淺析3DSMAX-VRAY場景空間中燈光技術(shù)的應(yīng)用方法

王志崗

摘? ?要：在場景空間表現(xiàn)中，燈光的顏色決定了整個(gè)空間的色調(diào)，烘托出空間的氛圍。燈光在場景空間表現(xiàn)中起到了非常重要的作用。但是如果要表現(xiàn)出燈光真實(shí)效果，需要對3DSMAX和Vray的燈光系統(tǒng)有全面的理解。全文敘述了燈光在場景空間表現(xiàn)的作用，介紹3DSMAX和VRAY的燈光類型以及燈光技術(shù)的應(yīng)用方法。

關(guān)鍵詞：VRAY色調(diào)? HDRI貼圖? 衰減

在場景空間表現(xiàn)中，燈光對于烘托空間的氛圍起到了決定性的作用。在場景空間中燈光最基本的作用是為場景提供照明，保證場景的亮度。其次，燈光為場景提供時(shí)間信息，通過不同的布光，可以使場景顯示為晚上還是白天。第三，燈光能烘托場景的氣氛和氛圍。為了能烘托出場景的氣氛和氛圍，燈光一般帶有顏色信息。

1? 3DSMAX的燈光系統(tǒng)

在3DSMAX場景中有默認(rèn)燈光，我們看不到這盞隱藏的默認(rèn)燈光。當(dāng)場景里沒有打燈光時(shí)，場景中的默認(rèn)燈光是啟用的，渲染后的效果圖是明亮的。但是只要我們在場景中創(chuàng)建一盞燈光，這盞默認(rèn)燈光會自動關(guān)閉。即使你在創(chuàng)建燈光后，你把創(chuàng)建的燈光關(guān)閉了，默認(rèn)燈光也會自動關(guān)閉。

在3DSMAX系統(tǒng)提供兩種類型的燈光：標(biāo)準(zhǔn)燈光和光度學(xué)燈光。在標(biāo)準(zhǔn)燈光中提供了8種類型的燈光有：目標(biāo)聚光燈、自由聚光燈、目標(biāo)平行光、自由平行光、泛光燈、天光、mrArea Omni和mr Area Spot。標(biāo)準(zhǔn)燈光的參數(shù)屬性主要包括了不同燈光的顏色、陰影以及強(qiáng)度和衰弱等[1]。

天光、mrArea Omni和mr Area Spot主要是配合mr渲染器使用的。天光的位置對于光照效果沒有任何影響，可以把它放置在場景的任何地方。天光模擬燈光從四面八方照射到場景，它的光照沒有方向性，類似于環(huán)境光的效果。

3DSMAX的標(biāo)準(zhǔn)燈光能準(zhǔn)確的控制燈光的照射范圍。目標(biāo)類的燈光和自由類的燈光主要區(qū)別在于目標(biāo)類燈光有目標(biāo)點(diǎn)，自由類燈光沒有目標(biāo)點(diǎn)。因此標(biāo)準(zhǔn)燈光主要分為聚光燈、平行光和泛光燈三種類型。目標(biāo)點(diǎn)的作用在于控制光照方向。自由燈光的方向只能通過旋轉(zhuǎn)自由燈光進(jìn)行改變。聚光燈的光照呈現(xiàn)錐形。平行光的光照呈現(xiàn)是圓柱形。泛光燈是一種典型的點(diǎn)光源，類似于燈泡，以點(diǎn)為中心向四面八方發(fā)射燈光。

在場景空間表現(xiàn)中主要用到的是標(biāo)準(zhǔn)燈光中的目標(biāo)平行光。在標(biāo)準(zhǔn)燈光中，每種類型的燈光的參數(shù)都很相似。目標(biāo)平行光用來模擬太陽光。

