灯光的分类

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对于3D图形的现状而言，“接近真实照片”是一种常见选择。要达到这种真实效果通过模型的精确、细腻是远远不够的。考虑一下动作冒险影片的照片和人站在街上的普通照片之间的视觉差异，两张照片看起来都具有真实性，但动作片已经经过小心剪辑，形成了一种强化，聚焦的现实。缩短的焦距小心高速的光线和摄相机角度产生了比现实更真实的效果，这种真实对于能否产生心跳，手心出汗的效果至关重要。对于一帧静态的图片或是连续的动画来说，要体现出它的真实感与艺术性就必须通过精心地灯光效果处理与相机角度选择。可以说，灯光与相机决定了你作品的品味。

5.1 灯光的分类

在三维场景中灯光的作用不仅仅是将物体照亮，而是要通过灯光效果向观众传达更多的信息。也就是通过灯光来决定这一场景的基调或是感觉，拱托场景气氛。要达到场景最终的真实效果，我们需要建立许多不同的灯光来实现，因为在现实世界中光源是多方面的，如阳光、烛光、莹光灯等，在这些不同光源的影响下所观察到的事物效果也会不同。

3D Studio MAX中灯光分5种：Target Spot（目标射灯）；Target Direct（目标平行光）；Free Spot（自由射灯）；Free Direct（自由平行光）；Omni（泛光灯）。这5种灯光可通过Create命令面板中Lights项目栏中创建，如图5-1所示。

图5-1 灯光建立面板

我们可通过以上5种灯光对虚拟三维场景进行光线处理，使场景达到真实的效果。

5.1.1 射灯

Target Spot（目标射灯）和Free Spot（自由射灯），是在三维场景中常用的一种灯光。由于这种灯光有照射方向和照射范围，所以可以对物体进行选择性的照射。

下面我们建立一个小的场景，在场景中进行灯光创建练习。

1）在场景中建立四个球体和一个立方体，并如图5-2所示的位置放置物体。做为灯光练习的小场景。

图5-2 场景

2）在Create命令面板Lights项目栏中，单击Target Spot按钮，以缺省参数创建一个目标射灯。将鼠标移至Front视图中，按下鼠标左键由右上方向左下方拖拽，松开左键。这时一个目标射灯的场景就创建完成了。

注意：开始建立的淘汰，结束为目即标点是灯光结束的位置。

3）在工具栏中选择移动工具，分别对光源与目标点进行移动调整。参照图5-3中位置放置灯光。

图5-3 灯光放置位置

4）渲染Perspective视窗场景效果如图5-4所示。

图5-4 默认参数下场景效果

5）现在进入Modify（修改）命令面板，对灯光的参数进行设定。3D Studio MAX 4.0的Target Spot修改面板中包括六个卷展栏。分别为General Parameters（一般参数设置）、Spotlight Parameters（射灯参数）、Attenuation Parameters（衰减参数）、Shadow Parameters（阴影参数）、Ray Traced Shadow Params（光线跟踪参数）、Atmospheres & Effects（环境与影响）对这些卷展栏中的参数进行分别调整，会出现不同的效果。

· General parameters一般参数卷展栏，如图5-5所示。

图5-5 一般参数卷展栏

参数说明：Type类型　Exclude排除　Cast Shadows搬射阴影
　　　　　　　Multiplier倍增器　Contrast对比度

在这个卷展栏中可对灯光的一般参数如颜色、亮度、对比度进行调整，并且可以进行排除照射物体的设置。

· Spotlight Parameters射灯参数卷展栏，如图5-6所示。

图5-6 射灯参数卷展栏

参数说明：Hotspot热点范围 Falloff落点范围

射灯参数卷展栏主要是对灯光的内外光圈与照射范围进行调整。

· Attenuation Parameters：衰减参数卷展栏，如图5-7所示。

图5-7 衰减参数卷展栏

参数说明：Near Attenuation内光圈衰减 Far Attenuation外光圈衰减

这个卷展栏主要对灯光的衰减进行设置，以模拟真实灯光的效果。

· Shadow Parameters阴影参数卷展栏，如图5-8所示。

在阴影参数卷展栏中可设置灯光的投影方式，可确定是否使被照射物体投射阴影。

图5-8 阴影参数卷展栏

· Ray Traced Shadow Params光线跟踪参数卷展栏，当选择光线跟踪方式时就会出现如图5-9所示的卷展栏。这一卷展栏是对光线跟踪的阴影的唯一参数设置。

