第7章3DMax教程 灯光

1、第七章第七章 灯灯 光光 n7.1 课前指导n7.2 课堂教学n 7.2.1 灯光的创建 n 7.2.2 灯光的参数设置 n7.3 上机练习n7.4 课后作业7.1 课前指导 三维环境中最重要的是照明，灯光照明是最常用的方式。在3D Studio的DOS版本时代，完成创建对象后，如果不在场景中设置灯光就进行渲染的话将什么也看不见。3D Studio MAX在这方面做了改进，系统默认状态下已提供了两盏泛光灯，分别放置在场景对角线上，然而它们只发生作用而不显示出来，因此无法编辑修改。一般情况下，默认的两盏泛光灯能起到照明作用，但明显缺乏表现力。若不想采用，只需在场景中创建自己的照明灯光，3dsma

2、x将自动关闭两盏默认的泛光灯。当场景中所有的光源都被删除时，两盏默认的泛光灯又会重新发挥作用，所以物体总处于可见状态。常用灯光介绍3ds Max为用户提供了多种类型的灯光，并将其分为了“标准”和“光度学”两类，下面分别介绍一下这两类灯光的特点。左图所示为3ds Max的灯光创建面板，它列出了用户可以创建的所有灯光。标准灯光有聚光灯、平行光、泛光灯和天光四类，主要用于模拟家用、办公、舞台、电影和工作中使用的设备灯光以及太阳光。各类灯光的效果和用途如下。标准灯光聚光灯：聚光灯产生的是从发光点向某一方向照射、照射范围为锥形的灯光，常用于模拟路灯、舞台追光灯等的照射效果，如下面左图所示。下面右侧两图所

3、示分别为目标聚光灯和自由聚光灯的结构。平行光：同聚光灯不同，平行光产生的是圆形或矩形的平行照射光线。根据灯光有无目标点，平行光也分为目标平行光和自由平行光两种类型。目标平行光可以随意调整发光点和目标点，常用来模拟太阳光、探照灯、激光光束等的照射效果；自由平行光没有目标点，使用起来不太方便。常用灯光介绍泛光灯：泛光灯属于点光源，它可以向四周发射均匀的光线，照射范围大，无方向性，常用来照亮场景或模拟灯泡、吊灯等的照射效果。 天光：天光是一种可以从四面八方同时向物体投射光线的灯光，它可以产生穹顶灯一样的柔化阴影，缺点是无法得到物体表面的高光效果。常用于模拟日光效果或制作室外建筑中的灯光。 线光源：从

4、一条线段向四周发射光线，常用来模拟灯带、日光灯等的照射效果。 常用灯光介绍光度学灯光光度学灯光不同于标准灯光，用户可以使用现实中的计量单位来精确定义灯光的照射效果，模拟真实场景中的灯光。光度学灯光分为点光源、线光源、面光源和IES日照模拟灯光几类，其效果和用途如下。 点光源：从光源所在的点向四周发射光线，类似于标准灯光的泛光灯，常用来模拟灯泡、吊灯等的照射效果。 面光源：从一个矩形的区域向四周发射光线，常用来模拟灯箱的照射效果。 IES日照模拟灯光：IES日照模拟灯光有“IES太阳光”和“IES天光”两种，“IES太阳光”主要用于模拟室外场景中太阳光的照射效果；“IES天光”主要用来模拟大气反

5、射太阳光的效果。 7.2 课堂教学 7.2.1 灯光的创建 7.2.2 灯光的参数设置 7.2.1 灯光的创建 1. 默认光源 2. 泛光灯 3. 目标聚光灯 4. 自由聚光灯 5. 平行光 目标聚光灯、自由聚光灯、目标平行光灯、自由平行光灯、泛光灯及天光这六种灯光对象中，聚光灯与泛光灯是最常用的，它们相互配合能获得最佳的效果。泛光灯是具有穿透力的照明，也就是说在场景中泛光灯不受任何对象的阻挡。如果将泛光灯比作一个不受任何遮挡的灯，那么聚光灯则是带着灯罩的灯。在外观上，泛光灯是一个点光源，而目标聚光灯分为光源点与投射点，在修改命令面板中，它比泛光灯多了聚光参数的控制选项。 1. 默认光源 3d

