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舞台灯光技术(布光)
  时间:2015-07-22 13:57
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        灯光的设置过程简称为“布光”。虽然说一个复杂的场景由100名灯光师分别来布光会有100种不同的方案与效果,但是布光的几个原则是大家都会遵守的。对于室内效果图与室内摄影,有个著名而经典的布光理论就是“三点照明”。笔者在此简述一下:
  三点照明,又称为区域照明,一般用于较小范围的场景照明。如果场景很大,可以把它拆分成若干个较小的区域进行布光。一般有三盏灯即可,分别为主体光、辅助光与背景光。   
       主体光:通常用它来照亮场景中的主要对象与其周围区域,并且担任给主体对象投影的功能。主要的明暗关系由主体光决定,包括投影的方向。主体光的任务根据需要也可以用几盏灯光来共同完成。如主光灯在1 5度到30度的位置上,称顺光;在45度到90度的位置上,称为侧光;在90度到120度的位置上成为侧逆光。主体光常用聚光灯来完成。笔者喜欢把主体光的亮度设置为2 40左右。   
       辅助光:又称为补光。用一个聚光灯照射扇形反射面,以形成一种均匀的、非直射性的柔和光源,用它来填充阴影区以及被主体光遗漏的场景区域、调和明暗区域之间的反差,同时能形成景深与层次,而且这种广泛均匀布光的特性使它为场景打一层底色,定义了场景的基调。由于要达到柔和照明的效果,通常辅助光的亮度只有主体光的5 0%-80%。  
   背景光:它的作用是增加背景的亮度,从而衬托主体,并使主体对象与背景相分离。一般使用泛光灯,亮度宜暗不可太亮。   下图为区域照明灯光设置的简单示意图。
  布光的顺序是:
        1)先定主体光的位置与强度;
        2)决定辅助光的强度与角度;
        3)分配背景光与装饰光。这样产生的布光效果应该能达到主次分明,互相补充。   布光还有几个地方需要特别注意:
  1)灯光宜精不宜多。过多的灯光使工作过程变得杂乱无章,难以处理,显示与渲染速度也会受到严重影响。只有必要的灯光才能保留。另外要注意灯光投影与阴影贴图及材质贴图的用处,能用贴图替代灯光的地方最好用贴图去做。例如要表现晚上从室外观看到的窗户内灯火通明的效果,用自发光贴图去做会方便得多,效果也很好,而不不要用灯光去模拟。切忌随手布光,否则成功率将非常低。对于可有可无的灯光,要坚决不予保留。   2)灯光要体现场景的明暗分布,要有层次性,切不可把所有灯光一概处理。根据需要选用不同种类的灯光,如选用聚光灯还是泛光灯;根据需要决定灯光是否投影,以及阴影的浓度;根据需要决定灯光的亮度与对比度。如果要达到更真实的效果,一定要在灯光衰减方面下一番功夫。可以利用暂时关闭某些灯光的方法排除干扰对其他的灯光进行更好地设置。   3)要知道max中的灯光是可以超现实的。要学会利用灯光的“排除”与“包括”功能绝对灯光对某个物体是否起到照明或投影作用。例如要模拟烛光的照明与投影效果,我们通常在蜡烛灯芯位置放置一盏泛光灯。如果这盏灯不对蜡烛主体进行投影排除,那么蜡烛主体产生在桌面上的很大一片阴影可能要让我们头痛半天。在建筑效果图中,也往往会通过“排除”的方法使灯光不对某些物体产生照明或投影效果。   4)布光时应该遵循由主题到局部、由简到繁的过程。对于灯光效果的形成,应该先调角度定下主格调,再调节灯光的衰减等特性来增强现实感。最后再调整灯光的颜色做细致修改。如果要*真地模拟自然光的效果,还必须对自然光源有足够深刻的理解。多看些摄影用光的书,多做试验会很有帮助的。不同场合下的布光用灯也是不一样的。在室内效果图的制作中,为了表现出一种金碧辉煌的效果,往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的橘黄色,可以达到材质不容易做到的效果。   总之,只要多实践、敢于实践,掌握用光的精髓就只是时间问题了                   基于物理的工作流程  当你使用光能传递去模拟现实光照场景时,务必注意以几点:
  *场景尺寸:确认你的场景拥有正确的尺寸, 和一致的单位 (一盏灯光在一个120米高的房间里和在一个120厘米高的房间里是大不一样的).
