1、第 11章 灯光 本章介绍 3ds max 中的照明知识，通过本章的学习，能够掌握基本的照明原理，并能够完成如下工作： 理解灯光类型的不同； 理解各种灯光参数； 创建和使用灯光； 高级灯光的应用。 11.1 灯光的特性 3ds max 6 的灯光有两大类，它们是 Standard(标准 )和 Photometric(光度控制 )。 3ds max灯光的特性与自然界中灯光的特性不完全相同。下面首先介绍 3ds max 中 Standard 灯光的类型。 11.1.1 Standard 灯光 3ds max 提供了 5 种 Standard 类型的灯光，它们是聚光灯、有向光源、泛光灯、太阳光和区域
2、光 。我们首先介绍聚光灯。 聚光灯 聚光灯是最为常用的灯光类型，它的光线来自一点，沿着锥形延伸。光锥有两个设置参数，它们是 Hotspot 和 Falloff，见图 11.1。 Hotspot 决定光锥中心区域最亮的地方， Falloff 决定从亮衰减到黑的区域。 聚光灯光锥的角度决定场景中的照明区域。较大的锥角产生较大的照明区域，见图 11.2，通常用来照亮整个场景；较小的锥角照亮较小的区域，可以产生戏剧性的效果，见图 11.3。 图 11.1 图 11.2 3ds max 允许不均匀缩放圆形光锥，形成一个椭圆形光锥，见图 11.4。 聚光灯光锥的形状不一定是圆形的，可以将它改变成矩形的。如
3、果使用矩形聚光灯，我们不需要使用缩放功能来改变它的形状，可以使用 Aspect 参数改变聚光灯的形状，参见图 11.1。 从图 11.5 中可以看出， Aspect=1.0 将产生一个正方形光锥； Aspect=0.5 将产 生一个高的光锥； Aspect=2.0 将产生一个宽光锥。 图 11.3 图 11.4 图 11.5 Aspect = 0.5 Aspect = 2.0 Aspect = 1.0 有向光源 有向光源在许多方面不同于聚光灯和泛光灯，其投射的光线是平行的，因此阴影没有变形，见图 11.6。有向光源没有光锥，因此常用来模拟太阳光。 图 11.6 泛光灯 泛光灯是一个点光源，它向
4、全方位发射光线。通过在场景中单击 就可以创建泛光灯，泛光灯常用来模拟室内灯光效果，例如吊灯，见图 11.7。 图 11.7 11.1.2 自由灯光和目标灯光 在 3ds max 中创建的灯光有两种形式，即自由灯光和目标灯光。聚光灯和有向光源都有这两种形式。 聚光灯产生的阴影 有向光源产生的阴影 自由灯光 与泛光灯类似，通过简单的单击就可以将自由灯光放置在场景中，不需要指定灯光的目标点。当创建自由灯光时，它面向所在的视口。一旦创建后就可以将它移动到任何地方。这种灯光常用来模拟吊灯（见图 11.8）和汽车车灯的效果，也适用于作为动画灯光，例如，模拟运动汽车的车灯。 目标灯光 目标灯光 的创建方式与
5、自由灯光不同。必须首先指定灯光的初始位置，然后再指定灯光的目标点，见图 11.9。目标灯光非常适用于模拟舞台灯光，可以方便地指明照射位置。创建一个目标灯光就创建两个对象：光源和目标点。两个对象可以分别运动，但是光源总是照向目标点。 图 11.8 图 11.9 创建自由聚光灯 在这个练习中，我们将给街道场景中增加一个自由聚光灯来模拟街灯的 效果。 1. 启动 3ds max，在菜单栏中选取 File/Open，从本书的配套光盘中打开文件 Samples ch11ch11_01.max。 2. 在创建命令面板中单击 ，选择 自由聚光灯。 3. 在顶视口街灯的中间单击，创建自由聚光灯，见 11.10
6、。 4. 单击主工具栏的 Select and Move 按钮。 5. 在状态栏的变换参数输入区域中，将 X 的数值设置为 -11.1， Y 设置为 22.0， Z 设置为220.0。 这时的摄像机视口见图 11.11。 图 11.10 图 11.11 11.2 布光的基本知识 随着演播室照明技术的快速发展，诞生了一个全新的艺术形式，我们将这种形式称之为灯光设计。无论为什么样的环境设计灯光，一些基本的概念是一致的。首先为不同的目的和布置使用不同的灯光，其次是使用颜色增加场景。 11.2.1 布光的基本原则 一般情况下可以从布置三个灯光开始，这三个灯光是主光（ Key）、辅光（ Fill）和背光
7、（ Back）。为了方便设置，最好都采用聚光灯，见图 11.12。尽管三点布光是很好的照明方法，但是有时还需要使用 其它的方法来照明对象。一种方法是给背景增加一个 Wall Wash 光，给场景中的对象增加一个 Eye 光。 主光 这个灯是三个灯中最亮的，是场景中的主要照明光源，也是产生阴影的主要光源。图11.13 就是主光照明的效果。 主光 辅光 背光 图 11.12 图 11.13 辅光 这个灯光用来补充主光产生的阴影区域的照明，显示出阴影区域的细节，而又影响主光的照明效果。 辅光通常被放置在较低的位置，亮度也是主光的一半到三分之二。这个灯光产生的阴影很弱。图 11.14 是有主光和辅光照
8、明的效果。 背光 这个光的目的是照亮对象的背面，从而将对象从背景中区分开来。这个灯光通常放在对象的后上方，亮度是主光的三分之一到二分之一。这个灯光产生的阴影最不清晰。图 11.15是主光、辅光和背光照明的效果。 Wall Wash 光 这个灯光并不增加整个场景的照明，但是它却可以平衡场景的照明，并从背景中区分出更多的细节。这个灯光可以用来模拟从窗户中进来的灯光，也可以用来强调某个区域。图11.16 是使用 投影光作为 Wall Wash 光的效果。 图 11.14 图 11.15 Eye 光 在许多电影中都使用了 Eye 光，这个光只照射对象的一个小区域。这个照明效果可以用来给对象增加神奇的效
