三维动画中灯光与渲染的探索与实现毕业

1、三维动画中灯光与渲染的探索与实现摘要随着科技的动画产业的近几年的飞速发展，新兴的动画产业三维动画的地位无论是在国内外都是不可动摇的。在我国的三维动画产业正以突飞猛进速度向前发展的同时，不得不提到在制作影片的过程中灯光与渲染的布局直接关系到了这些沁入大量心血作品的成败。在一部三维动画的制作中，只依靠精致的模型和剧本的编排是不可能构成一部吸引观众眼球的作品的。要想达到完美的动画效果，场景的基调和气氛是不可或缺的。这些是可以通过灯光技巧的运用达到一定较为完美的程度。由于软件只是没有真实的自然灯光，在动画中看似真实的自然灯光实际上也是有很多软件自带的简单灯光根据明暗关系相互依赖形成的 1 。本文在灯光

2、方面通过对三维动画中角色与场景灯光的布局，遵循的常规设置等的探讨结合作品中的实现来体现灯光技术的应用。例如在灯光的布局总是要遵循自然环境的明暗关系。体现场景的明暗分布结合真实场景。我们不可能随意摆放几盏灯光就可以达到某种效果的，其中的技巧十分深奥。同时前后期渲染工作的加入可以提高动画作品的质量，本文也就渲染的前后期工作进行研究和设计。前期动画渲染工作主要对动画单帧图片进行渲染，考虑到后期制作的简便性，前期渲染往往采用分成渲染技术。而后期渲染技术主要是在后期的合成软件中单帧图片的分层图层进行调节例如AE, Vegas, Premiere等。最后渲染输出视频。这样的视频就是所谓的毛片。关键词：三维

3、动画，渲染，灯光The Exploration and Implementation of The 3DAnimation about Lighting and RenderingAbstractAlong with the development of science and technology of the animation industry in recent years, the status of the emerging animation industry the three dimensional animation, wherever at home or abroad,

4、 is unshakable. At the same time, we have to mention that the layout of the light to render directly related to the success or failure of the works, during the production of the film.In a three dimensional animation production, it is impossible that attracting audiences eyes only depended on the mod

5、el or episode. So, only include the atmosphere and mood can the production get the perfect. And the light could be helpful. But the light in the soft is not the real natural light. In order to get the real effect, using the various lights is necessary. Through discussing the layout of the light, par

6、ametric setting and the presentation of production, we can get concrete realization. For instance, it is have to comply with the regular of the natural light and pay attention to the incorporation with light and shade. Wherever, we cannot expect getting the effect by putting several lights.Meanwhile

7、, the render give a positive influence on the final presentation of production. Studying and designing the rendering in all the progress is another main point in this paper. Early rendering is focus on the picture, considering the convenience of the after effect, it usually renders separate.The late

8、r render is finish in the video editor soft, such as AE, Vegas and Premiere, which can compound all the pictures and render the video which is called sample.Key words: three-dimensional animation,Render, Light目录第 1 章绪论 1 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 三维动画的概念1. HYPERLINK l b

9、ookmark15 o Current Document 灯光与渲染技术的背景1. HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 研究的意义和目的 1.论文组织 2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 第 2 章用于三维动画中灯光的技术3. HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 三维软件中灯光种类的简介3. HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 灯光布局的研究4. HYPERLINK l bookmark27 o Cu

10、rrent Document 渲染器的探究4.渲染速率提高的途径探究5.V-Ray宣染器参数设计 5. HYPERLINK l bookmark32 o Current Document 模型与灯光对渲染速率的研究6. HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 网络渲染的设计对渲染速率的提高 6.分层渲染 7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 第 3 章三维动画灯光与渲染的技术表现8. HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 三维动画灯光场景与角色灯光的表现8

11、.三维动画渲染手法的表现8.V-Ray对场景表现8. HYPERLINK l bookmark45 o Current Document 后期场景渲染的表现1.0 HYPERLINK l bookmark47 o Current Document 三维动画灯光与渲染在表现手法上的优劣势1.0 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 第 4 章作品中灯光与渲染的体现1.1 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 作品制作流程中灯光与渲染的应用 1.1 HYPERLINK l bookmark53 o Curr

12、ent Document 作品中灯光与渲染面临的问题 1.1 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 作品中灯光布局的实现1.1.作品中渲染技术的应用 1.5.作品前期渲染1.5. HYPERLINK l bookmark60 o Current Document 网络渲染的应用 1.8 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 后期渲染在作品中的表现1.9结论 2.4.参考文献 2.5.谢辞 2.6. HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 附录一 作品交流的剧本

13、2.7.第 1 章 绪论三维动画的概念三维动画又称3D 动画它是计算机科学，计算机图形学与传统视听传媒艺术形态结合的艺术形式，通过使用多样的表现手法，营造了较为真实的画面效果。一个简单的三维动画流程就是通过在计算机中建立一个虚拟的世界，再根据需要建立模型场景等等，然后按照要求设定特定的运动轨迹，摄像机镜头的摆放，最后贴上材质，打上适当的灯光，进行渲染即可。可以这么说，三维动画就是艺术与技术机密结合后得到的产物。由于三维动画比平面动画更加直观，更能使得观赏者享受到一种身临其境的感觉因此现如今在原创动画片中占据了相当大的比重，近几年来，国产的优秀动画片也才开始用了此技术2 。灯光与渲染技术的背景动

