淺析三維角色渲染中光的作用

姚又龍

摘要：在數(shù)字化浪潮的沖擊下，光的藝術(shù)表現(xiàn)已不僅僅局限于傳統(tǒng)美術(shù)的范疇，更是大量應(yīng)用于三維角色的渲染和輸出上。因此，探討光在三維角色渲染中的作用，成為了重要的三維影像研究課題。這些研究涉及到光的來源，光對形體的塑造、對氛圍的烘托、對基調(diào)的強(qiáng)化等等，這也說明光在三維角色渲染中起到了重要的作用，并指引著我們創(chuàng)造出更好的三維角色渲染。

關(guān)鍵詞：三維;三維角色渲染;光的作用

三維角色渲染決定了三維角色的最終展示。無論你使用什么軟件制作角色模型最終與觀眾見面的都是角色展示影片亦或角色靜幀作品。因此從某種程度上說渲染決定了三維角色的出路。光在這個展示過程中起到了極其重要的作用，光的溫度，光的色調(diào)，光的明暗，都會讓你的角色熠熠生輝，脫胎換骨。一個沒有經(jīng)過任何修飾的裸模角色，和一個用光效精心雕琢的三維角色有著完全不同的渲染效果。讀懂了光，用好了光，你創(chuàng)作的三維角色才有生命，才有活力。

十年前我剛剛踏入三維制作領(lǐng)域就開始關(guān)注光在角色渲染中的作用，并最終將光的作用和這些角色的性格、內(nèi)心聯(lián)系到一起。創(chuàng)造出一些驚人的視覺效果。當(dāng)然數(shù)字角色渲染涉及到繪畫構(gòu)圖、電影藝術(shù)等多項(xiàng)綜合藝術(shù)。本文將重點(diǎn)探討光在三維角色渲染中的作用。

一、三維角色渲染中光的來源

談到三維角色渲染就不能不提目前主流的三維制作軟件（國內(nèi)主要使用3dmax和MAYA），其軟件內(nèi)自帶的虛擬燈光主要有以下幾種：平行光、聚光燈、面光源、點(diǎn)光源和環(huán)境光。這幾種光源幾乎可以模擬現(xiàn)實(shí)中所有的燈光環(huán)境。我把這些通過三維軟件模擬的光效稱之為軟件光。

軟件光與物理光的不同在于物理光是靠距離以及光源功率的強(qiáng)弱來控制燈光強(qiáng)度的。其特點(diǎn)是可控性強(qiáng)，更直觀，但需要設(shè)備和場地，成本比較高，設(shè)置及準(zhǔn)備時間長。現(xiàn)實(shí)中，我們經(jīng)?？吹酱蛑鞣N背景燈進(jìn)行廣告拍攝的視頻制作者。他們往往需要較大的場地以滿足拍攝效果和燈光設(shè)置的需要。而軟件光是靠計(jì)算機(jī)軟件程序的運(yùn)算獲得，不需要真實(shí)設(shè)備和場地，完全靠計(jì)算機(jī)模擬。因此操縱更方便，設(shè)置更簡單，成本也更低（有一臺電腦就夠了）。

軟件光查看效果需要通過軟件渲染器，數(shù)據(jù)量較大的情況下，軟件渲染速度會放慢，因此軟件光在效果的查看上不如物理光直觀。也就是說軟件光渲染效果的好壞會受到計(jì)算機(jī)性能的影響。

盡管軟件光與物理光使用工具和運(yùn)行原理不同，但軟件光是對物理光的模擬，二者在布置和使用上基本是一致的，只不過一個在現(xiàn)實(shí)生活中使用，一個在軟件中使用。想要掌握好軟件光的打光方式和照明效果，首先要對現(xiàn)實(shí)中物理光的屬性和打光技巧進(jìn)行深入研究，然后再通過軟件中的燈光設(shè)置和練習(xí)，不斷積累軟件光的數(shù)值調(diào)試經(jīng)驗(yàn)。已達(dá)到自己想要的角色渲染效果。

