| 3D場景之燈光設定
特約專欄: 曲老師
(電點子3D及網頁)
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隨著電腦功能一代代的加強, 過去一些原屬於純理論的3D Mission Impossible, 在近幾年都隨著硬体的提升而有明顯的突破,
其中尤以模擬全局光, 可輸出接近照片般的品質為人所驚艷激賞; 身為3ds max的用戶更是集三仟寵愛於一身,
除了下一版本的max已確定會整合著名的渲染軟体- Mental Ray外, 近兩年更有不同的超級渲染外插可供max用戶選擇-
Final Render, Brazil r/s, VRay均為其中的佼佼者. 下圖為筆者最近研究Brazil的試驗作品,
可提供給有心讀者比較參考, 渲染已幾乎接近真實拍照時, 模擬物件在自然環境光下的結果.
02: 模型使用Brazil渲染器的輸出的逼真結果
max5版本本身也應景的提供了進階燈光的設定來應付市場的需求, 我在過去的專欄中曾針對max5的進階燈光作了專題說明,
尤其燈光 + 渲染結果, 往往是影像成敗的最重要關鍵, 因此在此期再對燈光及渲染方式做一盡量通俗的解釋,
其應用不只對於max用者, 只要是對3D有興趣的朋友, 相信此篇對你多少可建立些相關的觀念.
全局照明渲染 (GI, Global Illumination)
一般GI渲染器 (Global Illumination, 全局照明渲染計算),不外兩種方式求解:
分別為Radiosity及Light Tracing兩種方式.
Radiosity: 其計算方式源於熱幅射而衍變至光學幅射的方式, 由於必須提供物件表面進行如同分割區域達到求解目的,
因此比較適用於室內的光線計算, 使用Radiosity, 3D物件(如建築物)應盡量有較精確的造型條件,
才能有較佳的表現. 在max5中, 常與室內燈光系統- Photometric合作. 參考圖03
Ray-Tracing: 光跡追蹤方式, 其應用較廣, 受限條件也較小,
一般的外掛渲染器均使用Raytracing配合MC(Monte Carlo)機率學達到縮身且合理的光跡追跡分配.
但缺點是易產生雜塊斑點, 為了去除這些雜點, 直覺就是提高Rays的取樣值,
其結果當然也相對會付出較長的渲染時間. max5 本身也提供了Ray-Tracing, 但在max中,
Ray Tracing較適合於室外光渲染.
04 – Ray Tracing, 光跡追蹤為從觀察位置(攝影机), 逆向追蹤像素(Pixel)至光源所發出的Rays求解.
另一個由Standford大學Henrik Wann Jessen所整理的Photon
Map(光子貼圖)的方式, 就綜合了上述兩種主流光學理論, 第一步驟使用燈光發出的光子,
在光子踫撞物件表面後, 利用Radiosity理論基礎, 並運用俄羅斯輪盤机率佈下合理的光子貼圖,
再利用Raytracing方式逆向計算光子貼圖, 使用MC(或QMC, 蒙地卡羅机率)求解影像,
計算真實而更省時的結果, 此種方式為Brazil渲染器的理論基礎,
許多著名工作室如Blur Studio已使用此外掛, 並運用影視(如周潤發所主演的Bullet Proof
Monk一片).
全局光既然能在3D環境內求解出接近真實的影像, 那麼為什麼業界仍無法進行大量運用, 其缺點為何? 不論何種高級渲染器的進階求解方式為何,
相信有經驗的3D使用者, 均為其長時間計算才能求解出全局光影像所苦. 在筆者所進行的工程中, 常常單格影像就需跑數小時,
更合況進行動畫, 動輒上千格… 實際生產時的成本效益絕非一般人所能消化的了, 但整個GI的理念, 至今仍屬萌芽期而已,
將來的普及化, 隨硬体升級, 軟体的精進演化, 相信只是遲早的結果吧.
好吧, 在一盞光源即能求解全局光的超級理想尚未成熟前, 我們討論一下如能使用最傳統的燈光, 懂的適當的佈局,
使用max的傳統逐行掃描(Scan Line)渲染器, 也能做出令人激賞的作品. 在此章的後半節, 我們就討論一下在光源佈局常運用的3點光源佈局方式,
但筆者先要溝通一個觀念- 這裡所討論的只是建立一個概念性基礎, 在一個場景中建立十幾盞至數十盞燈(模擬全局光)也是常有的事,
一法懂萬法通才是學以活用的目地.
三點光源:
何謂三點光源, 三點光源的佈局法包括了主光源key light, 填充光Fill Light及背光Back
Light三項. 此種佈局法早已為傳統的好萊塢燈光師運用. 以下將分別重點討論三種光源及其作用.
Key Light(主光源): 主光源為最強光源, 也是在場景中產生最”實”陰影的來源, 在場景中的位置通常置於受光物件的上方,
在Top View觀察, 主光源一般與攝影机呈15-60度角左右較理想, 光影表現會較為生動, 主光源與攝影机零度時,
受光物件結果將平面化, 而光源置於物件下方逆向照射物件, 可產生毛骨悚然的感覺(因我們的大腦已習慣於自然界光源從上而下的邏輯).
05 物件接受場景內只有主光源Key Light時的光影結果
Fill Light(填充光): 其實一個場景要具有說服力, 除了主光源外,
最重要也是各渲染器深思窮索的, 就是填充光的結果是否合理, 上面所提的全局照明(GI, Global
Illumination), Ray
Tracing, Radiosity都是希望在場景中能模仿真實世界的填充光效果(牆, 桌面, 物件之間的互相輝映等).
一般填充光的擺設位置, 從Top View觀察, 大約與主光源呈90度的交錯(不是絕對噢, 這只是一個參考起跑點),
更可架設多盞低亮度的填充光, 模擬真實環境的複雜反射光效果, 但須注意的事幾盞填充光源強度加起來是否搶過了主光源的強度,
建議值大約是主光源的1/2 ~ 1/4之間為起跑參考; 另外可注意的是, 填充光的高度一般均不會超過主光源位置.
06 架設了填充光後的結果, 與上圖比較暗部的較自然變化
Back Light(背光): 首先要提醒的是與一般照明背景的”背景光”完全不同,
它是環繞物件的邊緣光, 主要在於定義物件的形狀與深度, 此項光源運用在黑白片時代, 影像均為不同灰階時,
此法運用得當, 可使物件與背景定義清楚而不至於類似的灰階就糊在一塊了;
同理在場景物件與背景均為暗色調時, 或表現毛髮時, 此項光源就顯的相同重要了.
07 主體與背景均為暗色時, 使用Back Light將物件從背景中分離出.
作者簡介:
Victor Chu, 曲老師為專業之網頁設計及3D動畫專家, 目前與3D界知名先驅合作軟體開發及致力於培育菁英人才,
其網站為 www.e-waves.com 聯絡電話: 626-508-5858 (中）
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