14、画制作精力了从逐帧制制作到计算机二维制作一直到当前的三维动画制作。而三维场景中为了达到最终想要得到的真实效果就是需要建立不同的灯光。灯光，目的是最大限度地模拟自然界的光线类型和人工光线类型。在三维软件中自带灯光基本只有六种，目标聚光灯，目标平行光，自由聚光灯，自由平行光，泛光灯，天光。但在实际应用中为了能够达到好的效果，需要自行设定灯光。渲染是指根据场景的设置，灯光，材质等等由程序绘制出一幅效果图或者动画。研究的意义和目的在三维动画的飞速发展中，为了使得作品能够脱颖而出，人们不单单追求剧本的独特性以及模型的精致性，越来越多的人们开始审视画面的质量的逼真性。灯光和渲染此时就成为了整部动画作品制作

15、中不可或缺的一个重要部分了。在制作过程中，若能够合理的灯光布局，结合自然环境中明暗关系，同时准确地根据剧本的风格灵活地使用灯光，即可奠定作品的气氛。这样有着精湛的灯光布局，这样子的作品使得观众身临其境。整部作品的灵魂就可以得到充分地体现。灯光可以认为是三维动画的灵魂，它不仅能够创造特定的环境气氛，而且它能够把这种气氛赋予感染力的在荧屏上表现出来，产生完全不一样的场景感觉。灯光的照明总体控制着场景换面的效果，从而可以突出主题，渲染气氛。灯光，物体和动画相结合可以产生很好的三维效果，灯光有助于表达特定的情感，能吸引观众的眼球到特定的位置，对整个动画有非常重要的作用。与此同时，三维动画的渲染也比一般

16、二维动画有着更强的表现力，三维动画渲染结合灯光，材质，贴图，渲染参数等渲染技术，同时渲染的图像有着许多的现在特性，有些特性只与一个算法相关，有些可能与多个有关 ，合理地分析不同渲染器所用的算法，在质量和时间都兼顾的条件下，充分地提高工作效率。也是必不可少的一步。论文组织第 1 章主要简介三维动画的概念以及发展背景，渲染和灯光技术在国内外的发展研究此问题的意义和目的何在。第 2 章主要简介三维动画中灯光技术的运用， 软件灯光的几种基本种类的介绍， 3dmax 中布光的要求，分层渲染技术和常见渲染器介绍。第 3 章主要简介三维动画中渲染技术的技术体现，详细介绍在作品中运用到得V-Ray渲染器在场景

17、中的使用，灯光的表现和渲染手法对传统动画的启发等。第 4 章主要通过作品中来展示灯光和渲染的具体体现。第2章 用于三维动画中灯光的技术三维软件中灯光种类的简介在三维软件在3dmax中可提供以了几种灯光例如环境光、泛光灯、平行光、聚光灯、 大力。环境光是对场景中的全部物体的所有部位均匀照明的灯光。默认的环境光色是接近黑 色的深灰色。它位于主命令菜单中渲染/环境，可以用色块来选择标准颜色或调整RGB值来调整环境光的颜色，颜色越淡则环境光越亮。一般情况下为了对比与调节模型材质色彩 经常用环境先进行参照。在室外场景中环境光的RGBS常设置为(84,213,250 )。环境灯光示设计如图2-1所示。图2

18、-1环境光设计图泛光灯是一种点光源，它可以均匀地向四周照射，用于场景中普通照明，它位于灯光 /泛光灯，是一个黄色小菱形图标，刻一张主命令面板的泛光灯参数区设置其参数并用选 择移动命令将黄色的散射光图标拖动到适当位置，这样透视图中的光线随着散射光的移动 而产生变化。平行光是指向太阳那样的从无限远处照射过来的光源。它又可分为两种，即目标平行 光和自由平行光。如果要在场景中表现激光束或阳光照射效果，就可以使用此灯光。它位 于灯光/平行光，同时在主命令板上设置定向光的各个参数，与泛光灯一样可以使用选择 移动按钮，在各视图中调整定向光源与目标的位置和角度。聚光灯是从一点发出的光束，离光源越远光束会变得越

19、宽，它有一个照亮的照射中心, 在一定的范围内产生衰减。聚光灯有两种，即目标聚光灯和自由聚光灯。它们的区别是目标聚光灯有明确可调整的目标，而自由聚光灯设有可调整的目标。创建聚光灯的方法和创建定向光一样。天光它是一个专门模拟地球上某地某时真实太阳光的外挂程序，用于模拟太阳光，且产生真实的阴影效果3 。灯光布局的研究3dmax 可谓主流的三维动画制作软件，基本的布光原则也是相通的。灯光的设置方法是没有固定死板的，因个人而言都有着一定的差异性。在布光前应该对所需要的画面的明暗色彩分布有一定的设想，并要考虑到后续动画制作程序的简便性与时效性，有几点基本的规则是一定的。第一，布光时要注意给灯光的设置留有一