1.1 目標(biāo)平行光

在3DSMAX中，通過創(chuàng)建面板選擇燈光下的標(biāo)準(zhǔn)類型燈光后可以創(chuàng)建目標(biāo)平行光。在創(chuàng)建目標(biāo)平行光時(shí)，它的目標(biāo)點(diǎn)長短并不影響燈光照射的結(jié)束位置。燈光順著光圈一直往下照射，直到有東西阻擋，它的光就截止了。選中創(chuàng)建好的目標(biāo)平行光燈頭后，可以對目標(biāo)平行光參數(shù)進(jìn)行修改。此時(shí)選中的目標(biāo)平行光有一個(gè)光圈，這個(gè)光圈就是它的照明范圍。在光圈范圍里的物體能照亮，在光圈范圍以外的物體是無法被照亮的。光圈如果沒有物體遮擋，可以一直照下去。

在目標(biāo)平行光的參數(shù)里有以下幾個(gè)可以設(shè)置的重要參數(shù)：

（1）啟用：當(dāng)創(chuàng)建一盞燈，默認(rèn)情況下啟用是勾選的，燈光是起作用的。當(dāng)把啟用關(guān)閉，可以暫時(shí)不是讓它發(fā)光。

（2）陰影：默認(rèn)情況下陰影沒有開啟，必須勾選啟用陰影，對象就會產(chǎn)生投影。

（3）倍增：倍增值控制燈光的亮度。相當(dāng)于燈泡的瓦數(shù)。當(dāng)燈光的倍增值為正值，提供照明，數(shù)值越大，燈光越亮。燈光強(qiáng)度的值可以為負(fù)值，當(dāng)倍增值為負(fù)值時(shí)，它會產(chǎn)生吸光的效果。

（4）顏色：燈光參數(shù)中倍增后面的色塊用來控制燈光的顏色。

（5）衰減：現(xiàn)實(shí)中的燈光都具有衰減的特性。在3DSMAX中燈光的衰減通過近距衰減和遠(yuǎn)距衰減來控制。近距衰減表示燈光由不可見到可見的強(qiáng)度的遞增過程。遠(yuǎn)距衰減表示燈光由可見到不可見的強(qiáng)度的遞減過程。

（6）燈光照明范圍：聚光區(qū)和衰減區(qū)就是用來控制光圈大小，也就是燈光的照明范圍。燈光的光圈有兩層。里面一層就是聚光區(qū)。外面一層叫衰減區(qū)。當(dāng)聚光區(qū)保持不變，把衰減區(qū)放大，聚光區(qū)和衰減區(qū)之間會變成虛化。聚光區(qū)和衰減區(qū)它們之間距離是用來決定它們之間衰減變化快慢的。如果不想衰減變化，可以使聚光區(qū)和衰減區(qū)光圈的大小一樣。但聚光區(qū)和衰減區(qū)數(shù)值最小相差2。

（7）顯示光錐：當(dāng)不選燈的時(shí)候，光圈范圍是看不到的。當(dāng)選中這盞燈時(shí)，才能看到它的光圈。當(dāng)勾選顯示光錐后，不選擇燈也能看到它的光圈范圍。

（8）陰影參數(shù)：可以改變陰影的顏色。陰影的密度表示陰影的透氣性。

通過目標(biāo)平行光模擬太陽光，可以隨意的更改光線的強(qiáng)度和顏色，使用起來非常方便自由，在場景空間表現(xiàn)中被普通使用。

3DSMAX燈光的光度學(xué)燈光主要包括了光域網(wǎng)、強(qiáng)度以及色溫等類型的燈光， 其可以根據(jù)光能傳遞以及對相關(guān)光線的跟蹤確定出燈光的類型， 從而提高燈光的真實(shí)性[2]。光度學(xué)燈光可以創(chuàng)建各種溫度和顏色特性的燈光。主要使用導(dǎo)入光度學(xué)文件來模擬真實(shí)的燈光效果，它一般用于制作筒燈和射燈，也可作為補(bǔ)光使用。

泛光燈在室外建筑表現(xiàn)中比較常用，泛光燈在默認(rèn)狀態(tài)下是沒有陰影的，在沒開陰影的情況下，它能夠穿透物體。泛光燈在沒有開啟近距衰減和遠(yuǎn)距衰減的時(shí)候，它的照范圍是無限的。泛光燈參數(shù)近距衰減和遠(yuǎn)距衰減控制燈光的照射范圍。遠(yuǎn)距衰減表示燈光強(qiáng)度從開始值到結(jié)束值逐漸消失的過程。近距衰減表示燈光從開始值到結(jié)束值逐漸變亮的過程。