图5-9 光线跟踪参数卷展栏

· Atmospheres & Effects环境与影响卷展栏，如图5-10所示。

图5-10 环境与影响卷展栏

进入Modify（修改）命令面板，在一般参数卷展栏中对灯光的颜色、亮度、对比度等选项进行调整。设定R=4、G=69、B=180、H=159、S=251、V=210这时场景中的灯光被调成蓝色，灯光强度减弱。场景效果如图5-11所示。

图5-11 场景效果（R=4、G=69、B=180、H=159、S=251、V=210）

在一个场景中我们要实现如一个灯光对影响一个或几个物体并不影响所有场景的效果，就需要用灯光排除的方法。单击一般参数卷展栏中的Exclude按钮，在弹出的对话框中来完成灯光排除操作，如图5-12所示。

图5-12 排除物体对话框

对话框左侧为场景中物体名称清单，在清单中选择Boxol后将这个物体发送到排除物体名称清单中，现在着色场景效果如图5-13所示。Boxol已被排除，所以不受光照影响是黑的。

图5-13 排除Box物体后场景效果

如果想取消排除，就在菜单右侧的清单中，选择要取消的物体名称按钮后，将名称发送回左侧的清单中。

了解了灯光排除方法，我们就可以运用它来实现多种特殊的灯光特技如：场景中的不同物体可使用不同色彩的灯光进行分别照射。特别是在效果图的制作中，为使场景中的灯光丰富且柔合，就使用排除的方法选择不同的灯光分别照射不同对象，而其它对象不受影响。

在使用Spot灯光时我们一定要注意灯光的照射范围，并且还要根据场景中的不同要求来调整内外光圈。这些需要在射灯参数卷展栏中进行设定。设定Hotspot=10，Falloff=13，场景效果如图5-14所示。

图5-14 Hotspot=10、Falloff=13时场景效果图

当Hotspot=5，Falloff=40时场景效果如图5-15所示，灯光照射范围扩大并且灯光边缘有明显的过度效果。

图5-15 Hotspot=5、Falloff=40时场景效果图

在射灯参数卷展栏Light Core选项中，Circle为圆形光圈，Rectangle为矩形光圈，我们在开始时所使用的是默认状态下Circle光圈，现在击活Rectangle选项，可在视图中看到灯光范围已由圆形转化为矩形。在矩形光圈下场景效果如图5-16所示，灯光边缘成为矩形。这种矩形灯光多用于创建一些大屏幕投影的效果。

图5-16 矩形光圈

上面说过矩形光圈多使用于创建一些屏幕投影的效果，又如何使灯光产生投影呢？

1）首先要创建一个立方体作为投影幕布。

2）在射灯参数卷展栏Projector Map投影贴图选项中，选Map选项，并单击Map选项后的None按钮，在弹出的对话框中选择贴图类型，如图5-17所示。

图5-17 选择贴图类型对话框

3）现在我们可选择Bitmap类型的贴图，单击OK按钮。

4）在弹出的Select Bitmap Image File对话框中选择一张位图，如图5-18所示。

图5-18 选择圆形文件对话框

现在选择的图形状被投射在屏幕上，如图5-19所示。

图5-19 投影效果

· Attenuation（衰减），在现实世界中任何光照都是有衰减的。为了使场景看起来更加真实自然，在有些时候我们也要为场景内的灯光加入衰减设置。这项设置可在射灯修改面板的Attenuation Parameters衰减参数卷展栏中完成。

在衰减参数卷展栏中分Near Attenuation；Far Attenuation两个选项并在每个项目中都设有Start开始、End结束，来控制衰减的范围。当我们勾选Use选项时就可以将衰减打开，勾选Show选项后衰减的范围就被显示在视窗中，如图5-20所示，其中球形的蔽片就是衰减的范围。

图5-20 衰减范围显示

设定Near Attenuation选项中Start=60、End=96，Far Attenuation选项中Start=130，End=230，并击活use选项。经过衰减处理后的灯光效果如图5-21所示。