20、定的可调节的余地，便于产生微妙的光影的变换。一定要避免灯光太亮，这样会适当整个场景缺了层次感，出现了曝光的现象会显得画面十分生硬。第二，场景中的灯光不宜太多。过多的灯火会使得工作过程的复杂度加大，很难处理画面，最重要的是过多的灯光直接影响到了渲染的速度。保留必要的灯光就行。有时可能通过材质贴图来代替灯光，比如在台灯的材质可以将调节自发光参数就可以达到满意的效果了。第三，场景中要能到体现出灯光的明暗分布，具有一定的层次感是最好的。在灯光放置中设置灯光的衰减参数，就是设置对应灯光开始淡入或淡出的距离。这样也便于突出主体和真实感。就像遵守现实世界中近浓远淡，近暗远亮这个常识，这样就便于达到三维的 目

21、的。第四，遵守现实生活中灯光的形式，其实软件中的灯光并没有真实灯光的特点，它并不懂得阴影的重叠，当多个灯光同时使用时，要注意投影的准确位置。努力实现对影调的总体设计，尽量避免与现实相背离的事情发生4 。渲染器的探究如今渲染器除了三维软件自带的渲染器重，还有许多渲染器受到广大三维制作者的青睐，例如V-Ray就是常见的一种渲染器并可以和3dmax软件很好的相兼容。它是由chaosgroupffiasgvi公司出品的。V-Ray渲染器是个具有模拟现实光照的全局光渲染器，在 静帧的图片以及动态画面。同时，它拥有的照明的仿真功能可以帮助操作者完成类似照片的图像。它也可以表现出高级的光线跟踪，以及散射的效

22、果。这些是 3dmax自带的扫描线渲染器所没有的。同时，它用于自己的材质例如发光材质，VR_ 材质包裹器，VR_ 混合材质，覆盖材质等。假若在V-Ray渲染器中选用V-Ray材质可以获得更好的照明效果，较快的 渲染速度以及更为方便的折射，反射等的参数调节。除了材质以外，它也拥有自己的灯光 例如V-Ray环境光，太阳光，光源等。在渲染中使用这些灯光可以提高画面的品质但是也 延长了渲染的速度。通常情况下V-Ra闪光的使用使得渲染速度延长了数倍5。渲染速率提高的途径探究V-Ray渲染器参数设计为了实现画面质量的完美性，在 V-Ray宣染器中，通过全局光照明的方式来完成渲染， 往往可以达到很好的效果，

23、但是随着算法速度的复杂度加大，渲染的时间也加长。例如同 一个场景，是否开启全局照明所耗的时间相差数倍6o例如对同一棵树的渲染开启全局照明所完成的时间是12.0s而没有开启的时间是3.2s。开启全局光照明如图2-2所示。图2-2全局光渲染示意图未开启全局光如图2-3所示所以为了加快渲染速度又能满足渲染要求，可以一次反弹和二次反弹的全局照明渲染 引擎的参数值来减少渲染时间，例如采用发光贴图。当渲染场景中有大量的反射和折射材 质时，可以先关闭渲染面板中的全局开关中的材质栏中的反射和折射选项，来提升渲染的 速度，当最终渲染输出成品图时再增加相关参数值。模型与灯光对渲染速率的研究一般在布光时采用加法原则

24、来添加灯光，即先增加一盏灯，如环境需要的话再适当增 加灯的数量，尽量做到不布多余灯光，因为在渲染输出时，灯光对于渲染速度的影响是巨 大的，因此在渲染时，应该尽量减少灯光的数量。当出现可有可无的灯光时，一定要将其 删除。场景中模型的数量以及复杂度也会影响渲染的速度。因此精简模型，对摄像机照不到 的场景可以适当的删去模型从而加快渲染速度。根据这样的想法，在后期渲染中若进行分 层渲染，最基本的即角色，场景，阴影分开渲染，最后可以在后期合成中在进行合并，这 么不仅会加快渲染的速度，同时也使得灯光布置更简单方便 7。网络渲染的设计对渲染速率的提高IP网络渲染，这是3dmax软件自带的一种渲染方式，只是它

25、适合多帧图像的渲染，把多 帧图像分配到不同的网络计算机进行渲染，最后所有渲染完成的图片会直接保存到主计算 机上，完成多帧图片。具体操作就是将多台计算机连接成为一个小型局域网络，设置一台 机子作为主计算机，它主要负责监控其他机器的渲染进程。主计算机需要设置固定的 地址，使得其他计算机可以查询并映射主计算机。把所需要渲染的文件以及材质全部放入 主计算机中，开启主计算机的管理器和监视器，提交所需渲染的文件。其他机器开启服务 器连接主计算机进行调用文件进行渲染，这样的情况下可以再同一时间多台机器共同渲染 一个分镜。这样的渲染速度可以提高数倍。在主计算机的监视器中，可以对所需文件的渲 染优先级进行更改8

26、。监视器优先级的体现如图2-4所示。监视器中默认的优先级均是50， 这样渲染的顺序是按照提交的顺序进行的。 假若需要提供某一文件的优先级可以再监视器中直接修改优先级参数例如修改到 49 就可以排在队列的前面，优先级48 的就排在了 49 的前面。2.5 分层渲染分层渲染不仅仅可以提高渲染速度最重要的是便于后期合成渲染对镜头的特效等的调节。这是三维动画渲染中必不可少的一步。分层的方式基本上有两种，一种是根据物体的类别进行粗略分层。比如一个镜头中有人物，有道具，有背景、那么根据镜头内容可以分为人物层、道具层、背景层等等。另一种是按物体的颜色、阴影等层次进行的精细分层。比如可以把物体按其显现的物理视