  *灯光: 你必须使用 Photometric lights. 并确保这些灯的亮度在正确的范围内.
  *自然光: 要模拟自然光, 确定你使用的是 IES sun 和 IES Sky. 它们能根据特定的地点,日期,时间,给出正确的光照信息.
  *材质反射度: 你必须保证场景仲材质的 reflectance value 与现实中相一致. 例如:一面漆有白色油漆的墙,它的反射度大概是80%; 可是,一个纯白的材质 (RGB:255, 255, 255) 所拥有的反射度是100%. 这时你就必须去手动的调节反射度。
  *曝光控制: 曝光控制相当于照相机的光圈。你可以使用它去控制最后的渲染结果,优化渲染图像。
  使用照片光度灯光基于物理的光能传递工作流程:
  *检查并调节场景中的物体的尺寸符合其物理大小,调整材质的反射度符合其物理属性。
  *放置 photometric lights 到你的场景中。你能按照真实世界放置灯光的方法去放置你的虚拟灯光。相关信息你可以查阅HELP自带的灯光亮度表。
  *选择 Rendering 菜单 Environment 对话框. 选择你想使用的曝光类型。
  *渲染场景预览灯光效果。在这一步光能传递并不进行处理,但你能快速的确定直接光的位置和强度,调节好直接光的位置强度等。
  *选择 Rendering 菜单 Advanced Lighting 对话框. 在高级灯光选项中选择光能传递。(确定 Active 前的小方块打上了勾)
  *在Radiosity Parameters 卷展栏中,点击Start计算光能传递。当计算完成时,你就能在视图里看见效果了.灯光效果直接显示在几何体上,你能很方便的在视图中观察调整而不必重新计算。
  *再次点击渲染场景。渲染器计算直接光和阴影,完成渲染工作。
 
你可以不使用基于物理属性的灯光去创建你的场景,但你必须注意以下几点:
  灯光:因为光能传递计算是基于物理属性担,在计算中 Standard lights 被解释为 Photometric lights.。例如:一盏 multiplier=1.0 的聚光灯将被转换为1500烛光亮度的灯光。而标准灯光的光线衰减,不论你如何设置,都将按照光能传递的内部算法进行,而不理会你的设置。   自然光照: 如果你不想使用基于物理的灯光类型去模拟自然光,你可以使用Direct Light 去模拟太阳光,使用skylight 去模拟天光。
  曝光控制:因为标准灯光不是基于精确物理学的灯光, 所以你需要只能对光能传递的结果进行调整而不影响直接光照。使用 Logarithmic Exposure Control,打开仅影响间接光照功能,这用你就可以使用曝光控制的亮度对比度功能去控制光能传递的结果了。标准灯光的光能传递工作流程:   
  *确定你场景中的几何体的尺寸符合真实的大小。
  *在你的场景中放置 standard lights 。
  *渲染场景预览灯光。在这一步光能传递并不进行处理,但你能快速的确定直接光的位置和强度,调节还直接光的位置强度等。
  *选择 Rendering 菜单 Advanced Lighting 对话框. 在高级灯光选项中选择光能传递。(确定 Active 前的小方块打上了勾)
  *在 Radiosity Parameters 卷展栏中,点击Start计算光能传递。当计算完成时,你就能在视图里看见效果了。灯光效果直接显示在几何体上,你能很方便的在视图中观察调整而不必重新计算  *选择 Rendering 菜单 Environment 对话框. 选择你想使用的曝光类型。
  *当在光能传递中使用标准灯光时, 一定要使用 Logarithmic Exposure Control 并选择 Affect Indirect Only. 这使曝光控制只影响光能传递的效果。这样,你就能在不影响直接光的情况下,使用亮度与对比度控制调整间接光效果,使光能传递效果控制在正确的范围。