6、s max的突出特点之一是其交互式的渲染器功能，当你在视图中创建或修改对象时，可以立刻看到所进行的操作的结果。如果在透视图中以实体模式显示，不马上创建灯光，场景中也可以看到光的效果，原因是3ds max提供了一个默认的照明设置，它为场景提供了充足的照明，但它的效果并不理想。默认的光源是放在场景中对角线两侧的两盏泛光灯，假设场 景的中心在坐标系的原点，则一盏泛光灯在上前方，位于坐标系的（-X，-Y，+Z）区域，另一盏泛光灯在下后方，位于（+X，+Y，-Z）区域。 一旦在场景中添加了任何灯光，3ds max便关闭默认的光源，场景将显示所建灯光的效果。很多情况下，场景反倒会变暗，因为两盏默认的泛光灯

7、被一个新的光源取代。如果连续创建多盏灯光，场景依旧昏暗，这时就需要移动光源或提高灯光亮度。只要场景 中有光存在，默认的光源将一直被关闭。当场景中所有的灯光都被删除时，默认的光源将自动恢复。工作中可以用组合键（默认为Ctrl+L）激活默认的灯光设置来替换场景中的照明。当创建的灯光使得场景中的对象或场景的一部分处于黑暗状态，而你既不想破坏你的灯光设置，又需要更多的光作用在对象上以便于编辑修改，这时打开默认灯光是非常有用的。如何创建灯光 为场景创建灯光的操作非常简单，具体操作如下图所示。 如何创建灯光 2. 泛光灯 泛光灯非常类似于裸露的灯泡或夜空中的星星。泛光灯没有方向控制，均匀地向四周发散光线。

8、它的主要作用是作为一个辅光，帮助照亮场景。优点是比较容易建立和控制，缺点是不能建立太多，否则场景中的对象将会显得平淡而无层次。 【例7-1】在场景中创建一个泛光灯。 创建的步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个茶壶，如图7-2所示。 在“创建(Create)”命令面板中单击“创建灯光(Lights)”按钮 ，打开“灯光”页面。单击“物体类型(Object Type)”卷展栏中的“泛光灯(Omni)”按钮。 在透视图的左下方建立一盏泛灯光。注意此时系统将自动关闭默认的灯光，场景反而变暗了。图7-2 默认光源 如图7-3左所示。灯光必须放置在场景中的适当的位置上，才能发挥出特有的效果，因而灯光

9、在创建后需要进行移动操作。 单击主工具栏上的“选择并移动（Select and Move）”按钮 ，在透视图中，将泛灯光移动到视图的右下方，可看到茶壶的光感变化。如图7-3右所示。 图7-3 创建一盏泛光灯 3. 目标聚光灯 聚光灯相对泛光灯来说就像为灯泡加上了一个灯罩，并且多了投射目标的控制。3ds max中的聚光灯又分为目标聚光灯和自由聚光灯。与泛光灯不同，聚光灯的方向是可以控制的，而且其照射形状可以是圆形或长方形。 【例7-2】在场景中创建一个目标聚光灯。 创建的步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个茶壶，如图7-4所示。 图7-4 默认光源下的茶壶 在“创建（Create）”命令面

10、板中单击“创建灯光（Lights）”按钮 ，打开“灯光”页面。单击“物体类型（Object Type）”卷展栏中的“目标聚光灯（Target Spot）”按钮。 在正面视图的左上方建立一盏目标聚光灯。如图7-5左所示，右图为透视图效果。 图7-5 创建一盏目标聚光灯 单击主工具栏上的“选择并移动(Select and Move)”按钮 ，在正面视图中，将目标聚光灯照射方位调整到视图的上方，可看到茶壶的光感变化。如图7-6所示。 图7-6 调整目标聚光灯的照射方位茶壶的光感变化 4. 自由聚光灯 “自由聚光灯（Free Spot）”包含了目标聚光灯的所有性能但没有目标点。创建自由聚光灯时不像创建

