浅析3DSMAX-VRAY场景空间中灯光技术的应用方法

来源:用户上传      作者:王志岗

　　摘   要：在场景空间表现中，灯光的颜色决定了整个空间的色调，烘托出空间的氛围。灯光在场景空间表现中起到了非常重要的作用。但是如果要表现出灯光真实效果，需要对3DSMAX和Vray的灯光系统有全面的理解。全文叙述了灯光在场景空间表现的作用，介绍3DSMAX和VRAY的灯光类型以及灯光技术的应用方法。
　　关键词：VRAY色调  HDRI贴图  衰减
　　在场景空间表现中，灯光对于烘托空间的氛围起到了决定性的作用。在场景空间中灯光最基本的作用是为场景提供照明，保证场景的亮度。其次，灯光为场景提供时间信息，通过不同的布光，可以使场景显示为晚上还是白天。第三，灯光能烘托场景的气氛和氛围。为了能烘托出场景的气氛和氛围，灯光一般带有颜色信息。
　　1  3DSMAX的燈光系统
　　在3DSMAX场景中有默认灯光，我们看不到这盏隐藏的默认灯光。当场景里没有打灯光时，场景中的默认灯光是启用的，渲染后的效果图是明亮的。但是只要我们在场景中创建一盏灯光，这盏默认灯光会自动关闭。即使你在创建灯光后，你把创建的灯光关闭了，默认灯光也会自动关闭。
　　在3DSMAX系统提供两种类型的灯光：标准灯光和光度学灯光。在标准灯光中提供了8种类型的灯光有：目标聚光灯、自由聚光灯、目标平行光、自由平行光、泛光灯、天光、mrArea Omni和mr Area Spot。标准灯光的参数属性主要包括了不同灯光的颜色、阴影以及强度和衰弱等[1]。
　　天光、mrArea Omni和mr Area Spot主要是配合mr渲染器使用的。天光的位置对于光照效果没有任何影响，可以把它放置在场景的任何地方。天光模拟灯光从四面八方照射到场景，它的光照没有方向性，类似于环境光的效果。
　　3DSMAX的标准灯光能准确的控制灯光的照射范围。目标类的灯光和自由类的灯光主要区别在于目标类灯光有目标点，自由类灯光没有目标点。因此标准灯光主要分为聚光灯、平行光和泛光灯三种类型。目标点的作用在于控制光照方向。自由灯光的方向只能通过旋转自由灯光进行改变。聚光灯的光照呈现锥形。平行光的光照呈现是圆柱形。泛光灯是一种典型的点光源，类似于灯泡，以点为中心向四面八方发射灯光。
　　在场景空间表现中主要用到的是标准灯光中的目标平行光。在标准灯光中，每种类型的灯光的参数都很相似。目标平行光用来模拟太阳光。
　　1.1 目标平行光
　　在3DSMAX中，通过创建面板选择灯光下的标准类型灯光后可以创建目标平行光。在创建目标平行光时，它的目标点长短并不影响灯光照射的结束位置。灯光顺着光圈一直往下照射，直到有东西阻挡，它的光就截止了。选中创建好的目标平行光灯头后，可以对目标平行光参数进行修改。此时选中的目标平行光有一个光圈，这个光圈就是它的照明范围。在光圈范围里的物体能照亮，在光圈范围以外的物体是无法被照亮的。光圈如果没有物体遮挡，可以一直照下去。
　　在目标平行光的参数里有以下几个可以设置的重要参数：
　　（1）启用：当创建一盏灯，默认情况下启用是勾选的，灯光是起作用的。当把启用关闭，可以暂时不是让它发光。
　　（2）阴影：默认情况下阴影没有开启，必须勾选启用阴影，对象就会产生投影。
　　（3）倍增：倍增值控制灯光的亮度。相当于灯泡的瓦数。当灯光的倍增值为正值，提供照明，数值越大，灯光越亮。灯光强度的值可以为负值，当倍增值为负值时，它会产生吸光的效果。