二、三維角色渲染中光的作用

1.對角色形體的塑造

對三維角色形體的塑造是三維角色渲染中光的重要作用之一。燈光一直是攝影和繪畫中形體塑造的手段。而這種塑造的方法也延伸到三維角色制作領(lǐng)域（圖1-1）。

經(jīng)典的三點(diǎn)光照法就是燈光塑形的經(jīng)典范例，并被廣泛使用在三維角色渲染當(dāng)中?！皩ξ矬w的照明最流行、最吸引人的方法之一就是采用傳統(tǒng)的好萊塢光照模式的三點(diǎn)光照方法。三點(diǎn)光照可以很容易地用光模擬物體模型，通過渲染的圖像表現(xiàn)物體完整的三維形狀。三點(diǎn)光照的變量調(diào)漲能夠在任何物體（從小道具到電影明星）上投下令人滿意的光效果?！盵1]

三點(diǎn)光照中的“點(diǎn)”實(shí)際上指的是光在三維角色渲染中充當(dāng)?shù)娜N“角色”，每個角色都有其特定的功能。

主光，這種光生成角色的主要光亮部分，并確定光照的主要角度。主光通常比照射物體的其他光要亮些，而且往往在場景中投射出最深、最清晰的陰影。

輔助光，這種光使主光形成的光亮部分便柔和并延伸開，使物體的更多部分可見。輔助光可以模擬反射光源或次要光源對角色的影響效果。

背光，這種光可以生成“明確的邊界”，幫助人們從視覺上將物體與背景區(qū)分開。并能使角色的頭發(fā)生成反光的效果，并且添加一個明確的邊界來顯示物體結(jié)束而陰影開始的地方。

通過對三點(diǎn)光照的研究我們可以看出光在角色形體塑造中的重要作用。通過合理的燈光布局，能夠完美的塑造角色形體。而三維角色渲染無論是在影片還是在靜幀作品中都大量使用傳統(tǒng)電影中的三點(diǎn)光照去塑造三維角色的形體，也是三維角色渲染中最常用的方法，所以對角色的形體塑造是光在三維角色渲染中的重要作用之一。

2.對渲染氛圍的烘托

燈光可以烘托畫面氛圍，例如，在你欣賞電影作品的時候你可以看到黑暗陰沉的氣氛也可以感受到舒暢輕松的氣氛，所以燈光可以帶給人們舒心，也能使人心情低落。其實(shí)光線對畫面氣氛的控制，一直被傳統(tǒng)繪畫藝術(shù)所使用。著名的繪畫作品《馬拉之死》畫面整體處于陰暗的光線之中，氣氛陰郁，突出了對馬拉之死的哀傷。與繪畫作品一樣對燈光特性的研究能使我們輕松的駕馭渲染氣氛。例如，對燈光的使用能夠非常生動的模擬從黃昏到清晨的不同環(huán)境氣氛。在早中晚三個時段的軟件光打光訓(xùn)練中你能通過早中晚色彩冷暖和明度的不同感受到不一樣的氛圍，例如早上的清冷，中午的明媚和傍晚的寧靜。這些不同氛圍的體現(xiàn)正是燈光在三維角色渲染中的另一個重要作用。

三、光在三維角色渲染中用于畫面的整體效果——基調(diào)

三維角色渲染中光的色彩和明度調(diào)節(jié)是使用軟件光的技術(shù)核心。因此涉及到一個重要的概念一一基調(diào)。

“基調(diào)，可以理解為造型藝術(shù)作品中的基本調(diào)性或主要運(yùn)動方向及形態(tài)特征。通常在一個造型空間內(nèi)只有一個主要的調(diào)性特征。其他造型元素都圍繞著這個主要的基本調(diào)性特征進(jìn)行設(shè)計(jì)、整合、這樣才能達(dá)到統(tǒng)一協(xié)調(diào)的藝術(shù)效果?！盵2]在數(shù)字角色渲染中光線的色彩做為角色造型的一個元素，也必須有符合自身特點(diǎn)的基調(diào)，這就像一支曲子或者一個主旋律，如果有兩個或者兩個以上的主旋律的話，人們就會覺得雜亂無章，無所適從。數(shù)字角色渲染中用光的目的就是將這些雜亂無章的音符統(tǒng)一在一個整體的范圍內(nèi)。