图5-21 经过衰减处理的灯光

打开衰减后灯光的照射在物体上的强度减弱，并且在衰减范围以外的物体不会被照亮。

·要使场景看起来具有真实感，物体的投影就必不可少。

在3D Studio MAX 4.0中设有Shadow Map阴影贴图与Ray Traced Shadows光影跟踪两种阴景计算形式。

在Shadow Paramsters阴影参数栏Object Shadows选项中击活ON就可以使物体在场景中投射阴影。在ON下拉菜单中选择阴影的形式，图5-22所示为Shadow Map效果。

图5-22 阴影贴图效果

图5-23所示为Ray Traced Shadows效果。

图5-23 光线跟踪效果

在Color选项中，可以对阴影的颜色进行设置，单击Color后调色板在弹出的Color Selection：Shadow Color对话框中进行色彩调整，如图5-24所示，可选择任意颜色来做为投影颜色，以获得特殊的视觉效果。

图5-24 投影色彩选择对话框

·在Ray Traced Shadow Parameters卷展栏中可控制光线跟踪的阴影。其中Bias参数值为1.0时，阴影有偏移，大于1.0时阴影远离投影对象，小于1.0时，阴影靠近投景对象，如图5-25；5-26所示。

图5-25 Bias值>1.0

图5-26 Bias值<1.0

5.1.2 泛光灯

Omni（泛光灯）是一个点光源，可以照亮周围物体，没有特定的照射方向，只要不是被灯光排除的物体都会被照亮。在三维场景中泛光灯多作为补光使用，用来增加场景中的整体亮度。

我们首先选择一个简单的室内场景，如图5-27所示然后在这场景中建立两盏Omni泛光灯。

图5-27 建立两盏Omni灯

1）在Create命令面板Light选项中，点取Omni按钮建立泛光灯。

2）在Top视图中央位置单击左键，产生了泛光灯。这时场景中自带的系统灯光自动关闭。

3）在Main Toolbar工具栏中点取移动按钮，在Front视窗中将Omni01移动到房间中央，我们将这盏泛光灯作为增补光源，只把房间照亮。

4）选择Omni01进入Modify（修改）命令面板，如图5-28所示。

图5-28 Omni灯参数面板

Omni参数卷展栏与Spot卷展栏中参数选项类似，在一般参数卷展栏中设置灯光强度V=80。因为这盏Omni灯不是主光源，所以不必打开投射阴影。现在对Perspective视图进行渲梁，如图5-29所示，注意到房间光线比较暗。

图5-29 建立一个Omni后房间效果

5）在Top视图中，在房间任意位置建立另一个泛光灯Omni02。在一般参数卷展栏中设定灯光强度V=180。因为我们要将这盏灯作为主要光源所以Shadow Parameters阴影参数栏中将投射阴影打开，使被照射的物体投射阴影。

注意：在3D Studio MAX中，灯光可选择是否投射阴影，光选择不投射阴影时光源可穿过任意对象。

6）在工具栏中将切换到（放置高光）按钮，在Perspective视图中，拖动鼠标到沙发靠背，会看到一个蓝色带箭头的线在随鼠标移动，同时高光也随之移动，当然Omni02也移动到了相应位置。这种反向定位方式是3D Studio MAX中独有的。再次观看场景效果如图5-30所示。房间中的光线变亮，房间最亮部分集中在沙发上，并且房间中对象投射出阴影。

图5-30 在两盏泛光灯照射下的房间效果

· Omni灯与Spot灯一样都具有衰减范围。当Omni的衰减设定后，它也就具有了一定的照射范围。在衰减范围以外的物体不受灯光照射，并且会根据灯光的距离慢慢减弱光线的亮度。

在Modify（修改）命令面板中，Attenuation Parameters衰减参数卷展栏中，分别设定光照明区域的内外范围。Near Attenuation：Start = 40、End = 200，Far Attenuation： Start =200、End=800。这时可以从图5-31中看出变化效果，Omni02的照明区域缩小了，在它的衰减范围内只有沙发被照亮其它对象随灯光距离慢慢减弱了亮度。增加了场景的真实感，而且还可减少渲染时间，因为对衰减范围外的物体灯光将不予计算。

