular Color：360， 0， 0.859Reflected Color：352.56， 0.152， 0.648Light（phong）灯Specular Color：352.56，0，0.5Reflectivity：0.744Frame（blinn）通道骨架Color（HSV）：359.58，0.855，0.547Ambient Color：360，0，0.074Bump mapping：cloud节点Eccentricity：0.57Pad_left(blinn)左下墙体Color: file节点贴图，（参见3.2.4节）Ambient Color：359.58，0，0.5Pad_right(blinn)右下墙体仅颜色与Pad_left不同Lambert5（lambert）通道门外挡板Color: file节点贴图，（参见3.2.4节）Ambient Color：359.58，0，0.7Metal1(blinn)墙体上的钢圈结构Eccentricity: 0.364Specular roll off: 2.5Specular color: 白灰双色的blend节点Pipe（phong）墙体上的圆管结构Color：352.56，0，0.5Cosine power：604.2.4 贴图本场景中所用到的贴图有：l Gate_glass_right的颜色和透明度节点，这里颜色和透明度使用的file节点共用一张贴图，因为如果只为颜色节点贴图，由于玻璃透明的缘故，贴图上的图案不能正常的显示，所以使用构图相同的文件作为透明度节点，正好使玻璃上应该显示图案的部分变得不透明7。使用的贴图文件如下图4-10。图4-10：Gate_glass_right贴图l Gate_glass_left 中的贴图与上文gate_glass_right的做法基本相同。如图4-11.图4-11：Gate_glass_left贴图l Wall。为了防止地面看起来过于光滑整洁，给人不够真实的印象，地面中间添加了一些简单的纹理来模拟地板的磨损。另外因为在模型制造的时候地面和墙壁是一个整体，所以绘制纹理之前需要映射UV坐标，将地面部分分离出来。贴图如下图4-12。图4-12：地板贴图l Pad_left。Pad_left是左边墙体下部的材质，带有箭头图案。在制造过程中，由于有多块模型使用这一材质，但位置方向又都不尽相同，所以自动映射的UV不能相互重叠，需要将最终会出现在渲染图中的面的UV坐标调整到一个相同范围。贴图如下图4-13。图4-13：Pad_left贴图l Lambert5。Lambert5是通道口外的一张广告板贴图。使用广告板可以以最小的代价模拟环境，这里使用的是一张虚拟的火星表面图。如下图4-14。图4-14：通道口广告板贴图（Lambert5）4.3 场景：火星城市远景4.3.1 说明这是一个露天室外场景，表现的是在火星地面一片平坦的开阔地上建立起的市场场景，远处山体光秃呈现受灼烧式的红色斑纹，平地中间矮墙围起一块广场铺有方格地砖。广场中央是几座标志性的建筑，周围零散分布有大小不一的高楼，整体效果如下图4-15。图4-15：火星城市远景渲染图4.3.2 灯光地表光线强烈，并且方向比较单一，所以地面模型会产生方向一致，颜色较深的阴影。受地面反射光线颜色的影响，场景整体色调偏红，需要对主光源颜色做相应的调整。本场景中需要突出广场中央的几个标志性建筑，这几个建筑上出现有带反光的材质，为了强调主题，在场景中央部位加入了额外的光源，以使建筑上的高光部分可以显示出来。这个场景中使用的是影视制作过程中常用的三点布光法，即，以摄像机方向为标准，在广场右侧靠近摄像机方向约45度位置布置有主光源（Directional Light，颜色为橙红色，亮度0.8），定下了画面色调和主要阴影的方向。在摄像机略偏左侧上方是另一个平行光源，作为辅助照明，主要用来增加摄像机视角内景物的亮点。在广场地面下方，以中央建筑为基点有一个与主光源方向相反的平行光源作为辅助光使用，作用对模型上没有被主光点亮的背光面进行照明。两处辅助光的亮度较弱。另外，根据突出场景中央建筑的需要，在广场地面、上空安排有额外的光源。其中，两个点光源分别出现在大楼前面的地面和右侧的半空，除照明外还可以为大楼表面的玻璃材质提高高光亮点。一个Spot Light光源从模型正上方向下照射。整体灯光排布位置参考下图4-16。图4-16：城市场景灯光布置4.3.3 材质将本场景中所用到的材质及其主要参数列举如下表4-3：表4-3：城市场景主要材质示例名称及类型使用范围重要参数Lambert32（Lambert）广场地面Color：Checker节点，使用洋红和淡灰两种颜色制作方格图案来模拟地砖样式Diffuse：0.800Lambert18（Lambert）广场之外的平地Color：Rock节点，红褐色，Grain Size（0.030）模拟略显粗糙的地面样式Dun_03（Lambert）背景远处山体Color：Snow节点。Snow节点可以通过控制Snow Color和Surface Color两个参数来制作积雪效果，这里将后者设置为红色，制作出了地面上被灼伤式的块状斑纹8Blinn12（Blinn）广场周围矮墙Color：21.3，0，0.884Diffuse：0.620Eccentricity：0.554Specular Roll Off：0.636Reflectivity：0.207dwkGemLayeredShader（Layered Shader）中央高楼顶共三层，其中前两层为透明各向异性材质，模拟的是类似金属漆的效果，第三层Phong材质，模拟玻璃Cosine Power：10.910Specular Color：162.59，0.348，0.785Reflectivity：0.620tashenePhong1（Phong）中央高楼墙体Ambient Color：Blend Color节点Translucence Focus：0.545Cosine