11、目标聚光灯那样先确定光源点再确定目标点，而是直接创建一个带有照射范围但没有照射点的聚光灯。如果希望自由聚光灯对准它的目标对象，只能通过旋转达到目的，因此稍显繁琐。一般说来，选择自由聚光灯而非目标聚光灯的原因可能是个人的爱好，或是动画中特殊灯光的需要。 例如，在运用动画灯光时，有时需要保持灯源相对于另一个对象的位置不变，汽车的车前灯、探照灯和矿工的头灯是典型的例子，上述情况下使用自由聚光灯将是聪明的选择。原因在于，简单地把自由聚光灯链接到对象上，当对象在场景中移动时，自由聚光灯在跟随移动中可以继续发挥作用，并且真实可信。 自由聚光灯的效果如图7-7所示。 图7-7 自由聚光灯 5. 平行光 平行

12、光和聚光灯一样也分为“目标平行光（Target Direct）”与“自由平行光（Free Direct）”。平行光的原理就像太阳光，当光线投射阴影时，阴影的角度就是照射到对象的光线与地面所成的角度。在3ds max中，平行光在一定程度上是传统的平行灯和聚光灯的混合。平行光和聚光灯一样也有聚光区和散光区，这些可用来控制在场景中计算阴影的范围以及散光区的范围。 当聚光区被最小化时，平行光一样可以投射柔和的区域光。当需要模拟太阳的照明时，将“平行光参数(Directional Parameters)”卷展栏的“泛光化(Overshoot)”复选框选中，聚光区和散光区将会被忽略，这时的照明效果就类似太

13、阳光了。平行光可以是有目标的平行光，也可以是完全自由的。如果是自由平行光的话，它就像一个没有目标的自由聚光灯一样完全由自身的旋转来控制光照。另外，平行光放置在对象的哪一边、放置多远是不重要的，只是和它与对象之间的角度有关。目标平行光除了有一个目标，调整起来更容易之外，其他和自由平行光是一样的。 下面通过实例讲解平行光的作用。 【例7-3】在场景中创建一个目标平行光(灯)。 创建的步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个茶壶。在“创建（Create）”命令面板中单击“创建灯光（Lights）”按钮 ，打开“灯光”页面。单击“物体类型（Object Type）”卷展栏中的“目标平行光（Targe

14、t Direct）”按钮。 在顶部视图的左上方建立一盏目标平行光。如图7-8左所示，右图为透视图效果。 灯光的照射方位只有对准场景中的适当的位置，才能发挥出特有的效果，因而灯光在创建后需要进行方位调整操作。 图7-8 创建一盏目标平行光灯 单击主工具栏上的“选择并移动（Select and Move）”按钮 ，在顶视图中移动目标平行光灯照射方位，可看到茶壶的光感变化。如图7-9所示。 图7-9 调整目标平行光灯的照射方位茶壶的光感变化 说明：“自由平行光（Free Direct）”的创建与目标平行光类似，图7-10为自由平行光的效果。 图7-10 自由平行光灯 7.2.2 灯光的参数设置 1.

15、 灯光颜色设置 2. 阴影设置 3. 排除操作 4. 光照范围 5. 灯光贴图的使用 6. 倍增器的使用 7.衰减参数的设置 “常规参数”卷展栏:如下面左图所示，该卷展栏中的参数主要用于更改灯光的类型、调整目标点和发光点的间距、设置阴影的产生方式等。 灯光的基本参数创建完灯光后，还需要调整其参数，才能达到最佳效果。通常情况下，灯光的参数集中在“常规参数”、“强度/颜色/衰减”、“高级效果”、“阴影参数”和“大气和效果”等卷展栏中，下面分别介绍一下这几个卷展栏的作用。 “强度/颜色/衰减”卷展栏:如右所示，该卷展栏中的参数主要用于设置灯光的强度、颜色和光线强度随距离的衰减情况。 “阴影”卷展栏:

