3dsmax中灯光在材质表现中的作用

摘要：3dsmax中光线呈现材质的纹理，照亮模型的表面，通过灯光和材质的灵活运用可以使生硬的模型具有生命力和活力，使作品或真实、或虚幻、或朦胧，看上去美伦美奂。討论3dsmax中在不同环境和条件下，如何通过灯光的应用，以及灯光和材质的结合，完美地表现材质的特性，以达到随心所欲驾驭3dsmax灯光的目的。

关键词：3dsmax；灯光；材质

中图分类号：CO　文献标识码：A　文章编号：1671－7597(2011)0220183－02

人类在日常生活中并没有刻意地注意到光线对人的影响，然而光线对于人类的生存具有非凡的重要性。光线控制着人们的活动，影响人们的心情，也影响人们感知各种事物的方式。在计算机图形世界中，从动画到建筑，从电影到摄影，光线的重要作用得到了一系列学科的认同。瑞士的现代主义建筑大师勒·柯布西耶(Le Corbusier)说：“光线和照明是形状、空间和光影不可分割的组成部分。正是这些东西营造了氛围和对场景的感觉，以及对具有内部和外部功能的结构的表达。光线呈现纹理，照亮表面，并提供活力和生命力。”尽管是谈建筑，他的话表明了3D世界中光线的重要性。

在3dsmax中，为场景照明比起照亮场景具有更深刻的内涵。系统灯光或一盏泛光灯就可以照亮场景，而场景照明则取决于构成照明方案的各种不同光源的精确合理定位，以及各光源的强度、颜色、范围、阴影等诸多因素。照明方案需要解释每一个光源在整个布局中发挥的作用，各灯之间即互不干扰又相互和谐，布局上综合考虑CG介质的3D本质，展示3D形状，表现3D纹理，使其达到最佳的渲染效果。本文通过几个案例讨论3dsmax中在不同环境和条件下，如何通过灯光的设置，以及灯光和材质的结合，完美地表现材质的特性，以达到随心所欲驾驭3dsmax灯光的目的。

1、皮革材质表现

皮革是经鞣制、硝制等抗腐败方法处理后的动物皮，其表面具有自然的纹理和光泽。我们以皮鞋为例，了解皮革材质的表现方法。皮鞋的皮料种类繁多，其表面特性也不相同，例如全粒面革完整保留动物皮自然的粒面，毛孔清晰、细小、紧密、排列不规律，表面丰满细致；压花革是将粒面涂饰后，再压出各种各样的花纹。皮革的各种纹理的质感在3dsmax中都可以模拟出来，要使渲染效果接近真实，灯光是表现材质细节的最有效方法，使用“三点照明法”可以表现出皮革凹凸和高光的细节。三点照明，又称为区域照明，是在电影摄影中被牢固确立的一种做法，它已成为CG照明的主要基础之一。一般有主体光、辅助光与背景光3种光源。主体光是场景中主要的光照部分，产生最清楚和最显著的照明和阴影。辅助光的作用是模拟间接照明，即模拟从环境表面上反射回来的直射光线。用它来填充阴影区以及被主体光遗漏的场景区域，同时调和明暗区域之间的反差，以形成景深与层次。背景光的作用是有利于使主体对象与背景相分离，为场景提供深度，同时有助于主题物体产生轮廓，从而衬托出主体。

图1中的左图为未附材质皮鞋模型，中图为使用系统灯光时皮革材质效果，右图为放大后皮革材质的纹理。可以看出赋予材质后，虽然模型已具有了皮鞋的外观，但完全看不到皮料粒纹的细节。

对于表面粗糙的物体，可以用直射光照明，产生凹凸形态的明暗变化。如图2左图所示，在皮鞋上方添加泛光灯1，照亮整个场景，同时产生阴影。在沿目标摄像机的方向添加了直射照明的目标聚光灯1，使皮鞋产生高光，渲染结果如图2右图，这时在材质的高光部分皮革纹理清晰可见。不过皮鞋的其他部分还是全部为黑色，缺少层次感。

添加背景光源泛光灯2和其他辅助光源(目标聚光灯2和泛光灯3)，各光源的位置如图3所示，渲染后，效果如图4所示。背景光使鞋子背对摄像机的方向出现了微弱的高光，表现了鞋面的层次感：目标聚光灯2从右下方投射，用于照亮鞋底部分，显示了塑料材质的细节；泛光灯3用于补充鞋跟部分的亮度，模拟环境反射光照亮鞋跟的效果。

在配置皮革材质的灯光时，各光源的位置需不断调整，以便将皮鞋的各个部位都展示出来。除此之外，每个光源的强度控制也需要通过仔细的测试来完成。辅助光既要使皮鞋暗部的影调层次和质感得到应有的表现，又不能喧宾夺主削弱了皮鞋高光部分要展示的主题。背景光运用侧逆光照明，微弱的高光勾勒出皮鞋的轮廓，并对皮鞋的主要受光面起到了烘托作用。从图4的右图中可看到，比较图1中的皮革，经过灯光的照射后，皮革的纹理细节充分表现出来，同时鞋带细腻的纹理也清晰可见，模型更加接近真实。

2、植物材质表现

在阳光的照射下，大多数植物的叶子都是半透明的，而且在逆光下可以观察到叶脉的纹理和其他树叶投射的阴影。利用灯光与光线追踪材质配合，可以表现植物逆光效果，而在灯光下使用Shellac材质可以完美的突出叶脉的纹理。