基調(diào)在三維角色渲染中有兩個重要作用：色彩整體性和明暗整體性

1.突出色彩的整體性

三維角色渲染中光的使用是對角色和背景素材進(jìn)行整合的藝術(shù)，二者的完美融合是制作人員必須考慮的重要問題。而用光的色彩做基調(diào)和配色可以更好的統(tǒng)一渲染畫面，因此突出色彩整體性成為光在渲染中的重要作用。在傳統(tǒng)繪畫藝術(shù)中，每一幅畫都有一個主色調(diào)（主光源的色調(diào)），同時在細(xì)節(jié)上又有很多微妙的色彩（輔光源的色彩），但是這些色彩并沒有超出整個畫面的基調(diào)，因此即保持畫面豐富變化又保持了畫面的色彩整體性。這種整體的色彩把握在繪畫中有廣泛應(yīng)用，對于三維角色渲染則同樣適用。在三維角色渲染中光的色彩需要與素材色彩的整體性保持一致，同時又對整個素材的效果產(chǎn)生進(jìn)一步的促進(jìn)作用。比如在一幅角色穿著和膚色整體偏紫色的渲染做作品中，往往會有一個偏藍(lán)紫色的光源，或者是頂光或者是背光，以更好的強(qiáng)化畫面各要素的色彩整體性，使整幅渲染作品的色調(diào)偏藍(lán)紫，色彩更加統(tǒng)一。

2.突出明暗的整體性

我們經(jīng)常遇到這種問題，在進(jìn)行藝術(shù)創(chuàng)作的過程中，為了突出主要的角色，我們會給主要的角色打明度較高的主光，而照亮輔助素材的光則統(tǒng)一在較暗的范圍內(nèi)。這樣做的作用就是主物體得到了突出同時畫面的整體對比度也得到了加強(qiáng)，主次分明，而不會因?yàn)楦鞣N光源過于分散而分不清主次。這種主光和輔光明度的統(tǒng)一我稱之為光的明暗整體性。光的明暗整體性在三維角色渲染中有著廣泛的應(yīng)用。

比如圖3-1中的咕嚕（指環(huán)王中非常著名的三維角色），為了突出它的形體結(jié)構(gòu)和性格，制作者特意加強(qiáng)了右側(cè)光和背光的強(qiáng)度，而咕嚕身體的其余部分則統(tǒng)

一在一個較暗的氛圍中，使得渲染作品主次分明，明暗整體統(tǒng)一，創(chuàng)造出了強(qiáng)烈的視覺效果。這種通過軟件光的設(shè)置來增強(qiáng)明暗整體性的方法，在三維角色渲染中廣泛使用，不僅提高了角色的形體辨識度更進(jìn)一步放大角色的個性特征，這也充分說明了光在角色渲染效果上的重要作用。

“20世紀(jì)90年代初期，美國、加拿大等發(fā)達(dá)國家開始將計(jì)算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)與影視制作相結(jié)合，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行影視節(jié)目的制作”[3]，自此之后，角色渲染技術(shù)得以飛速發(fā)展，光在三維角色渲染中的作用被不斷放大，綜合起來可以概括為三點(diǎn)：對形體的塑造，對氛圍的烘托，以及達(dá)到制作者想要的基調(diào)（突出明暗整體性和突出色彩的整體性）。這些作用涉及到了渲染效果的方方面面，制作人員需要更加深入的研究光，才能做出更激動人心的三維角色渲染。

參考文獻(xiàn)：

[1][美]伯恩：《數(shù)字繪圖中的光照與渲染》，電子工業(yè)出版社，2001

[2]諸迪：《構(gòu)成新概念》，四川美術(shù)出版社，2006

[3]俠客行旋風(fēng)動畫工作室《《3dsmax7游戲片頭制作完全攻略》，電子工業(yè)出版社，2005