目標(biāo)聚光燈的燈柱是發(fā)散形的，在照射區(qū)域以外的范圍不受燈光影響。目標(biāo)聚光燈的燈頭和目標(biāo)點(diǎn)均可以調(diào)整，方向性非常好。一般使用目標(biāo)聚光燈來制作距離較遠(yuǎn)的射燈。目標(biāo)聚光燈的參數(shù)與目標(biāo)平行光參數(shù)相似。它們在啟用陰影后，如果選擇VR-陰影，在 VRAY陰影參數(shù)設(shè)置中可以選擇長方體和球體兩種類型。

2? VRAY燈光系統(tǒng)

VRAY燈光系統(tǒng)提供了4種燈光類型，它們分別是VR燈光、VrayIES、VR環(huán)境燈光和VR太陽。VRAY渲染器支持3DSMAX中的燈光，但VRAY燈光只能針對VRAY渲染器使用。

在室內(nèi)空間表現(xiàn)中，天光非常重要。當(dāng)沒有太陽光照射時(shí)，室內(nèi)也很明亮，而且色調(diào)也很柔和。在使用VRAY渲染器時(shí)，最簡單快捷的設(shè)置天光的方法是在VRAY設(shè)置面板中的環(huán)境選項(xiàng)卡里開啟全局照明（GI）環(huán)境。但是它不是一個(gè)真正的光源，它是用顏色來模擬的天光。我們在做室內(nèi)設(shè)計(jì)表現(xiàn)時(shí)，通常使用VRAY面光來制作天光，VRAY面光是一個(gè)真實(shí)的燈光，但是它渲染的速度比較慢。

2.1 VR-燈光

創(chuàng)建VR-燈光的方法和我們創(chuàng)建矩形和平面一樣。鼠標(biāo)左鍵向外拖放就可以創(chuàng)建一個(gè)VR-燈光。當(dāng)創(chuàng)建VRAY面光后，矩形框表示發(fā)光體的大小，箭頭的指向表示光線照射的方向，背面的部分不會被照亮。在修改面中可以更改Vray面光的參數(shù)。

2.1.1 類型

VR-燈光類型有平面、穹頂、球體和網(wǎng)格。最常用到的是平面。當(dāng)不想使用VR-燈光時(shí)，可以把“開”按鈕前的復(fù)選框去掉。

2.1.2 強(qiáng)度

燈光的亮度由倍增控制?？梢詻Q定場景的亮度。默認(rèn)參數(shù)是30，它是針對物理相機(jī)來使用的。但是影響VR-燈光的強(qiáng)度的因素不僅有倍增。還有以下4個(gè)方面。

（1）燈光的顏色會影響亮度。顏色越白越亮，顏色添加了灰色就會變暗。

（2）燈光的面積會影響亮度。面積越大越亮，面積越小越暗。

（3）燈光距離物體的遠(yuǎn)近會影響亮度。這是R-燈光模擬了真實(shí)的燈光，自身帶有衰減。

（4）被照明物體材質(zhì)的顏色也會影響燈光的亮度。材質(zhì)顏色越深，越不容易照亮。材質(zhì)顏色越淺越容易被照亮。

2.1.3 大小

改變VR-燈光長度和寬度可以改變燈光的大小。VR-燈光也支持縮放來改變它的面積。VR-燈光的大小不僅可以改變燈光的強(qiáng)弱，還可以改變陰影的模糊程度，VR-燈光尺寸越大，陰影越柔和。

2.1.4 不可見和影響反射

VR-燈光在照明時(shí)，VR-燈光自身也會被渲染出來了。如果不要把VR-燈光渲染出來，可以勾選不可見復(fù)選框。由于VR-燈光也參與到反射計(jì)算，雖然渲染時(shí)不會出現(xiàn)VR-燈光，但在有反射的物體上會反射出VR-燈光。因此將影響反射復(fù)選框不勾選，VR-燈光就不會參與反射計(jì)算。