未赋材质的模型如图5所示，其中背景为环境贴图。为叶片模型制作光线追踪材质，并为其他模型制作相应的材质后，渲染视图，这时没有使用任何照明方案，系统灯光的作用下，光线追踪材质的效果如图6所示。

系统灯光几乎是均匀照亮整个场景，叶子基本具备了植物的质感，但厚重完全不透明，没有青翠飘逸的感觉。为更好的表现叶子的半透明效果，首先在场景中添加1盏SkyLight(天光)，然后逆着摄像机的方向添加l盏目标聚光灯，在目标聚光灯渲染设置的Advanced Lighting(高级灯光)选项中，选择使用Light Trace(光线追踪)渲染器，灯光位置以及逆光照射时光线追踪材质的渲染效果如图7所示。

从渲染图中可看到，植物的逆光效果已经有所表现，但新的照明方案使植物材质整体变暗，通透性还达不到要求，这时我们可以通过调整材质的属性来调整植物的亮度。在光线追踪材质的Luminosity(光度)贴图通道添加1张Falloff(衰减)贴图，使叶子颜色多深绿渐变到浅绿；另外，在扩展参数中，将Extra Lighting(附加光)的颜色设置为暗红色。模拟真实世界中的现象：当阳光照射时，植物叶子呈现出美丽的光泽和很好的透明感，并且由于周围环境的反射，植物叶子的边缘呈现略微暗红的颜色。效果如图8所示。

光线追踪材质前面所使用的贴图上没有树叶脉络，进一步利用Shellac(虫漆)材质可以表现叶脉效果。虫漆材质是一种复合材质，可以在一种材质上叠加另一种材质，将两种材质进行混合。将原来的光线追踪材质作为基本材质，虫漆材质叠加到基本材质上，设置Tiles Setup的纹理颜色为黑色，Grout Setup的纹理颜色为浅绿色，使之形成树叶的脉络，效果如图9所示。

从光效上看，逆光能够增强被摄体的质感，对透明或半透明物体产生透射光，并使其色明度和饱和度都得到提高。对植物模型使用逆光，并配合虫漆材质制作的纹理，可以表现植物在阳光下碧绿青翠、生机盎然的自然形态。

3、透明材质的阴影

光和影是密不可分的，阴影作为照明的要素在构成和确定空间关系方

面是非常重要的。通过灯光和材质的配合，在3dsmax中重现阴影在形状和形態方面的许多性质是获得真实渲染效果的关键之一。

下面以印花玻璃材质的投影说明，只有通过灯光和材质的密切配合，才能获得光和影的真实效果。图10为灯光照射在印花玻璃上，使其产生投影的场景。这时的材质设置是：不透明度为60，Diffuse(漫反射)通道添加了印花贴图，照明使用的是系统灯光。从渲染结果中可以观察到物体没有产生阴影，场景给人一种不真实的感觉。修改照明方案，添加1盏泛光灯，设置其阴影类型为光线追踪阴影后，渲染效果如图11所示。可以观察到，玻璃产生了投影，但玻璃上的印花没有出现在投影中，因此不能表现玻璃材质的透明属性。修改材质设置，将漫反射通道中的印花贴图替换到Filter Color(过滤色)通道中，再次渲染视图，这时投影中产生了彩色的花纹，且阴影的深浅也表现了玻璃材质的透明属性，效果如图12所示。实践中，编辑印花玻璃材质的方法有很多，使用时，必须根据各种玻璃的质感、纹理以及投影等需要，选择适当的材质和灯光配置。

有光必有影，有影必有光。光，舞出自然的曼妙，影，刻画生命的纹理。有经验的人通过光影的演绎变幻，在虚拟世界展现真实世界的光影特性和模型的纹理质感，从而给3D作品以精美绝伦的、栩栩如生的纵深感和真实感，使作品就像朱自清笔下的荷塘月色“光与影有着和谐的旋律，仿佛外婀玲上奏着的名曲。”

4、小结

3dsmax中，灯光系统可以模拟自然界的各种光源，材质可以模拟真实物体表面的颜色、自发光、不透明度、反射与折射、粗糙程度等物理特性。相同的材质、灯光设置在某个场景中可能是霞蔚云蒸，放到另一个场景中可能大煞风景，这说明3dsmax中灯光和材质的灵活性。3dsmax中的材质和灯光没有固定的参数设置，需要我们在实践中不断的调整和测试。灵活地运用灯光，可以完美地呈现材质的纹理和质感，将材质的各种物理特性真实地再现出来，使生硬的模型具有生命力和活力。灯光与材质密切配合，还可以增强模型和场景的真实感和空间感，烘托场景的气氛并突出主题，使3D作品或真实、或虚幻、或朦胧，看上去美伦美奂。

参考资料：

[1][美]Darren Brooker著，《3dsmax经典教程高级篇——解析CG灯光技术》，刘新军、李小萍译，人民邮电出版社，2009，2

[2]传奇动画工作室，《3dsmax8完全学习手册——材质灯光渲染篇》，电子工业出版社，2006，4

[3]Y，P编辑，《如何表现物体的质感纹理》，科讯网信息中心，2008年12月04日，http：///learning/photodiy/00432131，html

[4]王岩、聂雪鹏，《3dsmax材质、灯光与渲染》，兵器工业出版社，北京希望电子出版社，2005，9