图5-31 衰减设置后的灯光效果

· Omni虽不能像Spot灯那样有选择性地照射物体，然而可限制哪些物体被它照亮。在General Parameters中使用Exclude排除的方法对物体有选择性地进行照射。单击Exclude按钮，在Exclude In Clude对话框中，对场景中的物体进行排除操作。在这一场景中我们要使Omni02只照亮沙发，所以将除去沙发的所有物体全部排除。渲染后场景效果如图5-32所示。

图5-32 经过排除设置的场景效果

5.1.3 平行光

Target Direct（目标平行光），Free Direct（自由平行光），都可以用来模拟阳光效果，而且平行光也可以对物体进行选择性的照射。

下面我们将通过一个小场景来使用平行光模拟阳光的照射效果。

1）创建一个带有窗户的房间，如图5-33所示。然后在场景中建立两盏灯：一盏Omni灯作为辅助光，另一盏是模拟阳光的Direct平行光。

图5-33 有窗户的房间

2）在Create命令面板，Light选项中，点取Omni按钮建立泛光灯，作为场景中的辅助光源将场景照亮，满足基本的照明需要。将Omni灯的强度设定为110。并将它放置在房间的中间位置。因为这个Omni灯不是主光源所以不需要打开投影。

现在房间里的光线很暗，我们将要创建一束平行光使它穿过窗子射进房间。

3）在Create命令面板Light选项中，点取Target Direct按钮建立一个平行光。并如图5-34所示位置放置平行光。

图5-34 平行光位置

4）选择Direct01，进入Modify（修改）命令面板，在Directional Parameters平行光参数卷展栏中设定Hotspot=180，Falloff=400。确定了平行光热点与衰减范围后，着色Perspective视窗效果如图5-35所示。

图5-35 在平行光照射下房间效果

因为我们没有打开平行光的投影所以光源穿过墙体将地面全部照亮。而在现实世界中，光源不会穿过墙射进室内，只能从窗子射进来。因此我们必须将Direct投射阴影，这样场景的效果才更接近现实。

5）进入Modify（修改）命令面板在Shadow Parameters卷展栏中打开Object Shadows，现在平行光可以投射阴影了。

因为我们使用平行光模拟的是阳光，所以尽量Ray Traced Shadows光线跟踪阴影。因为光线跟踪阴影是精确的，有明显边界，并且几乎完全与投射阴影的对象吻合。光线跟踪最重要的特性是可计算投射阴影对象的透明度值，可将透明对象表面不完全透明的纹理在阴影中真实地表现。这种功能是普通阴影所不具有的。如图5-36和5-37分别是Shadow Map与Ray Traced Shadows两种不同阴影在场景中的不同效果。

图5-36 使用Shadow Map场景效果

图5-37 使用Ray Traced Shadows场景效果

我们通过以上两张图可以清楚地看到使用了光阴跟踪阴影的场景中出现了清晰的窗框的投影。而使用Shadow Map阴影的场景并没有被平行光照亮更没有任何投影，这是因为平行光线被玻璃挡住而正如上面所说的Shadow Map没法计算透明对象。

阳光射入房间后，事实上由于玻璃的阻挡光线是有所衰减的，并且由于距离光源远近不同所以光线的强度也有所不同。平行光的Attenuation衰减设置在这个时候是非常必要的。它能有助你更真实地表现场景。

在Attenuation Parameters卷展栏中设定Near Attenuation选项中Start=750；End=1150，设定Far Attenuation选项中Start=1300；End=1820现在已设置出逐渐衰减的光线效果如图5-38所示。

图5-38 经过衰减处理的光线效果

注意：使用光线跟踪阴影的灯光以亮度或强度的方式处理所有不透明信息，当使用这些光照明时，效果将十分逼真。室外模拟阳光，光线跟踪是非常理想的。唯一缺点是渲染速度慢。

控制光线跟踪阴影的卷展栏是Ray Traced Shadow Paramseter其中Bias的值为1.0时，阴影没有偏移；大于1.0时阴影远离投影对象。小于1.0时，阴影靠近投影的对象。当对象投影的阴影包含自交的元素时就需要调整该值。