  *再次点击渲染场景。渲染器计算直接光和阴影,完成渲染工作。   缺省情况下, 光能传递计算当前帧。 如果你的场景中有动画的物体或你需要光能传递计算动画的每一帧, 选择渲染场景对话框中的 Compute Radiosity 选项。
  在动画计算的过程中,当有物体移动变化或灯光发生变化时,每一帧都需要重新进行光线追踪计算。如果在两帧之间没有任何变化的话,渲染引擎将不进行光能传递计算。
  记住: 因为渲染引擎采用了随机统计学采样,动画的各帧之间可能产生闪烁。
  提示: 在光能传递计算一个较长的动画之前, 你应该先手动计算一帧,已确定最终的效果是正确的。
  提示: 如果你的动画仅仅是摄影机移动 (例如一个建筑环游效果图) 你不必每一帧都进行光能传递计算,你只需计算一帧就可以了。
  按下表所示操作,将使你得到较佳的效果。
        基于物理属性的工作流程       基于非物理属性的工作流程
  灯光     照片光度灯光             标准灯光
  日光    IES Sun 和 IES Sky         Directional Light 和 Texture Sky
  曝光控制    任意            Logarithmic 打开 Affect Indirect Only选项
  单位     
        确定你场景中的几何体的尺寸     确定你场景中的几何体的尺寸
        符合真实的大小               符合真实的大          
  布光的顺序是 :1)先定主体光的位置与强度;
                                2)决定辅助光的强度与角度;
                                3)分配背景光与装饰光。这样产生的布光效果应该能达到主次分明,互相补充。
布光还有几个地方需要特别注意: 
 1)灯光宜精不宜多。过多的灯光使工作过程变得杂乱无章,难以处理,显示与渲染速度也会受到严重影响。只有必要的灯光才能保留。另外要注意灯光投影与阴影贴图及材质贴图的用处,能用贴图替代灯光的地方最好用贴图去做。例如要表现晚上从室外观看到的窗户内灯火通明的效果,用自发光贴图去做会方便得多,效果也很好,而不不要用灯光去模拟。切忌随手布光,否则成功率将非常低。对于可有可无的灯光,要坚决不予保留。  
 2)灯光要体现场景的明暗分布,要有层次性,切不可把所有灯光一概处理。根据需要选用不同种类的灯光,如选用聚光灯还是泛光灯;根据需要决定灯光是否投影,以及阴影的浓度;根据需要决定灯光的亮度与对比度。如果要达到更真实的效果,一定要在灯光衰减方面下一番功夫。可以利用暂时关闭某些灯光的方法排除干扰对其他的灯光进行更好地设置。  
 3)要知道MAX中的灯光是可以超现实的。要学会利用灯光的“排除”与“包括”功能绝对灯光对某个物体是否起到照明或投影作用。例如要模拟烛光的照明与投影效果,我们通常在蜡烛灯芯位置放置一盏泛光灯。如果这盏灯不对蜡烛主体进行投影排除,那么蜡烛主体产生在桌面上的很大一片阴影可能要让我们头痛半天。在建筑效果图中,也往往会通过“排除”的方法使灯光不对某些物体产生照明或投影效果。   4)布光时应该遵循由主题到局部、由简到繁的过程。对于灯光效果的形成,应该先调角度定下主格调,再调节灯光的衰减等特性来增强现实感。最后再调整灯光的颜色做细致修改。如果要逼真地模拟自然光的效果,还必须对自然光源有足够深刻的理解。多看些摄影用光的书,多做试验会很有帮助的。不同场合下的布光用灯也是不一样的。在室内效果图的制作中,为了表现出一种金碧辉煌的效果,往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的橘黄色,可以达到材质不容易做到的效果。  
