《3ds Max三维动画设计标准教程》课件-new-第4章

第4章3dsMax灯光技术4.1灯光简介4.2标准灯光4.3光度学灯光4.4高级灯光4.5应用案例本章小结习题

4.1灯光简介

3dsMax中提供了两种类型的灯光：标准灯光和光度学灯光。所有类型在视图中都为灯光对象，它们使用相同的参数，包括阴影生成器。

标准灯光是基于计算机的模拟灯光对象，如家用或办公室灯、舞台和电影工作时使用的灯光设备和太阳光本身。不同类型的灯光对象可用不同的方法投影灯光，模拟不同种类的光源。和光度学不同，标准灯光不具有基于物理的强度值。

4.2标准灯光

标准灯光是基于计算机的模拟灯光对象，它不具有基于物理的强度值。

标准灯光分为目标聚光灯、自由聚光灯、目标平行光、自由平行光、泛光灯、天光、mr区域泛光灯和mr区域聚光灯八种类型的标准灯光对象，如图4.1所示。图4.1“灯光”面板

1.目标聚光灯

图4.2创建目标聚光灯

2.自由聚光灯

图4.3创建自由聚光灯

3.目标平行光

目标平行光使用目标对象指向灯光。当太阳在地球表面投影(适用于所有时间)时，所有平行光以一个方向投影平行光线。平行光主要用于模拟太阳光，可以调整灯光的颜色和位置并在3D空间旋转灯光。

由于平行光线是平行的，所以平行光线呈圆形或矩形棱柱而不是圆锥体。

MentalRay渲染器认为所有的平行光都来自于无穷远，所以3dsMax场景中在直接灯光对象后面的对象也会被照明。另外，使用MentalRay渲染器时，平行光不能生成区域阴影，而且也不使用光束明暗器(在lume库中)。初步了解目标平行光后开始创建灯光。图4.4创建目标平行光

4.自由平行光

图4.5创建自由平行光

5.泛光灯

泛光灯从单个光源向各个方向投影光线。泛光灯用于将“辅助照明”添加到场景中，或模拟点光源。

泛光灯可以投影阴影和投影。单个投影阴影的泛光灯等同于六个投影阴影的聚光灯，投影方向从中心指向外侧。

当设置由泛光灯投影贴图时，投影贴图的方法与映射到环境中的方法相同。当使用“屏幕环境”坐标或“显式贴图通道纹理”坐标时，将以放射状投影贴图的六个副本。图4.6创建泛光灯

6.天光

天光用于建立日光的模型，意味着天光与光跟踪器一起使用，天光可以设置天空的颜色或将其指定为贴图。

当使用默认扫描线渲染器进行渲染时，天光与高级照明中光跟踪器或光能传递结合使用效果会更佳。

如果使用渲染元素输出场景中天光的照明元素，则该场景使用光能传递或光跟踪器，不可以分离灯光的直接、间接和阴影通道。天光照明的三个元素都输出到间接光通道。初步了解天光后开始创建灯光。图4.7创建天光

7.mr区域泛光灯

当使用MentalRay渲染器渲染场景时，区域泛光灯从球体或圆柱体发射光线，而不是从点源发射光线。若使用默认的扫描线渲染器，区域泛光灯像其它标准的泛光灯一样发射

光线。

由3dsMaxscript脚本创建和支持区域泛光灯，只有MentalRay渲染器才可使用“区域光源参数”卷展栏上的参数。初步了解mr区域泛光灯后开始创建灯光。图4.8创建mr区域泛光灯

8.mr区域聚光灯

当使用MentalRay渲染器渲染场景时，区域聚光灯从矩形或碟形区域发射光线，而不是从点光源发射光线。若使用默认的扫描线渲染器，区域聚光灯将像其它标准的聚光灯一样发射光线。

区域灯光的渲染时间比点光源的渲染时间要长。要创建快速测试(或草图)渲染，可以使用“渲染设置”对话框的“公用参数”卷展栏中的“区域/线光源视作点光源”切换选项，以便加快渲染速度。初步了解mr区域聚光灯后开始创建灯光。图4.9创建mr区域聚光灯