27、觉属性分为基本色层、高光层、阴影层、投影层、反射层、折射层、发光层等。在毕业设计的作品中我们是采用第一种分层方式进行渲染的 9 。第 3 章 三维动画灯光与渲染的技术表现三维动画灯光场景与角色灯光的表现灯光的配置是三维动画场景中一个重要的组成部分了，不仅仅是照亮了整个场景，产生一定的反射效果，阴影等使得画面更加具有了真实性，同时奠定了画面的整体气氛。灯光在场景中的布局主要遵循基本布光原则， 灯光不要太混乱。 一般存在一个主光源，和若干个辅助光源，主灯光的亮度是所有存在的灯光中最强的，奠定了主要的场景气氛，例如夜晚的天空主光源以聚光灯为例，此聚光灯的亮度系数为 0.45就可其余辅助灯光在0.01

28、 左右。但是当时晴朗的白天时，同样的聚光灯，亮度系数需要调节到 0.8左右，但其余辅助光源在0.02左右就可以了 10 。其实在三维动画中，角色灯光的布局比场景灯光简单易行些。它主要是运用三点照明的基本理论。即在对人物进行灯光布局时，依然是运用主光灯 辅助光。首先要单独孤立 出人物来进行灯光的设置，保证物体周围没有其他的光源。然后加入主体光，就是照明角色用的主灯. 用来表现最明显最主要的光影明暗效果。从顶视图来看, 灯的角度与摄像机的朝向在15到45度之间, 一定不要超过45度。整好位置角度后 ,在侧视图里把主体光的高度稍微抬高 , 使得在侧视图里与摄像机的朝向成15到45度角。主体光一定要是

29、场景里该角色面前最亮的一盏灯 , 因为它的主要作用是制造阴影 , 表现出最暗的部分。接下来可以给物体加上一盏或多盏辅助光，这是为了体现间接照射产生的光源例如墙壁反射等11 。总而言之，一般对于角色甚至一些场景里的道具在灯光的布局时最为广泛和简便的方法就是三点照明理论。掌握调整三盏灯的位置关系和强度的技巧切记在调整三盏灯的位置，角度的时候以摄像机为参照物，同时辅助光的数量无论是一盏还是多盏都不能超出主 灯光的强度。三维动画渲染手法的表现V-Ray 对场景表现首先，V-Ray宣染器作为3dma款件的一个插件，已完全融人3dma款件系统中，V-Ray 渲染器拥有自己的材质库，设置起来非常简单，很多参

30、数和3dmaX勺材质参数设置方法一样，所以操作起来轻松。同时他还有自带的灯光，例如在V-Ray中自带的天光就可以在场景渲染中首先开启天光，天光的色彩可以调节。就可以达到用众多基本灯光才能得出的效 果。一般在晴朗的上午基调下，对室内为调节可以再屋外添加天光，并且设置天光的颜色来进行风格的定夺。而RGB(181,223,225 )是天光为淡蓝色就比较符合需要的环境。同时12也可以通过颜色的对比对模型材质等的色彩进行比较o图3-1 V-Ray天光开启示意图V-Ray渲染最初天光的开启的示意图如图3-2所示。其次，添加辅助光源，并在渲染出图的设置中，它是通过全局照明来实现渲染的。在 场景中渲染时，在V

31、-Ra/境栏中，勾选“全局光环境（天光）覆盖”及“反射，折射环境 覆盖”选框组中的“开”复选框，适当调节强度与色温，在间接照明栏中的复选框选择“开”, 计算场景中的间接光照明，将全局光引擎调整为发光贴图模式，由于一般采用引入发光贴 图的方式来加快渲染速度。在预览效果时可以将间接照明栏中把当前预置设置为“低”或 “非常低”。V-Ray宣染器辅助光源完成后的示意图如图3-2所示。图3-2 V-Ray渲染场景渲染示意图总而言之，V-Ray渲染器有着优秀的全局光照系统，在灯光传递表现方面有着无与伦 比的强大优势。就制作出的效果而言，毋庸质疑，它的效果可以和任何一款渲染器相媲美 只有掌握了 V-Ray渲

32、染器的特点和用途，并具备娴熟的操作技能与技巧.才可能渲染出优 秀的作品来13o后期场景渲染的表现所谓后期的渲染就是在前期通过V-Ray 等渲染软件对镜头逐帧渲染完成后，放入后期视频编辑软件，进行镜头图像的调节按照规格渲染出连续播放的视频，在单帧图片放入后期软件中，需要根据分层渲染出的图片进行图片的叠加，并根据剧本的风格进行图片亮度的调节，然后根据前期渲染出的图片大小格式进行渲染输出。例如前期单帧图片渲染出来的图片大小为720X 576 ,帧率为25.0PAL像素比为1.0667那么，在后期的渲染输出的属性设置中也要与之对应。在后期渲染输出视频的格式上存在许多视频格式，例如AVI,RMVB MP

