三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用思考

張瀚

本文對三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用作了分析，并從三維燈光模擬技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢、三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用意義與目標、具體內(nèi)容與應(yīng)用中擬解決的相關(guān)問題等四方面進行了介紹。

三維模擬技術(shù)可以模擬出很多自然現(xiàn)象，也可以模擬出一些虛幻場景，這在建筑設(shè)計、工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著計算機硬件性能的提高，三維模擬的應(yīng)用價值日益凸顯。建筑空間燈光照明的模擬是三維模擬技術(shù)領(lǐng)域的一個重要研究熱點。

三維燈光模擬技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢

國外在三維模擬仿真技術(shù)方面，發(fā)展起步領(lǐng)先于國內(nèi)。從1962年Morton Heilig發(fā)明了真實感全景仿真機開始，3D模擬仿真技術(shù)在國內(nèi)外逐漸得到了研究者的廣泛關(guān)注。美國的研究水平代表了國際3D模擬仿真的發(fā)展水平。北卡羅來納大學(xué)（UNC）的計算機系是進行虛擬現(xiàn)實研究最早的大學(xué)之一，主要研究建筑仿真等。美國UCLA大學(xué)的城市仿真小組最為著名，從90年代中期開始虛擬城市仿真與顯示的研究，致力于“虛擬洛杉磯”項目，至今已成功完成十多個城市的3D模擬仿真。

在國內(nèi)，早年的室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)都是以傳統(tǒng)手繪的形式出現(xiàn)。一直到2000年左右，國內(nèi)才開始將三維模擬技術(shù)運用到室內(nèi)設(shè)計中，但當(dāng)時由于計算機硬、軟件發(fā)展的限制和制作者使用技術(shù)和經(jīng)驗的尚未成熟，三維模擬技術(shù)的應(yīng)用水平普遍不高。隨著計算機硬件和軟件的發(fā)展，隨著制作者經(jīng)驗的不斷成熟，近年的室內(nèi)設(shè)計表現(xiàn)幾乎都成了三維模擬技術(shù)的天下，大量的專業(yè)三維軟件不斷更新，并出現(xiàn)了專門的效果圖制作公司和三維場景動畫制作公司。

目前，在室內(nèi)設(shè)計專業(yè)領(lǐng)域中，三維模擬技術(shù)主要應(yīng)用在三維效果圖和三維場景動畫兩大方面，涉及模型、材質(zhì)、照明、渲染、動態(tài)等多項技術(shù)。在對三維模擬技術(shù)的研究方面主要側(cè)重于介紹基本工具的使用等，大多數(shù)研究人員是站在純粹的軟件技術(shù)的角度對三維表現(xiàn)進行研究，在研究過程中，強調(diào)的是軟件技術(shù)本身的掌握和應(yīng)用，但從室內(nèi)空間照明與三維燈光渲染模擬技術(shù)的相互關(guān)系方面探討較少，三維燈光渲染模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用研究還是不夠的。

三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用意義

意義在于利用室內(nèi)空間三維模型進行燈光照明設(shè)計時，通過選擇和設(shè)置燈光的照明參數(shù)，設(shè)計師可以在室內(nèi)空間中進行不同燈光的渲染模擬和仿真教學(xué)。通過觀察燈光模擬和仿真效果，設(shè)計師便可以直觀地觀察到燈光設(shè)計的最終效果，以便于對照明方式作出正確的選擇。

三維燈光模擬技術(shù)在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的應(yīng)用目標

節(jié)約燈光照明設(shè)計成本，方便進行更加直觀的設(shè)計，能夠在安裝施工之前就查看到在室內(nèi)空間中的照明效果。我們借助3dmax三維建模軟件進行三維建筑空間的搭建，構(gòu)建出逼真的空間場景，然后再將構(gòu)建好的燈具三維模型導(dǎo)入到建筑空間中，為燈具填加照明的渲染模擬參數(shù)，進行渲染，讓設(shè)計師可以更好的分析照明設(shè)計的三維效果。

具體內(nèi)容與應(yīng)用中擬解決的相關(guān)問題

1.具體內(nèi)容

3dsmax、VRay三維燈光渲染模擬技術(shù)要點梳理；國內(nèi)外室內(nèi)建筑空間照明方式與燈光表現(xiàn)方式的分析運用；3dsmax、VRay三維燈光模擬在室內(nèi)空間照明設(shè)計中的具體運用以及在燈光設(shè)計過程中遇到問題的處理方法。

2. 擬解決的相關(guān)問題

（1）室內(nèi)建筑空間模型與燈具模型的優(yōu)化問題

為了保證三維燈光渲染模擬的最終教學(xué)效果，必須借助3dsmax三維建模軟件進行三維建筑空間的搭建與燈具模型的導(dǎo)入，并對其模型進行優(yōu)化，構(gòu)建出逼真的空間場景，為燈光渲染打下基礎(chǔ)。

（2）燈光的模擬方式與室內(nèi)建筑空間照明環(huán)境的匹配問題

光影效果是室內(nèi)設(shè)計方案美感的靈魂。教學(xué)中在對燈光模擬方式進行選擇時，既要考慮整體光照效果，也應(yīng)注意與季節(jié)、時間、地域等環(huán)境因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同時還要注意顏色、亮度、投射角、衰減度、陰影等方面與整體建筑空間照明的匹配。

三維燈光的常用模擬方式主要有如下幾種：3dsmax自帶的Target Spot（目標射燈）和Omni（泛光燈）、光度學(xué)的光域網(wǎng)文件、VRay系統(tǒng)自帶的VRayLight等。其中，Target Spot（目標射燈）與光度學(xué)的光域網(wǎng)文件具有明確的照射方向和照射范圍，可以對物體進行選擇性的重點照明，通常用來模擬石英射燈和金鹵射燈的照射效果；Omni（泛光燈）是由一個點發(fā)散照亮周圍物體，沒有特定的照射方向，通常用來模擬基礎(chǔ)照明；VRay系統(tǒng)自帶的VRayLight主要是面照明，可以用于整體照明和暗藏?zé)魩У难b飾線型照明。教學(xué)中針對性地選用恰當(dāng)?shù)臒艄饽M方式是室內(nèi)建筑空間照明達到最終效果的關(guān)鍵所在。

（3）三維燈光渲染的設(shè)置與室內(nèi)建筑空間家具模型材質(zhì)顏色的色溢問題

三維燈光渲染最終效果除了與燈光本身光強度、倍增值等設(shè)置參數(shù)有關(guān)系之外，還與室內(nèi)建筑空間家具本身的材質(zhì)顏色、反光、肌理等要素相關(guān)。在教學(xué)渲染過程中，為了避免室內(nèi)建筑空間色調(diào)出現(xiàn)整體偏色、色溢等刺激影響視覺的現(xiàn)象，必須結(jié)合材質(zhì)編輯器里面家具材質(zhì)反射值的調(diào)整來有效控制家具顏色的反射，從而達到視覺環(huán)保的目的。

（作者單位：重慶城市管理職業(yè)學(xué)院）