4.3光 度 学 灯 光

光度学灯光基于光度学(光能)值，通过这些值可以更精确地定义灯光。用户可以根据光度学值创建具有各种分布和颜色特性的灯光，就像在真实世界一样，也可以导入照明制造商提供的特定光度学文件创建灯光。

光度学灯光使用“平方反比衰减”持续衰减，并依赖于使用实际单位的场景。

光度学灯光分为目标灯光、自由灯光、mrSky门户三种灯光对象，如图4.10所示。图4.10灯光对象

1.目标灯光

目标灯光具有可以用于指向灯光的目标子对象。当添加目标灯光时，3dsMax会自动为其指定注视控制器，且灯光目标对象指定为“注视”目标。用户可以使用“运动”面板上的控制器设置将场景中的任何其它对象指定为“注视”目标。初步了解目标灯光后开始创建灯光。

(1)打开场景，选择“创建”面板，选择面板下光度学层级下的创建目标灯光。

(2)在视图中拖动鼠标，拖动的初始点是灯光的位置，释放鼠标的点就是目标位置。现在灯光成为场景的一部分，如图4.11所示。图4.11创建目标灯光

2.自由灯光

图4.12创建自由灯光

3.mrSky门户

mr(mentalray)天空门户对象提供了一种聚集内部场景中现有天空照明的有效方法，无需进行高度“最终聚集”或“全局照明”设置(这会使渲染时间过长)。实际上，门户就是一个区域灯光，可从环境中导出其亮度和颜色。初步了解mrSky门户灯光后开始创建灯光。图4.13创建mrSky门户

4.4高级灯光

1.光跟踪器

光跟踪器是使用了光线跟踪方式的全局照明系统，它是基于采样点进行计算的，每个采样点都可以随机放射出一定量的管线对环境进行检测，碰到物体的光线形成光被添加到采样点上，没有碰到物体的光线则被看做是天光效果处理，所以光跟踪器能很好地表现出天光的效果。原来要表现天光效果一般需要繁琐的阵列灯光来照明，或者是利用高级渲染插件来完成，现在只需要使用光跟踪器即可完成，十分方便而且效果也很不错。

(1)重置3dsMax场景，打开配套光盘中的“光跟踪器.max”文件，如图4.14所示。

(2)给场景添加灯光。光跟踪器可以结合标准灯光来进行照明，给场景添加天光，天光可以在视图中的任意位置建立，不会影响到最终的效果。

(3)打开“渲染设置”面板，进入“高级照明”设置，在面板下选择“光跟踪器”方式，如图4.15所示。图4.14测试场景图4.15“高级照明”面板参数面板中的“反弹”、“光线/采样数”会影响渲染时间，所以参数不能盲目地提高，要根据需要来设置，调大过滤器数值可以消除黑斑等不良效果。最终渲染时可以设置“光线/采样数”的取样值为250，或者更高，调节过滤器的数值为1左右，并适当调节灯光的强度，这样渲染可以达到比较理想的效果，如图4.16所示。图4.16渲染效果

2.光能传递

与普通的渲染技术相比较，光能传递具有以下几个主要的特点：

(1)一旦完成光能传递的计算，就可以从任意角度观察场景，计算的结果也保存在3dsMax文件中。

(2)可以方便地自定义物体光能传递的计算质量。

(3)不需要附加灯光来模拟环境光。

(4)自发光物体可以被定义为光源。

(5)配合光度学灯光，光能传递可以为照明分析提供精确的结果。

(6)光能传递计算中的场景物体需要按照实际的尺寸进行建立。

(7)光能传递计算的效果可以直接在3dsMax的视图中显示。

①建立一个简单的小场景，设置场景单位为厘米，模拟真实尺寸，如图4.17所示。

②在场景中创建灯光，进入“灯光设置”面板，在菜单里选择“光度学灯光”类型，建立自由点光源灯光。

③移动灯光到BOX顶部。

④渲染场景会是一片黑，因为灯光初始值强度较低，选择“灯光”选项，将“强度/颜色/衰减”面板下的强度值调大，并开启阴影，选择光线跟踪的阴影方式。图4.17创建测试场景⑤还可以通过“曝光控制”加亮场景，打开“环境”编辑器或按下快捷键【8】，在“曝光控制”面板下选择“线性曝光控制”，通过调节曝光的亮度设置调亮场景，如图4.18所示。

