第1章 3ds Max渲染基礎(chǔ)

在真實(shí)世界中，材質(zhì)屬性是可見(jiàn)的，包括質(zhì)感、色彩、紋理、透明性等，且這些屬性的體現(xiàn)離不開(kāi)燈光。利用3ds Max還原真實(shí)場(chǎng)景的關(guān)鍵是燈光與材質(zhì)要相互配合，因而了解燈光與材質(zhì)的關(guān)系是讀者制作高質(zhì)量效果圖的基礎(chǔ)。本章主要對(duì)材質(zhì)與光源的基礎(chǔ)知識(shí)以及二者之間的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)介紹，使讀者能夠掌握其特質(zhì)并應(yīng)用到效果圖的制作中。

了解材質(zhì)的構(gòu)成

了解材質(zhì)與光源的關(guān)系

了解材質(zhì)與環(huán)境的關(guān)系

了解自然光源與人造光源的特性

1.1 了解材質(zhì)

簡(jiǎn)單地說(shuō)，材質(zhì)就是物體看起來(lái)是什么質(zhì)地的，也可以看成是材料和質(zhì)感的結(jié)合。在3ds Max中，它是表面各可視屬性的結(jié)合，這些可視屬性是指表面的色彩、紋理、光滑度、透明度、反射率、折射率、發(fā)光度等。從嚴(yán)格意義上來(lái)講，材質(zhì)實(shí)際上就是3ds Max系統(tǒng)對(duì)真實(shí)物體視覺(jué)效果的表現(xiàn)，而這種視覺(jué)效果又通過(guò)顏色、質(zhì)感、反光、折射、透明性、自發(fā)光、表面粗糙程度、肌理紋理結(jié)構(gòu)等諸多要素顯示出來(lái)。

1.1.1 材質(zhì)概述

如果想要做出真實(shí)的材質(zhì)效果，就必須深入了解物體的屬性，這需要對(duì)真實(shí)物理世界中的物體多多觀察分析。下面來(lái)具體舉例分析物體的屬性。

1.物體的顏色

色彩是光的一種特性，我們通�？吹降纳�彩是光作用于眼睛的結(jié)果。當(dāng)光線照射到物體上的時(shí)候，物體會(huì)吸收一些光色，同時(shí)也會(huì)漫反射一些光色，這些漫反射出來(lái)的光色到達(dá)人們的眼睛之后，就決定了物體看起來(lái)是什么顏色，這種顏色被稱為固有色。這些被漫反射出來(lái)的光色除了會(huì)影響人們的視覺(jué)之外，還會(huì)影響它周圍的物體，這就是光能傳遞。當(dāng)然，影響的范圍不會(huì)像人們的視覺(jué)范圍那么大，它要遵循光能衰減的原理。

如圖1-1所示，遠(yuǎn)處的光照較亮，近處的光照較暗，這與光的反射與照射角度有關(guān)系。當(dāng)光的照射角度與物體表面成90°時(shí)，光的反射最強(qiáng)，而光的吸收最柔；光的照射角度與物體表面成180°時(shí)，光的反射最柔，光的吸收最強(qiáng)。需要注意的是，物體的表面越白，光的反射越強(qiáng)；物體表面越黑，光的吸收越強(qiáng)。

圖1-1

2.光滑與反射

物體是否有光滑的表面，往往不需要用手去觸摸，眼睛就會(huì)告訴我們結(jié)果。光滑的物體表面會(huì)有明顯的高光，如玻璃、瓷器、金屬等；而沒(méi)有明顯高光的物體通常都是比較粗糙的，如磚頭、瓦片、泥土等。

這種差異在自然界無(wú)處不在，但它是怎么產(chǎn)生的呢？答案依然是光線的反射作用。但是和固有色的漫反射方式不同，光滑物體有著一種類似鏡子的效果，在物體的表面還沒(méi)有光滑到可以反射出周圍物體的時(shí)候，它對(duì)光源的位置和顏色是非常敏感的。光滑的物體表面只反射出光源，這就是物體表面的高光區(qū)，該區(qū)域的顏色是由照射它的光源顏色決定的（金屬除外）。隨著物體表面光滑度的提高，對(duì)光源的反射會(huì)越來(lái)越強(qiáng)，所以在“材質(zhì)編輯器”中，越光滑的物體，其高光范圍越小，強(qiáng)度越高。

如圖1-2所示為瓷器在光照下的效果，從光滑的瓷器表面可以看到明亮的高光和較為清晰的反射，這就是由于物體表面比較光滑而產(chǎn)生的效果；而粗糙的紡織品沒(méi)有一點(diǎn)光澤，因?yàn)楣庹丈涞郊徔椘繁砻�，只�?huì)發(fā)生漫反射，反射光線彈向四面八方，所以就沒(méi)有了高光，如圖1-3所示。