16、如下面左图所示，该参数卷展栏中的参数用于调整对象阴影和大气阴影的效果。 1. 灯光颜色设置 【例7-4】目标聚光灯的颜色设置。 创建的步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个茶壶。在“创建（Create）”命令面板中单击“创建灯光（Lights）”按钮 ，打开“灯光”页面。单击“物体类型（Object Type）”卷展栏中的“目标聚光灯（Target Spot）”按钮。 在正面视图的左上方建立一盏目标聚光灯。如图7-12左所示，图右为透视图效果。 选中目标聚光灯的灯部（等腰三角形的顶点），打开“灯光”页面中的“加强颜色衰减（Intensity/Color/Attenuation）”卷展栏，单

17、击“倍增器（Multiplie）”右端的色块（默认为白色），打开“Color Selector”对话框，选择黄色，颜色选择框变为如图7-8所示。 图7-12 创建一盏目标聚光灯 关闭“Color Selector”对话框，透视图中的灯光效果如图7-8右所示。图7-8 在颜色选择框中选择颜色后的效果图 在正面视图的上方再建立一盏目标聚光灯，如图7-14左所示。将灯光的颜色改为红色，则透视图效果如图7-14右所示。 图7-14 两盏目标聚光灯的颜色效果 阴影贴图：该方式生成的阴影边缘柔和，效果比较真实，如下面左图所示；其缺点是阴影的精确性不高。 2. 灯光的阴影 默认情况下，为场景添加灯光后，被灯

18、光照射的物体没有阴影，如下面左默认情况下，为场景添加灯光后，被灯光照射的物体没有阴影，如下面左图所示。选中图所示。选中“常规参数常规参数”卷展栏卷展栏“阴影阴影”区中的区中的“启用启用”复选框，即可复选框，即可开启灯光的阴影效果，如下面右侧两图所示（下方的开启灯光的阴影效果，如下面右侧两图所示（下方的“阴影类型阴影类型”下拉列下拉列表框用于设置阴影的产生方式）。表框用于设置阴影的产生方式）。3ds Max3ds Max为用户提供了四种阴影产生方式，各阴影产生方式的特点如下。为用户提供了四种阴影产生方式，各阴影产生方式的特点如下。 区域阴影：随着与物体距离的增加，该方式产生的阴影边缘会逐渐模糊，

19、与真实的阴影效果非常接近，如下面右图所示；其缺点是渲染的速度非常慢。 高级光线跟踪：该方式既可以产生边缘柔和的阴影，也具有光线跟踪阴影精确性高的特点，与面光源配合还可以产生区域阴影效果，如右图所示。其缺点是占用内存较大，渲染时间较长。 光线跟踪阴影：该方式通过遮挡光源投射到阴影区域的光线来产生阴影，如下面中图所示。这种阴影精确性高，常用于模拟日光和强光的投影效果；其缺点是阴影的边缘比较生硬，渲染速度慢。 灯光的阴影阴影设置 【例7-5】目标聚光灯的颜色设置。 创建的步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个方体，取方体为白色，如图7-15左所示；然后在视图中建立一个锥体，如图7-15右所示。

20、图7-15 方体与锥体 在“创建（Create）”命令面板中单击“创建灯光（Lights）”按钮 ，打开“灯光”页面。单击“物体类型（Object Type）”卷展栏中的“目标聚光灯（Target Spot）”按钮。 在正面视图的左上方建立一盏目标聚光灯。如图7-8左所示，图右为透视图效果。 图7-8 创建一盏目标聚光灯 选中目标聚光灯的灯部(等腰三角形的顶点)，在“修改”面板中，打开“通用参数(General Parameters)”卷展栏，选中“阴影(Shadows)”栏下的“开（On）”复选框，如图7-17所示。图7-17 通用参数卷展栏 图7-18 锥体在灯光照射下产生的影子 渲染场景

21、，可看到锥体在灯光照射下产生的影子。如图7-18所示。 说明：阴影设置用到的参数卷展栏如图7-19所示。 图7-19 阴影参数 3. 排除（Exclude）操作 该功能可以选择场景中的物体不被照射。在“通用参数(General Parameters)”卷展栏中，单击“排除(Exclude)”按钮，打开“ExcludeInclude”对话框。确保右上角的“排除(Exclude)”单选钮处于选中状态，在左侧编辑框中单击需要选择的物体，单击中间的 按钮，即可将选择物体加到右侧的编辑框中，如图7-20所示为将方体排除。修改背景色后渲染场景，可看到被选择物体(方体)的光照消失。 图7-20 “排除（Ex