Power：67.602Specular Color：90，0.293，0.942Reflectivity：0.667Reflected Color：envBall节点Lambert42（Lambert）中央楼体Color：Checker节点，蓝白色方格Blinn5（Blinn）中央楼体Color：70.72，0.659，0.713Blinn1（Blinn）中央楼体Color：Ramp节点，橙黄渐变色Lambert30（Lambert）中央楼体Color：Ramp节点，橙黄渐变色Transparency：70.72，0，0.463shounn4（Blinn）中央楼体Diffuse：0.570Eccentricity：0.331Specular Roll Off：0.896Specular Color：70.72，0，0.612Reflectivity：0.694Reflected Color：Ramp节点Blinn10（Blinn）中央楼体Color：Ramp节点Diffuse：0.760Reflectivity：0.124Reflected Color：199.47，0.483，04.4 场景：地球4.4.1 说明这个场景简单虚拟了从太空俯瞰地球全景的景象，只所以说简单虚拟是因为这里的模型其实就只是一个球体，地球表面的大陆海洋等分布也没有严格按照实际情况来制作，只是使用了多个节点来制作突起的陆地和漂浮的云层。效果图如下图4-17。图4-17：地球渲染图4.4.2 灯光灯光方面只使用了一个spotLight节点作为唯一的光源，模拟来着太阳的光线。布置位置如图4-18。图4-18：地球场景灯光布置4.4.3 材质这个场景几乎可以说是完全由调节材质而产生的，三个节点分别模拟出地球表面海洋、陆地和云层的效果。下文详细说明了材质的制作过程。l 类型：lambertl Color：使用的是一个Solid Fractal 节点，模拟的是地球上的海洋效果，使用该节点之后出现轻微的深浅蓝色渐变，代表海洋的深浅变化。节点中经过调整的主要参数有阈值threshold（0.085），振幅amplitude（1.000），离心率ratio（0.707），Color Gain(214.07,2.497,1.110),Color Offset（33.01，1，1.118）。l Incandescence: 使用节点solid fractal，产生零散的不规则云层效果，在incandescence 属性处使用节点使产生的云层带有半透明属性，可以透过云层看到海洋和大陆层，更加真实。节点中经过调整的主要参数有threshold（0.488），amplitude（1.000），ratio（0.707），Color Gain（0，0，-1），Color Offset（0，0，0.96）。l Bump mapping: Bump Mapping属性可以在模型表面产生凹凸效果，配合使用Solid Fractal节点，在调节分布和颜色之后就可以简单模拟出地球表面突起的陆地效果。节点中经过调整的参数主要有threshold（0.561），amplitude（1.000），ratio（0.707），Color Gain（0，0，1），Color Offset（0，0，0）。4.5 场景：星空4.5.1 说明这一场景模拟的是在太空中远处看地球及其周围空间的情景，其中出现的不仅限地球，还有宇宙中的其他星体，随着摄像机转动，太阳也会进入画面，如下图4-19。图4-19：星空场景渲染图1当太阳出现在画面中时，因为它的亮度远大于视野中的其他天体，所以天空中的星星都只呈现为细小的苍白色亮点，但在太阳移出画面之后，从视觉效果上看，周围的星星亮度增加不少，同时还带有一定的辉光效果，如下图4-20。图4-20：星空场景渲染图24.5.2 灯光为了模拟来着太阳的强烈光线，场景中所有光源均为Directional Light节点，但单一的节点又会造成阴影边界过于生硬的缺点，所以在给地球的照明上使用的是由七个灯光节点组成的阵列，以太阳-地球方向上的一个光源为中心，周围均匀排列了六盏灯光，强度降低且方向都朝向地球，位置如下图4-21。图4-21：星空场景灯光布置4.5.3 材质本场景中的太阳使用的是MAYA三维材质中的流体材质Fluid Shape；星星使用的是粒子效果；地球使用的是4.4节中已经制作好的三层材质，参见4.4.3节。4.6 角色：蜗牛4.6.1 说明本项目中的角色之一，模型比较简单，主要分成身体和壳两部分，要注意的是蜗牛是一种软体动物，皮肤光滑但反光性不强，同时有一定的半透明性质，表面有略带潮湿的效果。模型和渲染如下图4-22和图4-23。图4-22：蜗牛模型图4-23：蜗牛渲染图4.6.2 灯光因为不是正式场景，只是将角色模型简单渲染来观察结果，所以并没有特别的灯光排布设计，只是皮肤材质需要灯光的衬托才能看出效果，所以需要注意一下光照的角度。场景中只使用了两个Spot Light节点作为光源，其中一个位于模型斜上放约45角位置，亮度较强，作为主光源，另一个位于模型斜下方，强度较弱，光照方向与主光相反。具体位置参见下图4-24。图4-24：蜗牛角色照明4.6.3 材质以下将本场景中所用到的材质列举成表4-4。表4-4：蜗牛角色主要材质示例名称及类型使用范围重要参数bloodshotEye（Layered Shader）眼球分为ellColor和eyeColor两层。外层使用透明材质模拟包裹眼球的角膜效果，颜色和透明度属性连接的都是shellColor节点（参见表格下文）。内层的颜色和透明度连接的都是eyeColor节点（参见表格下文）。shellColor(Phong)眼球Color：Ramp节点，黑红色渐变做出的是瞳孔的效果。Transparency：Ramp节点，黑灰色渐变主要表现了眼球上的明暗变化。Bump Mapping：Ramp节点，渐变位置与和Color属性连接的Ramp节点大体相同，作用是将瞳孔部分略微突起。Cosin