VR-燈光的陰影比較真實(shí)，模擬真實(shí)燈光具有柔和和虛化的效果。但是VR-燈光會產(chǎn)生很多噪點(diǎn)。解決方法是可以增加燈光細(xì)分。燈光的細(xì)分又會影響渲染速度，因此在測試燈光時(shí)不需要加細(xì)分，在渲染大圖時(shí)把細(xì)分?jǐn)?shù)值增加，一般燈光細(xì)分的參數(shù)在16～32之間。

2.2 VR-太陽主要參數(shù)

一般在頂視圖里創(chuàng)建VR-太陽，并在前視圖改變VR-太陽的高度。VR-太陽在創(chuàng)建時(shí)會自動添加一張VR-天空的貼圖。VR-天空貼圖會做為環(huán)境貼圖，打開3DSMAX的材質(zhì)編輯器，把VR-天空的環(huán)境貼圖以實(shí)例的方式關(guān)聯(lián)到一個(gè)材質(zhì)球里，這樣可對這張VR-環(huán)境貼圖進(jìn)行編輯。由于VR-太陽和環(huán)境貼圖關(guān)聯(lián)起來，VR-太陽的參數(shù)改變后環(huán)境貼圖也相應(yīng)跟隨改變。

2.2.1 濁度

濁度指空氣中的清潔度，數(shù)值越大光線越暖。濁度可以改變燈光的顏色。早上和黃昏時(shí)分陽光的顏色為暖色，正午時(shí)分的顏色為白色。

2.2.2 臭氧

臭氧控制臭氧層的厚度，臭氧層越薄，紫外線越強(qiáng)。臭氧值越大陽光顏色越淺，反之臭氧值越小陽光顏色越深。臭氧對太陽光的影響很小，一般這個(gè)參數(shù)不做調(diào)整。

2.2.3 強(qiáng)度倍增

強(qiáng)度倍增這個(gè)參數(shù)比較重要，它用于控制陽光的強(qiáng)度，數(shù)值越大陽光越強(qiáng)。

2.2.4 大小倍增及細(xì)分

大小倍增這個(gè)參數(shù)也比較重要，它控制陰影的虛化程度，面積越大，陰影越柔和。但是陰影越柔和產(chǎn)生的噪點(diǎn)就會越多。解決噪點(diǎn)多的辦法是把VR-太陽的細(xì)分值加大。

VR-太陽是有方向性的。隨著VR-太陽與水平線的角度的變化，VR-太陽的顏色也會發(fā)生變化。VR-太陽與水平線所形成的角度越小，顏色越暖。VR-太陽與水平線形成的角度越大，顏色越白。

2.3 VRayIES主要參數(shù)

VRayIES在建筑表現(xiàn)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，主要用于做筒燈、射燈，也可以做室內(nèi)環(huán)境的補(bǔ)光。它主要利用光度學(xué)文件形成不同形狀的照明效果。光域網(wǎng)文件可以通過記事本打開，文件打開后是一些編碼。在這些編碼中，如果出現(xiàn)了問號，在3DSMAX2014以上版本是無法使用。

2.3.1 IES文件

此選項(xiàng)可以調(diào)用一個(gè)IES文件。根據(jù)IES文件選擇的不同，光域網(wǎng)照射的區(qū)域和大小也不同。

2.3.2 顏色模式

顏色模式可以選擇顏色和溫度兩種方式。其中在溫度的方式中顏色單位是開爾文，數(shù)值越大顏色越接近冷色。室內(nèi)的燈光一般選擇3000k-5500k。

2.3.3 功率

功率控制VRayIES燈光的強(qiáng)度，數(shù)值越大，燈光越強(qiáng);數(shù)值越小，燈光越弱。

3? 使用環(huán)境貼圖做照明系統(tǒng)

在做室內(nèi)建筑表現(xiàn)時(shí)，我們常使用VR-燈光中的平面光做為環(huán)境光。因?yàn)閂R面光是有方向性的，如果VR面光的方向朝向室內(nèi)，那么室外就會是漆黑。我們可以在環(huán)境中加入貼圖把整個(gè)場景照亮。