33、G, MP存，不同的视频格式在清晰度以及文件大小压缩上也存在差异。为展现高清的视频效果可以选择无压缩渲染，但与此同时文件大小也随之增大。有些几分钟的短片若用到AVI格式的无压缩渲染就是几 G的大小了 14。三维动画灯光与渲染在表现手法上的优劣势三维动画的制作软件对计算机配置的要求很高，尤其是关系到渲染速度的时候。再好的的技术若没有好的硬件支持也形同虚构。同时对风格统一的要求也是所有动画制作过程最为严格的要求。 但是三维软件的制作过程尤其是在灯光设置上面， 毕竟是对软件的设置。经常容易出现场景过分鲜艳，前后画面风格出现反差。但是，我们不能够否认，三维动画对真实渲染的高技术表现力以及对制作速度的提

34、高是之前所有二维动画无法超越的鸿沟。第 4 章 作品中灯光与渲染的体现作品制作流程中灯光与渲染的应用作品交流的制作过程分为三大块，前期，中期和后期。前期进行剧本的编排，剧本风格的设定以及分镜稿的绘制过程并进行模型的创建，中期包括根据作品的风格模型材质的制作，根据分镜稿进行角色动作与镜头的设计，灯光的布局以及前期角色与场景的渲染，后期包括了单帧图片的合成，音乐的配置，视频渲染的输出以及剪辑。最终完成了作品。在这次工作中灯光与渲染的技术主要体现在作品的中期角色和场景灯光的设定以及渲染逐帧图片，渲染速率的提高和后期合成中为渲染出高质量短片进行的参数设定以及后期光照的修改工作等。作品中灯光与渲染面临的

35、问题在这部短片，主要采用了 V-Ray 渲染器，使用到外景以及室内的场景，在灯光布局上面需要考虑室内灯光和场景灯光所用的差别。于此同时由于存在大量移动的场景并且为了达到更自然的光与影的结合场景渲染均采用了全局光渲染，所以需要考虑灯光设计尽量减少数量保证渲染时间的合理性。同时，在场景中大量存在木板和夹子在大范围移动如何，保证所投射灯光的平均性，防止出现忽明忽暗的效果需要找出合理的解决方法。在渲染时由于时间有限为加快渲染速度，如何设置局域网进行网络渲染，分层渲染技术的涉及以及后期视频渲染的实现。所以，这些灯光和渲染的问题是不可避免的产生了。作品中灯光布局的实现作品中角色机器人，模型简单线条流畅但是

36、由于头部较大，在灯光的使用时只要注意防止头部下方不要出现过黑的阴影，防止曝光就好。这是最初对角色灯光设计时直接考虑到的两点。所以在人物的灯光的实现上是用到两盏3dmaX!带的两盏目标聚光灯以及由V-Ray宣染器所带的环境光，遵循三点布局法。一盏聚光灯光照强度较大，一盏作为补助光源。其余一盏等作为环境辅助光。在作品男主人公的灯光上面，作为主光灯的聚光灯亮度调节到了 0.55 ，灯光方向并与摄像机方向一致，这样可以大限度的照明。辅助灯光的聚光灯与主光构成约45度角辅助光的亮度大约在0.15 。并且他们的目标点相融合，一般情况下是位于角色的头顶上方。环境光，采用V-Ray的环境光强度2.5.这里的2

37、.5与聚光灯的2.5强度是不同的。在经过理论研究后，以为万无一失的布光放过产生了最初摄像机的角色灯光示意图如4-1所示。但是在进行灯光的设计时，将主光灯与摄像机完全平行，造成角色身子光照不均匀, 出现了块状亮斑在角色身上显得十分突兀。角色几乎处于黑暗之中了。平行摄像机照射主灯光产生的是效果如图 4-2所示。图4-2平行照射效果示意图后来，发现这种现象的产生主要是由于灯光光线路径不对，最终不能聚焦到角色模型 上而是飞离了模型，光照照射不到模型。采取的解决方案是把聚光灯抬高与摄像机形成约30度角度，形成了最终效果 此文档仅供学习和交流灯光与摄像机正确的设计如图4-3所示。图4-3主光源与摄像机成角

38、度示意图在于摄像机形成角度的同时，光照可以完全照射到角色模型，过亮的光斑也就随之消 失了。角色渲染的完成如图4-4所示：图4-4角色完成示意图作品由于涉及到室内和室外的场景，两者对灯光的布局也存在了一定的差异。由于室外的场景相对为了比较大，灯光采用少许泛光灯和一种聚光灯，加大了聚光灯 的光照范围。使得光照范围与外部场景大小一致，这样可减少光照不均的现象产生。场景 的灯光必须考虑到折射，反射等现象的光照，所以会开启全局光照明。考虑到真实性原则 光与影的结合，开启了聚光灯的阴影贴图。在最初进行灯光亮度调节时开始营造白天欢快的气氛是的聚光灯调节参数 0.5 ,同时 灯光颜色偏蓝点，RGB(222,2

