《篇灯光环境和渲染》课件

篇灯光环境和渲染灯光环境和渲染是三维场景中不可或缺的一部分，通过灯光照亮场景，渲染生成最终的视觉效果。课程简介本课程将深入浅出地讲解灯光环境和渲染的理论基础和实践技巧。从光线与材质的交互原理到渲染引擎的应用，为你揭示逼真渲染背后的奥秘。学习掌握灯光环境和渲染技术，为创作出令人惊叹的视觉效果打下坚实基础。通过理论讲解、案例演示和实践操作，让你轻松掌握关键知识和技能。灯光环境的作用塑造空间灯光可以强调空间的形状和体积，并创造出不同的氛围。例如，使用强烈的灯光可以突出显示一个物体，而柔和的灯光则可以营造宁静的气氛。营造氛围灯光可以表达不同的情绪和感觉。暖色调的灯光通常与舒适和放松有关，而冷色调的灯光则可以创造出更加冷静和正式的氛围。突出重点灯光可以引导人们的注意力，突出重要的元素，例如产品或人物。提升视觉效果好的灯光可以增强场景的视觉效果，使图像更加生动和逼真。场景照明类型环境光环境光模拟来自周围环境的光线，例如天空或墙壁。定向光定向光来自特定方向的光线，例如太阳光。点光源点光源模拟来自特定位置的光线，例如灯泡。聚光灯聚光灯模拟来自特定方向的聚焦光束，例如手电筒。直射光和间接光直射光光源直接照射到物体表面，产生清晰的阴影和明暗对比。太阳光灯光间接光光线经过反射或折射，最终照射到物体表面，形成柔和的漫射光。环境光反射光光线传播直射光和间接光共同构成一个完整的照明环境，使物体更加立体和真实。直射光塑造形状间接光增加细节环境光和全局照明环境光环境光模拟自然界中来自四面八方的漫反射光线。环境光通常用于照亮场景中的所有物体，使场景具有整体的亮度。全局照明全局照明模拟光线在场景中相互反射和散射的过程。全局照明可以模拟真实光线的照射效果，产生更自然逼真的渲染结果。物理基础的照明模型11.光线传播模拟光线在物体表面传播的光学现象，例如反射、折射和散射。22.材质属性考虑物体的表面材质，例如颜色、纹理和光泽度，来影响光线的反射和吸收。33.光源类型模拟各种光源，例如太阳光、灯光和环境光，并考虑它们的辐射特性。44.渲染方程基于物理原理建立渲染方程，计算最终图像像素的亮度值。蒙特卡罗光线追踪随机采样模拟光线在场景中的传播，通过随机采样技术模拟光线与物体表面的交互。路径追踪跟踪光线从光源出发，经过多次反射和折射，最终到达摄像机。统计平均通过大量的采样，计算光线到达摄像机的光线数量，从而得到最终的渲染结果。辐射传输方程光能传递描述光在介质中传播和相互作用的过程。光线路径模拟光线在场景中传播的路径，计算光线强度变化。数学模型使用积分方程描述光能的传输和变化。渲染基础为光线追踪、辐射度等渲染算法提供理论基础。光子映射算法光子追踪从光源发射光子，模拟光线在场景中的传播路径。光子密度记录光子在场景中撞击的点，形成光子密度图。全局照明通过光子密度图计算场景中各点的亮度，实现逼真的全局照明效果。辐射度算法11.表面间辐射能量交换辐射度算法模拟光线在物体表面之间的反射和吸收。22.辐射度方程该算法基于辐射度方程，描述了物体表面上的辐射能量平衡。33.离散化和迭代求解将物体表面分成许多小块，并通过迭代计算来求解辐射度方程。44.渲染结果辐射度算法能够生成逼真的阴影和间接照明效果。光能明度算法计算光能明度光能明度算法通过计算场景中每个点的光能明度来进行渲染，模拟真实世界的光线传播和反射。光线追踪结合该算法通常与光线追踪技术结合使用，可以生成高质量、真实感强的渲染效果。光线追踪算法1模拟光线传播光线追踪算法模拟真实世界中光线的传播路径。2计算光线交点算法通过计算光线与物体表面的交点来确定光线反射和折射方向。3精确渲染效果光线追踪可以生成更加真实的渲染效果，如阴影、反射和折射。4计算量大光线追踪算法计算量大，需要较高的计算资源和时间。光线追踪渲染流程1场景定义定义场景中的物体、材质、灯光和相机等元素。2光线发射从相机位置发射光线，与场景中的物体进行相交测试。3光线追踪根据光线与物体交点的信息，计算光线反射和折射。4像素着色根据光线追踪结果，计算每个像素的亮度和颜色。5图像合成将所有像素数据组合成最终的渲染图像。天光和太阳光模拟天光模拟模拟真实的天空颜色和亮度变化，例如日出、日落和阴天。太阳光模拟模拟太阳光的方向、强度和颜色，创建逼真的阴影和光照效果。