     总之,只要多实践、敢于实践,掌握用光的精髓就只是时间问题了。
灯光是3DS MAX中模拟自然光照效果最重要的手段,称得上是MAX场景的灵魂。但是,复杂的灯光设置,多变的运用效果,却是让许多新手极为困扰的一大难题,如何得到令人满意的照明效果使很多朋友感到头痛不已而又无可奈何。本教程的主要目的是带领大家深入了解3DS MAX中的灯光设置,彻底解除各位朋友的困惑,从而创造出更真实更如意的MAX场景 。 
 一、MAX场景照明总论  要想深入了解MAX的照明技术,就必须先了解MAX中灯光的工作原理。在MAX中,为了提高渲染速度,灯光是不带有辐射性质的。这是因为带有光能传递的灯光计算速度很慢,没感受过的朋友想一想光线追踪材质的运算速度就会明白。也就是说,MAX中的灯光工作原理与自然界的灯光是有所不同的。如果要模拟自然界的光反射(如水面反光效果)、漫反射、辐射、光能传递、透光效果等特殊属性,就必须运用多种手段(不仅仅运用灯光手段,还可能是材质如光线追踪材质等)进行模拟。有人抱怨KINITEX公司为什么不使用类似LIGHTSCAPE软件模拟类似自然的照明系统,原因并不在于KINITEX公司没有掌握这门技术,而是MAX主要任务是面向动画制作的。大家都知道,LIGHTSCAPE中的灯光运算速度很慢,往往渲染一张图片需要很长时间(因此这个软件定位于照片级静态图渲染制作)。在动画制作中,一秒钟的动画就需要渲染20多张图片(NTSC式的为30帧/秒,PAL式的为25帧/秒,电影为24帧/秒,如果要保持流畅的动感则至少需要15帧/秒),一分钟就要渲染1000多张图片,那么你的等待将是无穷无尽的。好在MAX有很多第三方开发的外挂插件,在灯光方面比较优秀的插件有RADIOSITY、MENTAL RAY(大型“灯光效果+特殊明暗器+高质量渲染”插件)等可供用户选择。不过运算速度上有点差强人意。当然,如果你就渲染一张静态图片而不是做动画(如建筑效果图等),为了取得更好的效果与更方便的照明设置,等待一个小时也是可以的。MAX中的灯光最大优势在于运算速度,照明质量其实是不错的。只要设置得当,同样可以产生真实、令人信服的照明效果。  在MAX中,并不是所有的发光效果都是由灯光完成的。对于光源来说也可能是经由材质、视频后处理特效甚至是大气环境来模拟。萤火虫尾部的发光效果,用自发光材质来模拟恐怕是最为恰当的,火箭发射时尾部的火焰效果用大气环境中的燃烧装置来做效果也是不错的,而要模拟夜晚的霓虹灯特效,利用视频后处理中的发光(GLOW)特技来做则是个好主意。不过灯光作为在MAX三维场景中穿梭的使者,是MAX表现照明效果的最为重要手段。灯光作为MAX中一种特殊的对象,模拟的往往不是自然光源蛉嗽旃庠吹谋旧恚撬堑墓庹招ЧT阡秩臼保MAX中的灯光作为一种特殊的物体本身是不可见的,可见的是光照效果。如果场景内没有一盏灯光(包括隐含的灯光),那么所有的物体都是不可见的。不过MAX场景中存在着两盏默认的灯光,虽然一般情况下在场景中是不可见的,但是仍然担负着照亮场景的作用。一旦场景中建立了新的光源,默认的灯光将自动关闭。如果这时候场景中的灯光位置、亮度等不太理想,还赶不上默认灯光的效果。如果场景内所有灯光都被删除,默认的灯光又会被自动打开。默认灯光有一盏位于场景的左上方,另外一盏则位于场景的右下方。  在MAX中有五种基本类型的灯光,分别是泛光灯(OMNI)、目标聚光灯(TARGET SPOTLIGHT)、自由聚光灯(FREE SPOTLIGHT)、目标平行光(TARGET DIRECT)、自由平行光(FREE DIRECT)。另外在创建面板中的系统(SYSTEM)下,还有日光(SUN LIGHT)照明系统,其实是平行光的变种,一般在做室外建筑效果图时模拟日光。其实还有一种“环境光”(在“渲染/环境设置”对话框中可以设置)。环境光没有方向也没有光源,一般用来模拟光线的漫反射现象。