在材質(zhì)編輯器窗口，選擇一個(gè)材質(zhì)球后，從獲取材質(zhì)選項(xiàng)中調(diào)入VrayHDRI。將一張HDRI貼圖賦予VryaHDRI，并把貼圖類型選擇成為球型。其中全局倍增影響HDRI貼圖的亮度，渲染倍增影響渲染時(shí)的亮度。

在3DSMAX的環(huán)境和效果面板中，把VrayHDRI高動態(tài)貼圖以實(shí)例的方式關(guān)聯(lián)到環(huán)境貼圖中。這時(shí)VrayHDRI的顏色信息和亮度信息能為場景提供照明。此時(shí)VrayHDRI以360°包圍整個(gè)場景，非常真實(shí)的模擬了室外的環(huán)境光照。但是，在渲染室內(nèi)場景后場景中的物體感覺沒有落地，感覺飄在空中。VrayHDRI為整個(gè)場景提供照明，但并沒有一個(gè)明確的方向，燈光的照明是無序的。VrayHDRI并不象真實(shí)環(huán)境中環(huán)境光從窗戶進(jìn)入。我們要為VrayHDRI添加入口指引，這樣環(huán)境光才能正確的引導(dǎo)到室內(nèi)。

在制作開光入口時(shí)，在窗口添加VR面燈，面燈創(chuàng)建不要太大，如果VR面燈過大，陰影就比較虛，可以用幾個(gè)VR面燈拼起來。在VR面燈的選項(xiàng)參數(shù)中勾選天光入口選項(xiàng)。如果不希望VrayHDRI影響反射還需要把影響反射的勾選去掉。這樣VrayHDRI照明的陰影更實(shí)，解決了室內(nèi)物體沒有落地、比較飄的問題。

4? 使用VRAY天空做照明系統(tǒng)

在3DSMAX中，VR-天空也可以做為整個(gè)場景的照明信息。使用快捷鍵8進(jìn)入“環(huán)境和效果”面板，在環(huán)境貼圖面板可以添加一張VR-天空。使用鼠標(biāo)左鍵拖到材質(zhì)編輯器窗口的一個(gè)材質(zhì)球中，并以實(shí)例的方式把VR-天空和材質(zhì)相關(guān)聯(lián)。

VR-天空的色彩信息比較豐富。它模擬天空、地面和地平線三種顏色，它也是類似于HDRI的一種貼圖。如果要調(diào)整VR-天空的參數(shù)，首先要把VR-天空的指定太陽節(jié)點(diǎn)后的復(fù)選框勾選?？梢栽谔枱艄夂笾付ㄒ粋€(gè)太陽，指定后才有用。太陽濁度可以改變天空的顏色，數(shù)值越大天空越呈現(xiàn)暖色，數(shù)值越小天空越呈現(xiàn)冷色。太陽強(qiáng)度倍增是太陽的亮度倍增，數(shù)值越大天空越亮，數(shù)值越小天空越暗。太陽大小倍增可以控制陰影的柔和程度，數(shù)值越大陰影越柔和，數(shù)值越小陰影越實(shí)。太陽的過濾顏色選項(xiàng)相當(dāng)于在天空表面蒙上一層過濾板。

5? 結(jié)語

3DSMAX燈光系統(tǒng)和VRAY燈光系統(tǒng)不僅在室內(nèi)外建筑表現(xiàn)中起到關(guān)鍵作用，在場景漫游中也應(yīng)用廣泛。本文通過對3DSMAX燈光系統(tǒng)和VRAY燈光系統(tǒng)進(jìn)行分類，并對每種類型的燈光系統(tǒng)的重點(diǎn)燈光進(jìn)行了比較詳細(xì)的探析，讓我們對3DSMAX燈光系統(tǒng)和VRAY燈光系統(tǒng)有較全面的了解。在燈光的使用過程中，要根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同選擇不同種類的燈光，重要的在于表現(xiàn)出燈光的色調(diào)、冷暖、明暗及陰影關(guān)系。

參考文獻(xiàn)

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