39、45,255 )使场景明亮。白天室外场景的灯光设置如图4-5所示。图4-5白天外景示意图夜晚外景的灯光调节主要就是把灯光相对调暗点，聚光灯参数设置为亮度0.3,开启V对影贴图。其余不变即可。对于室内，空间相对较小，灯光仅仅使用了几盏泛光灯与一盏环境光，但在前期模型 建立时候，由于有窗户的那面墙壁与房间并没有成为一体，造成墙壁与墙壁的拐角处很容 易存在缝隙，这样对灯光布局时，很容易产生漏光现象，也就使得渲染出来的图片墙角接 缝处非常亮，甚至出现曝光现象而与之接近的墙壁面会出现暗灰色的斑点。这种现象在白 色墙壁上是非常明显的，更糟糕的是这会直接影响到作品的风格。所以要特别注意曝光与 墙角的漏光现象

40、的产生，每盏灯光亮度都没有特别强。房间中六盏泛光灯，每盏亮度0.1,分两排排列，位于房顶与地面的中间。室内灯光示意图如4-6所示。图4-6室内灯光示意图此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除作品中渲染技术的应用作品前期渲染此次作品前期逐帧图片渲染采用 V-Ray宣染器进行渲染。室外场景开启全局光照明与环境光照明，若不开全局光照明仅仅依靠一盏聚光灯和泛 光灯，整个场景就是一片黑暗。只有聚光灯直接照射的地方存在一点亮光。未开启全局照明的外景如图4-7所示。图4-7未开全局光的示意图所以，在相对比较大的场景中，若单单依靠基本灯光的布局实现的可能性是比较小的， 由此推断三点照明的方法比较适用于场景小

41、紧凑的模型中。当开启全局光照明以后，设置一次反弹倍增1.0,二次反弹倍增0.5.这是由于自然环境下一次反弹比二次反弹光能损失小。若减少一次反弹的倍增，场景会变得暗淡些。开启全局照明效果与参数如图4-8所示。室内场景依然开启全局照明。于此同时，为达到更好的渲染效果以及提高后期合成的速度和特效的添加，进行了大量分层渲染。作品中的渲染按照模型属性分为4层，角色层,阴影层，场景层和天空。这样的分层在最后合成中由于每张图层都包含Alpha通道，利用黑透白不透的通道原理，四张图层的叠加就形成了一副完整的画面。分层渲染如图4-9所示。图4-9分层渲染示意图角色层的实现是先将角色与地板以外的模型隐藏，对地板进

42、行遮罩处理。也就是对地板的V-Ray属性中无光属性中的无光对象勾选，并把混入Alpha参数调节为-0.1,同时勾选。角色渲染的V-Ray设置如图4-10所示。图4-10角色渲染V-Ray示意图阴影层的渲染不需要任何灯光的出现，只需打开全局光这样可以使得阴影会有松散的感觉更真实，同时需要角色对摄像机不可见，地面的V-Ray属性无光对象勾选，混入Alpha 参数为-0.1,直接光阴影以及影响 Alpha通道选项都需要勾选。阴影层地面设置如图4-11所示图4-11阴影渲染地面设置示意图室内场景层的渲染，和外景的渲染一样，都需要开启全局光照明参数设置也一样。天空层实际上在这部作品中是用手绘板在 Pho

43、toshop中绘制的天空，可以在后期加入 天空图层即可。在渲染场景的时候，往往有些镜头会产生场景中的模型遮挡住了角色，但在后期图层 叠加的时候角色层往往在场景层的上方，这样就出问题了。在这部作品中经常在角色接受 卡片以及去箱子中取卡片的时候遇到这样的情况。在作品中遇到这样的问题是通过在角色渲染是保留遮挡角色的模型，对其进行遮罩。 这样，角色层被遮挡住的部分便成透明在图层叠加时就不存在问题。存在遮罩的分层渲染如图4-12所示。图4-12有遮罩的分层渲染示意图遮罩的设置就是将这个模型的V-Ray属性中无光属性勾选，同时混入Alpha参数为-0.1 即可。遮罩模型的参数设置如图4-13所示。V-Ra

44、v广学石行玉陶摘*津2*0elAJili酮-kifi小性脚樨*1 -二一 : -， 一 Innw-口.laQ,ffl11JI111TII 案 gE黑EiEieiiKlly把:;-t廿庐曲.1下，.匚y可19k职* 掂土杀二】* 揖“伊尼LX 辐看期去丽I资t昌一司” *W摘用可见*取.析到代姑三艮耳明 tS iio 12 郴 全的罕喻更u硒月质不讳甘金后碉*.Tk图4-13遮罩参数示意图其实在还有另一种方法来规避这样的问题，就是在角色层和场景层渲染完成后，可以 单独对遮挡住角色的模型进行渲染，最终将这张图放在所有图层的最上方即可。这中方法 可以在渲染的时候忘记遮罩问题在后期合成时发现问题，那么

45、直接渲染一张前景就解决问 题了。网络渲染的应用止匕外，在作品制作过程中由于大量的渲染工作都应用了全局光渲染这会使得渲染速度 的减慢。在时间仓促的情况下，为加快渲染速度，采用了网络渲染技术。简单描述就是多 台在同一局域网的计算机中，主计算机设置文件保存地址并设置自己固有 IP地址便于其他 机子寻找，同时主计算机还有建立一个共享文件夹里面要包含所有的需要渲染的软件以及 材质等。它在Autodesk菜单下的文件夹Backburner中打开监视器以及管理器。其他机器 映射主机器的这个文件夹，打开服务器，进行连接。主计算机不负责渲染只是提交和查看 渲染进程，当然主计算机进行渲染也是可以的但一般情况下都比