22、clude）”操作 4. 光照范围 光照范围是在“聚光灯参数(Spotlight Parameters)”卷展栏中设置的，如图7-21所示。图7-21 “聚光灯参数”卷展栏 用来控制其光照范围的最重要的两个参数为： “热点/光束（Hotspot/Beam）”：聚光灯投射光束的宽度。它是指灯光向外发散的角度（发散角），值越小，则光束越窄。它以最大亮度照明的范围定义光，并不增加光的亮度。 “衰退/视野（Falloff/Field）”：聚光灯光束向外渐暗的区域（过渡角），它可以等于或者大于发散角的值。当这两个参数相等时，光束有清晰的边缘。它定义照明结束的范围，即过渡性或衰减性。 发散角和过渡角的差值

23、控制最后光照区域边界的清晰度，或者是柔和、模糊程度。小的发散角和大的过渡角产生一个非常柔和的边界，而当这两个角度相差不大时，将会产生明显的边界。 下面通过改变发散角与过渡角的值观察光束的宽度和明亮度的变化。 发散角和过渡角为20，光照情况如图7-22所示。 图7-22 发散角和过渡角为默认值时的光照情况 发散角和过渡角的值增加一倍，光照情况如图7-23所示。 图7-23 发散角和过渡角的值增加一倍时的光照情况 5. 灯光贴图的使用 可以对灯光使用材质或者贴图。使用步骤如下： 重新设置场景，在视图中建立一个茶壶，在正面视图的左上方添加一个“目标聚光灯”Spot01，如图7-24左，其透视图中的渲

24、染效果如图7-24右所示。 图7-24 一幅灯光照射图片 选中“目标聚光灯”Spot01，打开“修改(Modify)”面板，在“高级效果(Advanced Effects)”卷展栏中，单击“投影图像(Projector Map)”栏中的“贴图(Map)”按钮，打开“材质/贴图浏览器(Material/Map Browser)”对话框，选择“位图(Bitmap)”选项，单击“确定(OK)”按钮。 在打开的“Select Bitmap Image File”对话框，选择一幅图片，单击“打开”按钮返回。 渲染透视图中的场景，可看到使用灯光贴图后的效果，如图7-25所示。图7-25 使用灯光贴图后的效

25、果 图7-26 使用灯光倍增器后的效果 “高级效果”卷展栏：如下面右图所示，该卷展栏中的参数主要用于设置灯光的影响区域，并指定灯光的投影贴图（利用投影贴图可以模拟放映机的投影效果）。 灯光的基本参数 6. 倍增器（Multiplier）的使用 使用“倍增器（Multiplier）”可以提高或者减弱灯光的亮度。选中场景中的灯光，在“修改(Modify)”面板的“加强颜色衰减(Intensity Color Attenuation)”卷展栏中，可以看到“倍增器(Multiplier)”微调器框，其中的数值大于1时，增加亮度；数值小于1时减少亮度；数值为负值时，光源发出负光。在一个场景内部，负光可以

26、达到使某个角度变暗的效果。 为图7-25中的灯光使用“倍增器”后(倍增器值为3)的渲染效果如图7-26所示。 7. 衰减（Attenuation）参数的设置 设置“衰减（Attenuation）”，可以控制灯光随距离衰减，即灯光随距离的增大而线性地减弱。不设置“衰减”时，灯光依据与表面所成的角度照明。 打开“修改（Modify）”面板的“加强颜色衰减（Intensity/Color/Attenuation）”卷展栏，可以设置灯光的“衰减（Attenuation）”参数，如图7-27所示。 “衰减（Attenuation）”参数包括：“近衰减(Near)”和“远衰减(Far)”两种，每种都有“使用(Use)”和“显示(Show)”两个复选框；衰减的类型包括：“无(None)”、“倒数关系(Inverse)”和“反平方比(Inverse Square)”三种。 图7-27 加强颜色衰减卷展栏 7.3 上机练习 【练习7-1】练习创建聚光灯和泛光灯，并使用高光照明。 图7-28 创建场景 练习的步骤如下