光线散射模拟大气对光线的散射，营造自然光线散射的效果，如瑞利散射和米氏散射。体积光和气雾模拟体积光模拟光线穿过空气或其他介质，例如云、雾、烟和水。气雾模拟模拟大气中散射和吸收的光线，生成逼真的天空和云彩。真实感渲染通过模拟光的散射和吸收，增强场景的真实感和氛围感。阴影的处理技术阴影贴图阴影贴图是一种基于纹理的阴影渲染技术，它将阴影预先计算并存储在纹理中，在渲染时根据光源和物体的位置进行采样。阴影贴图效率高，但可能出现阴影边缘锯齿，以及阴影自遮挡问题。光线追踪光线追踪通过模拟光线从光源发出，并跟踪光线与物体之间的碰撞来计算阴影。光线追踪可以实现更真实、更精细的阴影，但计算成本较高，尤其是在复杂场景中。材质和纹理的渲染材质定义物体表面的视觉属性，例如颜色、纹理、光泽度等。纹理用于增加表面细节和真实感，可以是图像、图案或噪声。渲染方式包括漫反射、镜面反射、折射、光线追踪等。HDR图像处理高动态范围图像HDR图像包含更广阔的亮度范围，能够捕捉到场景中的细节。HDR图像能够展现出真实世界的细节，带来更逼真的视觉效果。HDR图像处理技术HDR图像处理技术能够将普通图像转换为HDR图像，增强图像的动态范围。HDR图像处理技术能够改善图像的对比度，提升色彩饱和度，增强视觉效果。照明质量与渲染效率高质量照明更逼真的渲染效果渲染效率影响渲染速度和时间平衡优化照明设置，提高渲染效率，同时保持高品质渲染引擎的发展历程1光线追踪1960年代，第一个光线追踪算法被提出。2辐射度方法1980年代，辐射度方法用于模拟复杂照明场景。3蒙特卡罗光线追踪1990年代，蒙特卡罗方法用于模拟复杂光线路径。4实时渲染2000年代，GPU加速渲染，实时渲染变得可能。5基于物理渲染21世纪，基于物理渲染技术成为主流，更加真实。渲染引擎发展历程经历了多个阶段，从早期的光线追踪算法到现在的基于物理渲染技术，不断改进，更加真实。Blender内置渲染引擎CyclesCycles是Blender的基于物理的渲染引擎，它使用路径追踪算法来模拟光的物理行为。EeveeEevee是Blender的实时渲染引擎，它使用光线追踪和体积光算法来快速渲染场景。Arnold渲染引擎基于物理的渲染引擎Arnold渲染引擎以其强大的物理模拟能力而闻名，能逼真地还原现实世界的光线传播和材质属性。高品质图像生成Arnold可生成高质量的图像，用于电影、电视、游戏和建筑可视化等领域。高效的渲染速度Arnold优化了渲染流程，有效提高渲染效率，即使处理复杂场景也能快速生成图像。Redshift渲染引擎1基于GPU加速Redshift利用GPU的并行计算能力，可以显著提高渲染速度，特别是对于大型复杂场景。2物理准确的渲染Redshift基于物理原理，模拟光线在场景中的传播和交互，从而实现逼真的渲染效果。3高效的渲染流程Redshift提供各种优化功能，例如光线追踪、光子映射和体积光模拟，提高渲染效率。4广泛的应用Redshift广泛应用于影视制作、游戏开发、建筑设计等领域，可以满足各种专业需求。V-Ray渲染引擎广泛应用V-Ray是电影、电视和游戏行业中广泛使用的渲染引擎，用于制作逼真的图像和动画。功能强大V-Ray提供各种功能，包括光线追踪、全局照明、体积效果和材质。性能高效V-Ray在处理复杂的场景和高质量渲染方面表现出色，可实现快速渲染速度。易于使用V-Ray提供了直观的界面和丰富的教程，使艺术家能够轻松学习和使用该软件。渲染引擎功能对比Arnold拥有最多的功能，包括光线追踪、全局照明、体积光、运动模糊等。Redshift和V-Ray功能也很多，但各有侧重，Redshift更擅长实时渲染，V-Ray更擅长离线渲染。Blender内置渲染引擎功能相对较少，但性能不错，适合初学者使用。渲染技术发展趋势11.逼真度和效率渲染技术不断提升，追求更高逼真度和渲染效率，实现更逼真的视觉效果和更快的渲染速度。22.物理精确度渲染技术不断朝着物理精确度发展，模拟真实光线传播和材质表现，提升视觉效果的真实感。33.沉浸式体验渲染技术应用于虚拟现实和增强现实，为用户提供更沉浸式的体验。44.云计算云计算和分布式渲染技术的应用，使渲染工作变得更加高效和灵活。课程总结灯光环境的重要性