46、较乐意在主计算机上进行 每个分镜头的灯光布局与渲染设置，然后提交到网络渲染中让其他机子进行渲染工作。设置输出参数包括帧数范围，大小为720X 576,频率为25PAL在渲染输出处勾选保存 文件设置存放的文件路径，最后选择网络渲染。此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除 网络渲染设置如图4-14所示。图4-14渲染设置图在监视器中要注意观察其他运行渲染的计算机工作状态，若出现红色字体表示出错要 及时检查。在网络渲染中，最初犯的一个大错也造成做了许多机械式操作的情况就是，文 件的命名，若文件命名为中文名字甚至是材质的命名是中文的在网络渲染中都会出现错 误。同时无用的摄像机需要删除，在网络渲染中，

47、场景中摄像机过多也会造成渲染出错。 还有一点一定要注意就是这些在同一局域网进行网络渲染的计算机所安装的插件以及 3dmax的版本相一致。若使用不懂的版本都可能渲染过程出现错误。后期渲染在作品中的表现在后期渲染主要就是指把前期逐帧渲染出的序列图片，导入后期制作软件中把前期渲 染分层渲染出的图片进行叠加合并以及根据风格适当调节光亮度使得渲染出的每一镜头 视频效果一致，然后合理进行参数设置渲染出连续的视频动画。在这次作品后期制作过程中，后期的渲染主要是在Sony VegaSt期制作软件中进行的。 首先开始导入连续图画，需要勾选静态序列图的选项。并且值得注意的是其属性需要与前 期渲染出的图片属性相同。

48、帧率选择 25.000PAL,像素宽高比为1.0667, Alpha通道选项 一定勾选为预乘，这样图片才拥有 Alpha通道才能利用黑透白不透的通道原则来进行图层 的叠加。在制作作品初始阶段，总是忘记选择通道，造成在图片叠加式上层团完全遮盖住下层的图片。于此同时为了渲染输出的画面美观可以同时运用色彩曲线调节图层的亮度 分层渲染后图层的合成如图4-15所示。图4-15图层渲染合成示意图同时，通过打关键帧来现画面亮度逐渐改变的状态。如可以在特效亮度选框中，在 1 秒时刻亮度选择为1并点击键盘insert键创建关键帧，在10秒时候亮度调节为12同时 创建新的关键帧。这样在后期渲染输出时就可以实现1秒

49、到10秒的亮度渐变的简单特效的出现。这种方法多次在作品纸片特写镜头上以及纸片从远处飞来的镜头上得到了应用。这种方法同时也可以规避掉当两个镜头在前期渲染产生较大色差，后期渲染的调节比 较麻烦的情况下，镜头画面风格不一致的现象。而且这中效果的加入并没有对后期渲染输 出产生算法的难度加大。后期渲染亮度特效渐变设计如图4-16所示。图4-16后期渲染亮度特效示意图在后期合成阶段由于感到多次出现彩色画面的单一纸片传递场景，会给人视觉的疲 劳，所以在后期渲染阶段，加入了怀旧试特效，这样渲染出来的视频效果既能够重新抓住 观众的关注眼球又能够烘托出在纸片传递过程的时间性。但是这样的效果加入也会使得后此文档仅供

50、学习和交流期渲染视频的时间加长。这样的镜头也不方便经常使用 渲染怀旧式画面的实现如图4-17所示。图4-17渲染怀旧画面示意图这种渲染画面的产生主要在原始镜头上进行视频素材特效的添加，在这里就能够很好 的体现前期渲染中分层渲染的好处了，在前期的分层渲染中图片面板分一层，背景墙壁分 一层。这样可以单独对每一层进行特效的添加特效，为体现画板内容，把画板层色调调为 0.076颗粒数调为0.02而墙壁层色图为0.000无颗粒数显示，这样就可以体现前景层的凹 凸感。同时色彩调为 RGB (191,183,9。为淡土黄色就好。值得一提的是当颗粒数调节为 0时，会出现纵向的细小白条这样渲染出来的视频更能够体

51、现画面独特的怀旧气氛，凸显 男主角对女主角的想念。由于在前期渲染的逐帧图片是按照镜头进行渲染的，这样在后期渲染合成的时候又造 成上一个镜头和下一个镜头不可能是完美的衔接，但是渲染视频的输出的时候是不可能断 续的镜头播放的这时就需要渲染转场特效。转场渲染如图4-18所示。图4-18场渲染示意图具体操作就是需要上一个镜头渲染的最后一帧图片和下一镜头的第一张图片进行转 场的制作只有这样才能渲染出流畅的视频。在这部中最常用的转场就是分别在两张已经合 成的图片上面加入转场包络线。当音频，转场，亮度等特效全部完成调节后，就开始进行最后视频的渲染了。在Vegas中，渲染输出的视频类型有非常多例如我们常见的