圖1-2 圖1-3

3.透明與折射

自然界的大多數(shù)物體通常會(huì)遮擋住光線，當(dāng)光線可以自由穿過(guò)物體時(shí)，這個(gè)物體肯定就是透明的。這里所說(shuō)的穿過(guò)，不但是指光源的光線穿過(guò)透明物體，還指透明物體背后的物體反射出來(lái)的光線也再次穿過(guò)透明物體，這樣使我們可以看到透明物體背后的東西。

由于透明物體的密度不同，光線射入后會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)現(xiàn)象，這就是折射。比如插進(jìn)水里的筷子，看起來(lái)是彎的；透過(guò)水杯看周圍的物體，物體也會(huì)發(fā)生扭曲，如圖1-4所示。不同的透明物體，折射率也不一樣，即使同一種透明的物質(zhì)，不同溫度也會(huì)影響其折射率，比如我們透過(guò)高溫的火焰或氣浪觀察對(duì)面的景象，會(huì)發(fā)現(xiàn)有明顯的扭曲現(xiàn)象，這就是因?yàn)闇囟雀淖兞丝諝獾拿芏�，不同的密度產(chǎn)生了不同的折射率，如圖1-5所示。

圖1-4 圖1-5

在自然界中還存在著另外一種形式的透明，在三維軟件的“材質(zhì)編輯器”中把這種屬性稱之為半透明，比如紙張、塑料、植物的葉子，還有蠟燭等。它們?cè)�本不是透明的物體，但是在強(qiáng)光的照射下，背光部分會(huì)出現(xiàn)“透光”現(xiàn)象，如圖1-6所示為葉子在陽(yáng)光照射下的效果。而正在燃燒的蠟燭在靠近燭火的位置也呈現(xiàn)出半透明狀態(tài)，如圖1-7所示。

圖1-6 圖1-7

1.1.2 材質(zhì)的構(gòu)成

材質(zhì)最主要的屬性是漫反射顏色、高光顏色和環(huán)境光顏色，這三種顏色組成了物體表面的效果，在材質(zhì)球中可以看到清晰的分界，如圖1-8所示。

圖1-8

漫反射顏色：漫反射顏色又稱為對(duì)象的固有色，是在太陽(yáng)光和人造光源直射情況下，對(duì)象所反映出的顏色。

高光顏色：反射亮點(diǎn)的顏色。高光顏色看起來(lái)比較亮，而且高光區(qū)的形狀和尺寸可以控制。不同質(zhì)地的對(duì)象，其高光區(qū)范圍的大小及形狀都會(huì)不同。

環(huán)境光顏色：物體陰影處的顏色，它是環(huán)境光源投射到物體背面顯示出的顏色。

使用這三種顏色以及對(duì)高光區(qū)的控制，可以創(chuàng)建出基本反射材質(zhì)。這種材質(zhì)相當(dāng)簡(jiǎn)單，可以生成有效的渲染效果，通過(guò)控制自發(fā)光與不透明度還可以模擬發(fā)光對(duì)象以及透明或半透明

對(duì)象。

這三種顏色的邊界地方相互融合，在環(huán)境光顏色與漫反射顏色之間，融合方式會(huì)根據(jù)著色模型進(jìn)行計(jì)算；在高光顏色和環(huán)境光顏色之間，則可使用“材質(zhì)編輯器”控制融合數(shù)量。

1.1.3 材質(zhì)與光源的關(guān)系

材質(zhì)與光源是相互依存的。比如，借助夜晚微弱的光線往往很難分辨物體的材質(zhì)，在正常的照明條件下則很容易分辨材質(zhì)。另外，在彩色光源的照射下，也很難分辨物體表面的顏色，在白色光源的照射下則很容易分辨顏色，如圖1-9、圖1-10所示。種種情況表明，物體的材質(zhì)與燈光有著密切的關(guān)系。

圖1-9 圖1-10

1.1.4 材質(zhì)與環(huán)境的關(guān)系

色彩是光的一種特性，通常我們所看到的色彩是光作用于眼睛的結(jié)果，但它不僅僅由光的物理性質(zhì)決定，還會(huì)受到周圍環(huán)境的影響。通常光線照射到物體上的時(shí)候，物體本身會(huì)吸收一些光色，同時(shí)也會(huì)漫反射一些光色，這些漫反射出來(lái)的光色呈現(xiàn)出來(lái)的顏色，則決定物體的顏色，這種顏色在繪畫(huà)中被稱為固有色，如圖1-11所示。這些被漫反射出來(lái)的光色除了會(huì)影響視覺(jué)之外，還會(huì)影響它周圍的物體，這就是光能傳遞，光能傳遞的實(shí)質(zhì)意義是在反射光色的時(shí)候，光色以輻射的形式發(fā)散出去。所以，它周圍的物體才會(huì)出現(xiàn)染色現(xiàn)象，如圖1-12所示。