　　（4）颜色：灯光参数中倍增后面的色块用来控制灯光的颜色。
　　（5）衰减：现实中的灯光都具有衰减的特性。在3DSMAX中灯光的衰减通过近距衰减和远距衰减来控制。近距衰减表示灯光由不可见到可见的强度的递增过程。远距衰减表示灯光由可见到不可见的强度的递减过程。
　　（6）灯光照明范围：聚光区和衰减区就是用来控制光圈大小，也就是灯光的照明范围。灯光的光圈有两层。里面一层就是聚光区。外面一层叫衰减区。当聚光区保持不变，把衰减区放大，聚光区和衰减区之间会变成虚化。聚光区和衰减区它们之间距离是用来决定它们之间衰减变化快慢的。如果不想衰减变化，可以使聚光区和衰减区光圈的大小一样。但聚光区和衰减区数值最小相差2。
　　（7）显示光锥：当不选灯的时候，光圈范围是看不到的。当选中这盏灯时，才能看到它的光圈。当勾选显示光锥后，不选择灯也能看到它的光圈范围。
　　（8）阴影参数：可以改变阴影的颜色。阴影的密度表示阴影的透气性。
　　通过目标平行光模拟太阳光，可以随意的更改光线的强度和颜色，使用起来非常方便自由，在场景空间表现中被普通使用。
　　3DSMAX灯光的光度学灯光主要包括了光域网、强度以及色温等类型的灯光， 其可以根据光能传递以及对相关光线的跟踪确定出灯光的类型， 从而提高灯光的真实性[2]。光度学灯光可以创建各种温度和颜色特性的灯光。主要使用导入光度学文件来模拟真实的灯光效果，它一般用于制作筒灯和射灯，也可作为补光使用。
　　泛光灯在室外建筑表现中比较常用，泛光灯在默认状态下是没有阴影的，在没开阴影的情况下，它能够穿透物体。泛光灯在没有开启近距衰减和远距衰减的时候，它的照范围是无限的。泛光灯参数近距衰减和远距衰减控制灯光的照射范围。远距衰减表示灯光强度从开始值到结束值逐渐消失的过程。近距衰减表示灯光从开始值到结束值逐渐变亮的过程。
　　目标聚光灯的灯柱是发散形的，在照射区域以外的范围不受灯光影响。目标聚光灯的灯头和目标点均可以调整，方向性非常好。一般使用目标聚光灯来制作距离较远的射灯。目标聚光灯的参数与目标平行光参数相似。它们在启用阴影后，如果选择VR-阴影，在 VRAY阴影参数设置中可以选择长方体和球体两种类型。
　　2  VRAY灯光系统 　　VRAY灯光系统提供了4种灯光类型，它们分别是VR灯光、VrayIES、VR环境灯光和VR太阳。VRAY渲染器支持3DSMAX中的灯光，但VRAY灯光只能针对VRAY渲染器使用。
　　在室内空间表现中，天光非常重要。当没有太阳光照射时，室内也很明亮，而且色调也很柔和。在使用VRAY渲染器时，最简单快捷的设置天光的方法是在VRAY设置面板中的环境选项卡里开启全局照明（GI）环境。但是它不是一个真正的光源，它是用颜色来模拟的天光。我们在做室内设计表现时，通常使用VRAY面光来制作天光，VRAY面光是一个真实的灯光，但是它渲染的速度比较慢。
　　2.1 VR-灯光
　　创建VR-灯光的方法和我们创建矩形和平面一样。鼠标左键向外拖放就可以创建一个VR-灯光。当创建VRAY面光后，矩形框表示发光体的大小，箭头的指向表示光线照射的方向，背面的部分不会被照亮。在修改面中可以更改Vray面光的参数。
　　2.1.1 类型
　　VR-灯光类型有平面、穹顶、球体和网格。最常用到的是平面。当不想使用VR-灯光时，可以把“开”按钮前的复选框去掉。
　　2.1.2 强度