环境光不宜亮度过大,否则会冲淡场景,造成对比度上不去而使场景黯然失色。有经验的人一般先把环境灯光亮度值设为0,在设置好其它灯光之后再做精细调整,往往能取得较好的照明效果。  MAX中的灯光默认情况下并不进行投影,但是可以根据需要设定成投影或不投影。阴影的质量、强度甚至颜色都是可调整的。如果要正确表示透明或半透明物体的阴影,请使用光线追踪(RAYTRACE)阴影方式。在不投影的情况下,MAX中的灯光是具有穿透性的,楼房五层的灯光尽管有楼板阻隔去也可以照亮一层的地板。非常有趣的是,如果把灯光的“倍增器”(MULTIPLIER)的值设置成负数,还可以产生吸光或负光的效果,可以产生某种颜色的补色效果(对与白色来说则是黑色)。在室内建筑效果图内通常来模拟光线分布不均匀的现象,或人为地把亮度大的物体表面“照黑”。如果动态变化灯光的亮度与倍增器的值,甚至还可以模拟闪电瞬间照明效果。MAX中灯光还有一个重要的功能是能够通过“排除”(EXCLUDE)功能来指定灯光对哪些物体或不对那些物体施加影响(照明与投影两个方面),从而优化渲染速度或创造特殊效果,学习者千万不可忽视。   请记住MAX中灯光的两个原则。第一,灯光与物体距离越远,照亮的范围就越大,反之亦然。而对于一个物体来说,某一灯光与它表面所呈夹角(其实是入射角)越小,它的表面显得越暗;夹角越大则表面越亮。这跟太阳光与地面的关系很近似。如果一个灯光与一个平面(如地面)距离很远且与这个平面呈直角照射时,则照明效果是很均匀的。而如果同样的光光放得太近,则由于接触表面的光线角度会有很大的变化,会产生一个“光池”(聚光区)。如果要使一盏灯光照亮尽量多的物体,请把把物体与灯光的距离拉大。而要使灯光把物体表面照得亮堂堂的,则还应该把灯光与物体表面的夹角调整得大些。有好多朋友在创建灯光的时候遇到了麻烦。不建立自己的灯光照明效果觉得还好,一旦建立了自己的灯光,发现场景中的物体全部暗淡下来。这是灯光与物体的距离、夹角没有设置好的原因。好多朋友不知道其中的奥妙,看到一盏灯还不够亮,再建一盏看看。结果一个简单的场景建立了10多盏灯以后场景中的照明更是显得非常奇怪。其实MAX场景照明理论与现实中摄影照明的理论非常相似。对于较小的区域来说,可以采用所谓的“三点照明”(主光+背光+辅光)的方式来解决照明问题。对与大的场面如礼堂内部效果图则可以把大的场景拆分成一个个较小的区域再利用“三点照明”的方法来解决照明问题。当然,针对不同情况进行灵活机动地处理有时能产生戏剧性的效果。另外要记住,尽量不要试图在透明图或摄象机中来创建灯光或移动灯光。
  在MAX中,灯光都具有衰减的属性,不过默认的情况下灯光是没有衰减的。为了更好地模拟现实(现实世界中的光线都是具有衰减性质的,即距离越远,亮度越小直到最终消失),通常需要手工打开灯光的衰减性质。一方面可以指定灯光的影响范围,另一方面创造出的灯光效果非常具有现实感。对于泛光灯,衰减影响的只是照明的距离;而对与聚光灯或平行光来说,不仅可以指定灯光能照多远,还能指定光圈边缘的衰减效果。   默认的灯光是不带有任何颜色的。通过改变灯光的颜色,可以模拟出各种照明效果。例如要模拟彩灯或把模拟日出时的阳光,则要调整灯光的颜色。另外,灯光配合环境特效可以产生特殊的效果。例如配合环境中的体积光(VOLUME LIGHT)可以模拟舞台追光灯的效果,而泛光灯配合特效中的发光效果(GLOW)可以模拟普照大地的太阳。配合环境雾效(FOG)甚至还可以做出灯光穿过大雾的投影特效。          
  二、   3dsmax 灯光技术基础
你可能很少想到现实世界中光源是怎样起作用的,然而,当你在计算机图形世界创建灯光时,通常会花费很大力气和尝试来实现所需要的效果。三维软件可以随意创建任何类型灯光的自由PPP,有时反而使你在精巧的图像中创作逼真的外观十分困难。当你在特定的场景中难以实现灯光效果时,了解一些传统的灯光基础知识通常会有所帮助。