圖1-11 圖1-12

1.2 認(rèn)識(shí)光源

自然界中的光源包括自然光源和人造光源，在效果圖制作過(guò)程中，光源本身是以多種不同的形式表現(xiàn)的，設(shè)計(jì)者可以選擇最合適的形式來(lái)表現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)意圖。

1.2.1 自然光源

自然光泛指非人工光源發(fā)出的光，如太陽(yáng)光、天光、火光、電光等。在人們生活的環(huán)境中，最主要的自然光就是太陽(yáng)光，它既簡(jiǎn)潔統(tǒng)一，又為自然界帶來(lái)了豐富的變化，使人們可以看到日出日落，感受到溫暖和寒冷。光線和渲染效果有著密不可分的關(guān)系，要成功制作出效果圖，讀者首先要懂得光線的應(yīng)用。不同時(shí)間、不同天氣下的自然光各有其特質(zhì)，所呈現(xiàn)出的效果也不同。

1.清晨

清晨時(shí)分的光線極為柔和，光影對(duì)比較弱，多給人以寧?kù)o、沉穩(wěn)的感覺(jué)。光影帶有明顯的方向性，物體受到陽(yáng)光的照射會(huì)呈現(xiàn)出溫暖的感覺(jué)，如圖1-13所示為清晨時(shí)分的建筑效果。

2.中午

中午是一天中太陽(yáng)照射最為強(qiáng)烈的時(shí)候，光線近乎垂直地照射在地面上，光影對(duì)比也最為強(qiáng)烈。相比其他時(shí)刻，中午時(shí)分的物體會(huì)呈現(xiàn)出明朗的影調(diào)和較為飽滿的色彩，陰影顏色最重，其層次變化也較少，如圖1-14所示為中午的強(qiáng)烈陽(yáng)光打在雕塑品上。

圖1-13 圖1-14

3.日落

日落時(shí)分的景象非常美麗。光線在空氣中的行走距離變長(zhǎng)，更多的藍(lán)光被吸收，陽(yáng)光中帶著紅黃色的暖色調(diào)。柔和的陽(yáng)光使光影對(duì)比變?nèi)酰�陰影變長(zhǎng)，天光也會(huì)呈現(xiàn)出冷藍(lán)色。場(chǎng)景會(huì)同時(shí)出現(xiàn)冷暖色差，在不直射的陰影里會(huì)產(chǎn)生不同程度的冷光，在直射的區(qū)域則會(huì)出現(xiàn)暖光，如圖1-15所示。

4.陰天

陰天的時(shí)候，云層就像一個(gè)天然的柔光罩，陽(yáng)光穿過(guò)云層時(shí)，經(jīng)過(guò)折射和擴(kuò)散，會(huì)形成柔和的散射光。陰天時(shí)物體不會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的陰影，且對(duì)比度較低，如圖1-16所示。

圖1-15 圖1-16

1.2.2 人造光源

在室內(nèi)沒(méi)有太陽(yáng)光照射的情況下，就需要人造光源來(lái)彌補(bǔ)光照，比如陰雨天和夜晚時(shí)就需要使用人造光源。人造光源的使用也是有目的性的，比如生活中的家庭照明是為了滿足生活需要，辦公場(chǎng)所的照明是為了人們能夠更好地工作，展柜或T臺(tái)上的照明則是為了凸顯作品。

1.窗戶采光

光是建筑空間得以呈現(xiàn)、空間活動(dòng)得以進(jìn)行的必要條件之一。窗戶就是室內(nèi)采光的主要渠道，通過(guò)自然采光的亮度變化、光影的移動(dòng)，室內(nèi)的人們可以感知晝夜更替和亮度的強(qiáng)弱。通過(guò)自然光的光影變化也可以塑造出不同的室內(nèi)效果，如圖1-17、圖1-18所示分別為現(xiàn)代家居建筑窗戶和歐式穹頂彩色玻璃窗的采光效果。

圖1-17 圖1-18

2.燈具照明

燈光是建筑設(shè)計(jì)中的亮點(diǎn)，不同的環(huán)境所使用的燈具也各不相同。燈具照明原本只是對(duì)自然光的補(bǔ)充，在照明不足時(shí)使用，而隨著人們生活水平的不斷提高，燈具照明已經(jīng)成為一種對(duì)生活態(tài)度的表達(dá)。除了滿足基本的照明需求外，燈具的裝飾性也成為建筑設(shè)計(jì)中必不可少的元素，它能營(yíng)造一種氛圍，成為視覺(jué)上的亮點(diǎn)，可以起到畫(huà)龍點(diǎn)睛的作用。

如圖1-19、圖1-20所示分別為建筑空間室內(nèi)外場(chǎng)景中使用燈具照明所表現(xiàn)出的氛圍。

圖1-19 圖1-20