9、果，也可以使观察者更注意某个区域。图 11.17 就是使用 Eye 光后的效果。 图 11.16 图 11.17 11.2.2 室外照明 前面介绍了如何进行室内照明，下面来介绍如何照明室外场景。室外照明的灯光布置与室内的完全不同，需要考虑时间、天气情况和所处的位置等诸多因素。如果要模拟太阳的光线就必须使用有向光源，这是因为地球离太阳非常远，只占据太阳照明区域的一小部分，太阳光在地球上产生的所有阴影都是平行的。 要使用 Standard 灯光照明室外场景，一般都使用有向光源，并根据一天的时间来设置光源的颜色。此外，尽管可以使用 Shadow Mapped 类型的阴影得到好的结果，但是要得到真实的
10、太阳阴影，需要使用 Raytraced Shadows。这将会增加渲染时间，但是它是值得的。最好将有向光的 Overshoot 选项打开（下一节详细介绍相关参数），以便灯光能够照亮整个场景，且只在 Falloff 区域中产生阴影。 除了有向光源之外，还可以增加一个泛光灯来模拟散射光，见图 11.18。这个泛光灯将不产生阴影和影响表面的高光区域。图 11.19 是图 11.18 场景的渲染结果。 图 11.18 图 11.19 使用 3ds max 中的 IES Sky 和 IES Sun 可以方便地调整出如图 11.20 所示的室外效果。关于这些灯光的应用，我们将在高级教程中详细讨论。 有向光
11、源 泛光灯 11.3 Standard 灯光的参数 可以通过 Modify 面板设定灯光的参数，灯光的参数面板见图 11.21。图 11.21 中显示了聚光灯的所有参数，不管创建哪类聚光灯，其主要参数都是一样的。 图 11.20 图 11.21 11.3.1 General Parameters 卷展栏 3ds max 的 Standard 灯光与自然界中灯光的另外一个区别是前者可以只影响某些表面成分。还可以使用 Exclude 选项将对象从灯光照明和阴影中排除。这些调整都可以在 Modify面板中的 General Parameters 卷展栏中完成。 On 复选框 General Para
12、meters 下面是 On 复选框。当这个复选框被复选的时候，灯光被打开；当这个复选框取消复选的时候，灯光被关闭。被关闭的灯光的图标用黑色表示，见图 11.22。 灯光类型下拉式列表 On 复选框右边就是灯光类型下拉式列表，见图 11.23。可以使用该列表改变当前选择灯光的类型。 图 11.22 图 11.23 阴影参数 当四处观察的时候，总能够看到各个对象的阴影，每个对象都有阴影。阴影的情况与灯光有关。如果场景中只有一盏灯，那么将会产生非常清晰的阴影；如果场景中有很多灯光，那么将产生柔和的阴影。这样的阴影不太清晰。 场景中的阴影可以描述 许多重要信息，例如，可以描述灯光和对象之间的关系，对象
13、和其下面表面的相对关系，描述透明对象的透明度和颜色等等。 从图 11.24 可以看出，阴影可以提供对象和其下面表面之间关系非常有价值的信息。通过比较这两个图像就可以看出，左边的图形中没有阴影，因此很难判断角色离地面多远；右边的图形中有阴影，据此可以判断角色正好在地面上。 从图 11.25 可以看出，阴影可以很好地描述对象的属性。通过比较这两幅图像就可以看出，左图中的对象是不透明的，而右图中的对象是透明的。 可以在阴影参数区域打开或者关闭选择灯光的阴影、改变阴影的 类型等。 On 复选框：用来打开和关闭阴影。 阴影类型：在 3ds max 6 中产生的阴影有 五 种类型： Advanced Ra
14、y-traced Shadows（高级光线跟踪阴影）、 mental ray Shadow Map（ mental ray 阴影帖图）、 Area Shadows（区域阴影）、 Shadow Map（阴影帖图）和 Ray Traced Shadows（光线跟踪阴影），其中 mental ray Shadow Map 是 3ds max 6 新增的阴影类型 。 理解这五种阴影类型的不同是非常重要的。 图 11.24 图 11.25 Shadow Map 产生一个假的阴影，它从灯光的角度计算产生阴影对象的投影，然后将它投影到后面的对象上。 Shadow Map 的优点是渲染速度较快，阴影的边界较为
15、柔和。缺点是阴影不真实，不能反映透明效果。图 11.26 是采用 Shadow Map 生成的阴影。 Area Shadows 产生一个有半影区域的阴影，支持透明阴影，见图 11.27。在图 11.27 中，区域 A 是半影区域，区域 B 是正常的阴影区域。在有多个灯光的复杂场景中常使用这种阴影类型。该类阴影的计算速度比 Shadow Map 快。 图 11.26 图 11.27 与 Shadow Map 不同， Ray Traced Shadow 可以产生真实的阴影。该选项在计算阴影的时候考虑对象的材质和物理属性。这种阴影的缺点是计算量很大。图 11.28 是采用 Ray Traced Shadow 生成的阴影。 图 11.28