　　灯光的亮度由倍增控制。可以决定场景的亮度。默认参数是30，它是针对物理相机来使用的。但是影响VR-灯光的强度的因素不仅有倍增。还有以下4个方面。
　　（1）灯光的颜色会影响亮度。颜色越白越亮，颜色添加了灰色就会变暗。
　　（2）灯光的面积会影响亮度。面积越大越亮，面积越小越暗。
　　（3）灯光距离物体的远近会影响亮度。这是R-灯光模拟了真实的灯光，自身带有衰减。
　　（4）被照明物体材质的颜色也会影响灯光的亮度。材质颜色越深，越不容易照亮。材质颜色越浅越容易被照亮。
　　2.1.3 大小
　　改变VR-灯光长度和宽度可以改变灯光的大小。VR-灯光也支持缩放来改变它的面积。VR-灯光的大小不仅可以改变灯光的强弱，还可以改变阴影的模糊程度，VR-灯光尺寸越大，阴影越柔和。
　　2.1.4 不可见和影响反射
　　VR-灯光在照明时，VR-灯光自身也会被渲染出来了。如果不要把VR-灯光渲染出来，可以勾选不可见复选框。由于VR-灯光也参与到反射计算，虽然渲染时不会出现VR-灯光，但在有反射的物体上会反射出VR-灯光。因此将影响反射复选框不勾选，VR-灯光就不会参与反射计算。
　　VR-灯光的阴影比较真实，模拟真实灯光具有柔和和虚化的效果。但是VR-灯光会产生很多噪点。解决方法是可以增加灯光细分。灯光的细分又会影响渲染速度，因此在测试灯光时不需要加细分，在渲染大图时把细分数值增加，一般灯光细分的参数在16～32之间。
　　2.2 VR-太阳主要参数
　　一般在顶视图里创建VR-太阳，并在前视图改变VR-太阳的高度。VR-太阳在创建时会自动添加一张VR-天空的贴图。VR-天空贴图会做为环境贴图，打开3DSMAX的材质编辑器，把VR-天空的环境贴图以实例的方式关联到一个材质球里，这样可对这张VR-环境贴图进行编辑。由于VR-太阳和环境贴图关联起来，VR-太阳的参数改变后环境贴图也相应跟随改变。
　　2.2.1 浊度
　　浊度指空气中的清洁度，数值越大光线越暖。浊度可以改变灯光的颜色。早上和黄昏时分阳光的颜色为暖色，正午时分的颜色为白色。
　　2.2.2 臭氧
　　臭氧控制臭氧层的厚度，臭氧层越薄，紫外线越强。臭氧值越大阳光颜色越浅，反之臭氧值越小阳光颜色越深。臭氧对太阳光的影响很小，一般这个参数不做调整。
　　2.2.3 强度倍增
　　强度倍增这个参数比较重要，它用于控制阳光的强度，数值越大阳光越强。
　　2.2.4 大小倍增及细分
　　大小倍增这个参数也比较重要，它控制阴影的虚化程度，面积越大，阴影越柔和。但是阴影越柔和产生的噪点就会越多。解决噪点多的办法是把VR-太阳的细分值加大。
　　VR-太阳是有方向性的。随着VR-太阳与水平线的角度的变化，VR-太阳的颜色也会发生变化。VR-太阳与水平线所形成的角度越小，颜色越暖。VR-太阳与水平线形成的角度越大，颜色越白。
　　2.3 VRayIES主要參数
　　VRayIES在建筑表现中应用相当广泛，主要用于做筒灯、射灯，也可以做室内环境的补光。它主要利用光度学文件形成不同形状的照明效果。光域网文件可以通过记事本打开，文件打开后是一些编码。在这些编码中，如果出现了问号，在3DSMAX2014以上版本是无法使用。
　　2.3.1 IES文件
　　此选项可以调用一个IES文件。根据IES文件选择的不同，光域网照射的区域和大小也不同。
　　2.3.2 颜色模式