⑥关闭“曝光控制”，打开“渲染设置”面板，进入“高级照明”面板，选择“光能传递”选项，如图4.19所示。

⑦在“光能传递处理参数”面板中按下开始键，对场景进行光能传递的计算。

⑧打开光能传递“网格传递”卷展栏，勾选“启用”选项，这样可以打开光能传递的模型细分处理，细分值越小，细分程度就越高，那么得到的计算效果就越好，当然越高的细分也会带来越长的渲染计算时间。

图4.18测试效果图4.19光能传递选项光能传递的效果中会有黑斑出现，可以通过加大过滤值来防止黑斑的出现，当然过滤值也不能设得太高，一般情况下设置为4，这样渲染结果就比较完善了，如图4.20所示。图4.20渲染效果要得到更为精确的光能传递渲染结果，一般可以通过加大模型的网格细分来实现，或者通过光能传递再聚集的方式得到最佳的光能传递结果，如图4.21所示。

“每采样光线数”的值控制着再聚集计算的取样，其值越高效果会越好，计算时间也会越长。“过滤器半径”的值控制着场景中的黑斑模糊，在使用再聚集算法后，过滤值将不会起作用，需要通过过滤器半径的值来处理场景黑斑。图4.21“渲染参数”设置

4.5应用案例

图4.22测试场景图4.23创建灯光

(3)打开“目标聚光灯参数”面板，调整参数，勾选“常规参数”面板下的“阴影”启用选项，开启阴影，并将阴影类型设置为“高级光线跟踪”方式，如图4.24所示。

(4)点击按钮进行渲染，看到阴影和暗面的地方比较黑，我们需要继续调节灯光参数使阴影正常，如图4.25所示。图4.24聚光灯阴影图4.25渲染效果

(5)给场景添加一个天光光源，并打开“高级照明光跟踪器”，设置一个比较低的渲染参数，如图4.26所示。

(6)再次渲染，阴影的地方不是全黑了，但是场景明显曝光，如图4.27所示。图4.26天光照明图4.27渲染效果

(7)曝光是由于主灯和天光强度参数过高造成的，适当调节灯光的强度参数，使场景亮度正常，如图4.28所示。

(8)选择场景中的主光源——目标聚光灯，打开“强度/颜色/衰减”卷展栏，将灯光的颜色设置为淡黄色，如图4.29所示。

(9)参数调整完毕，点击再次渲染，如图4.30所示。图4.28渲染效果图4.29主光灯颜色图4.30渲染效果图4.31创建辅助灯光图4.32辅助灯光参数

(12)一般情况下由一个主光源照明的场景，场景中的没有被照到的面都会比较暗，我们可以通过补光的方法将暗面亮度提高。将泛光灯关联复制三个并将其放置于图中所示的位置。在建筑底下的泛光灯主要用于照亮场景的底面，灯光关联复制有利于调节相同的参数，如图4.33所示。

(13)除主光源外，将新添加的光源的色调都调节成偏冷的蓝色，场景中不同位置的冷光源，其参数是不一样的，强度、颜色等参数要根据分布的位置调节。2号泛光灯(上视图左边)冷色调减淡，强度减小，3号泛光灯(上视图下方)冷色调加强，强度加大，渲染如图4.34所示。图4.33创建辅助灯光图4.34渲染效果

(14)根据场景的需要可以微调各个灯光的参数，同时通过渲染观察灯光效果直至完美。调整完成后打开“高级照明”面板，将光跟踪器的参数调高，正式渲染，最终渲染效果如图4.35所示。