52、AVI,RMOV , MP4, RM等 也有许多的音频格式可以选择。在选择完输出的文件类后，选择文件式样，例如无压缩格 式，PALDV等。选择好输出类型与样式后并选择文件输出路径后就可以开始渲染。在开 始渲染的过程中，会显示已渲染完成的百分比以及所消耗的时间与剩余的时间这些信息。作品渲染输出的实现如图4-19所示。图4-19染输出的实现示意图但是在最初的作品渲染输出时，由于不清楚文件格式的属性当渲染成 AVI的PAL样本 的造成5分多钟的动画渲染出了 1G大小的成品，更有甚者渲染成AVI无压缩格式竟然需 要7G并且渲染时间非常长。当发现这个问题的时候，我们非常的迷惑，就选择使用其他 的输出类型

53、，最终发现在同样的设置下渲染成WMV的格式并选择样本为 PAL只需要51.2M并且仅仅需要7分钟就可以完成了视频渲染的输出工作。而起渲染出来的画面效果 也不会特别的模糊。通过后续的调查与研究发现在造成这样结果的出现主要还是每一种渲染格式问题，AVI格式的特点就是兼容好、调用方便、图象质量好，但缺点就是非常的大。而 WMV格 式的体积非常小，因此很适合在网上播放和上传，但是渲染出来的效果还是有一点的差别 的。其余有非常多的渲染样式，但是在时间紧迫的情况下，在作品渲染输出时并没有一一 渲染尝试过，这一点也留下遗憾。此文档仅供学习和交流渲染输出格式对比如图4-20所示。图4-20渲染输出结果示意图至

54、此，动画短片作品交流在整个制作流程中，灯光与渲染技术的应用就告一段落 了。总之灯光渲染在这部动画短片中的应用是非常广泛的，也充分体现了它们的重要性。结论在作品准备阶段，分析了三维动画中灯光的基本布局原则，包括主光源，辅助光的设置要求，不同场景所需灯光的差别。以及三维动画中对渲染的要求，渲染存在的意义等。在此基础上，进行三维动画短片交流的设计和制作，在制作过程中，通过对角色灯光的布局以及场景灯光的设计，深刻理解灯光的布局的基本要求，以及在灯光基础上由于场景的渲染大量采用了 V-Ray的全局光渲染，造成渲染时间的加长，所以提出如何可以兼顾多者提高渲染制作效率，最终在导师的帮助下进行局域网架构，进行

55、网络渲染使时间成倍的缩短，也对网络渲染有了更为实质性的认识。在前期渲染过程中，感受到了一张图片渲染与没渲染的差别是如此的巨大，甚至能够影响到整个短片的风格。而在后期渲染阶段时就能够深刻感受到前期分层渲染的众多好处了。通过，几个月的作品制作我对灯光和渲染技术在三维动画短片中的应用有了以下几点体会：(1)进行外部场景的灯光布景，运用3dmaX!带的?S光灯，以及目标聚光灯并调大灯光的照射范围。尽可能的减少灯光数量提高渲染速度。进行室内场景的灯光布局，尽量使用简单，并少量的泛光灯，主要墙角不要存在漏光。泛光灯的亮度不要调节过大。角色灯光布局，使用三点照明法，主光灯和辅助光用两盏目标聚光灯，外加一盏V

56、-Ray宣染器中的环境光。同时灯光方向和摄像机一致。但是一定要与摄像机形成一个约 30度的角。对室外场景进行渲染工作，由于室外场景比较大，模型较多，但为了考虑自然环境灯影效果，要使用V-Ray宣染器打开全局照明。动画制作中要进行分层渲染，角色，阴影，场景基本分为三层，同时遮罩的问题遇到很多。为全面提高渲染速度，采用了多台计算机构成的局域网络进行网络渲染，是分机渲染的图片可以直接回存至主机。由于时间比较仓促，在后期渲染中，没有来得及深刻研究不同格式渲染出的差异性。这是一个遗憾之处。 本课题下一步的展望是， 希望打造一套可以多方面使用的灯光系统以，同时继续研究如何使得渲染过程中渲染作品的高度真实性

57、以及完美性和速率，所用的机器配置高要求性可以得到较为合理的结合。同时对后期渲染进行深刻的探究。张国良 .3dmax 之室内渲染的布光J. 苏州教育学院学报,2006,23(1):2-4.任泉 . 三维动画制作的产业化渲染流程研究J. 海南师范大学学报,2009,22(3):1-3.程娟 . 灯光系统在三维场景中的应用策略J. 景德镇高专学报,2009,24(2):2-3.胡铮 . 三维动画材质灯光设计与制作M. 北京：机械工业出版社 ,2010.12-23.Markus Kuhlo. Architectural Rendering with 3ds Max and V-RayM.Focal P

58、ress.2008.8-3施骁 .V-Ray 酷渲风暴 M. 北京：人民邮电出版社 ,2009.34-50.余军 .V-Ray 渲染方式下的灯光布局J. 肇庆市工业大学学报 ,2008,34(5):3-4.李珂 .3dsmax 三维动画制作中的网络渲染技术详解 J. 铁道勘测与设计,2011,35(4):1-4.杜静芬 . 数字绘图的光照与渲染技术M. 北京：清华大学出版社 ,2008.8-1.郑勇群 .3ds Max/V-Ray 印象 灯光 /材质 /渲染技术精粹M. 北京：人民邮电出版社,2011.8-1.Ron LaFon.3ds Max Design 2009J CADALYST,2008,25(8):3-7.Steven Till