　　颜色模式可以选择颜色和温度两种方式。其中在温度的方式中颜色单位是开尔文，数值越大颜色越接近冷色。室内的灯光一般选择3000k-5500k。
　　2.3.3 功率
　　功率控制VRayIES灯光的强度，数值越大，灯光越强;数值越小，灯光越弱。
　　3  使用环境贴图做照明系统
　　在做室内建筑表现时，我们常使用VR-灯光中的平面光做为环境光。因为VR面光是有方向性的，如果VR面光的方向朝向室内，那么室外就会是漆黑。我们可以在环境中加入贴图把整个场景照亮。
　　在材质编辑器窗口，选择一个材质球后，从获取材质选项中调入VrayHDRI。将一张HDRI贴图赋予VryaHDRI，并把贴图类型选择成为球型。其中全局倍增影响HDRI贴图的亮度，渲染倍增影响渲染时的亮度。
　　在3DSMAX的环境和效果面板中，把VrayHDRI高动态贴图以实例的方式关联到环境贴图中。这时VrayHDRI的颜色信息和亮度信息能为场景提供照明。此时VrayHDRI以360°包围整个场景，非常真实的模拟了室外的环境光照。但是，在渲染室内场景后场景中的物体感觉没有落地，感觉飘在空中。VrayHDRI为整个场景提供照明，但并没有一个明确的方向，灯光的照明是无序的。VrayHDRI并不象真实环境中环境光从窗户进入。我们要为VrayHDRI添加入口指引，这样环境光才能正确的引导到室内。
　　在制作开光入口时，在窗口添加VR面灯，面灯创建不要太大，如果VR面灯过大，阴影就比较虚，可以用几个VR面灯拼起来。在VR面灯的选项参数中勾选天光入口选项。如果不希望VrayHDRI影响反射还需要把影响反射的勾选去掉。这样VrayHDRI照明的阴影更实，解决了室内物体没有落地、比较飘的问题。
　　4  使用VRAY天空做照明系统
　　在3DSMAX中，VR-天空也可以做为整个场景的照明信息。使用快捷键8进入“环境和效果”面板，在环境贴图面板可以添加一张VR-天空。使用鼠标左键拖到材质编辑器窗口的一个材质球中，并以实例的方式把VR-天空和材质相关联。
　　VR-天空的色彩信息比较丰富。它模拟天空、地面和地平线三种颜色，它也是类似于HDRI的一种贴图。如果要调整VR-天空的参数，首先要把VR-天空的指定太阳节点后的复选框勾选。可以在太阳灯光后指定一个太阳，指定后才有用。太阳浊度可以改变天空的颜色，数值越大天空越呈现暖色，数值越小天空越呈现冷色。太阳强度倍增是太阳的亮度倍增，数值越大天空越亮，数值越小天空越暗。太阳大小倍增可以控制阴影的柔和程度，数值越大阴影越柔和，数值越小阴影越实。太阳的过滤颜色选项相当于在天空表面蒙上一层过滤板。
　　5  结语
　　3DSMAX灯光系统和VRAY灯光系统不仅在室内外建筑表现中起到关键作用，在场景漫游中也应用广泛。本文通过对3DSMAX灯光系统和VRAY灯光系统进行分类，并对每种类型的灯光系统的重点灯光进行了比较详细的探析，让我们对3DSMAX灯光系统和VRAY灯光系统有较全面的了解。在灯光的使用过程中，要根据应用领域的不同选择不同种类的灯光，重要的在于表现出灯光的色调、冷暖、明暗及阴影关系。
　　参考文献
　　[1] 苏玉慧.浅析室内效果图中灯光的应用技巧研究[J].电子制作， 2014 （6） ：71-72.
　　[2] 徐翔， 史丽娟.浅谈3DMAX室内效果图之教学法[J].科技信息， 2013 （12） ：310.
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