三维技术在室内灯光照明设计中的模拟和使用研究资料.docx

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三维技术在室内灯光照明设计中的模拟和使用研究资料

南京邮电大学高等教育自学考试专接本专业

毕业设计（论文）

设计题目：

三维技术在室内灯光照明设计中的

模拟和使用研究

专科学校镇江高等专科学校

姓名李骥

准考证号112911202032

本科专业广告学

指导教师蒋纯利

完成日期2013年5月4日

摘要

人类的生活态度和生活方式以及人们的物质需求和审美价值取向在计算机技术迅猛发展的今天正在发生巨大的变化。

就室内设计而言，三维技术的发展不仅对我们的设计观念、设计思维、工作方式提出了新的要求，同时也对我们的创意表达、方案表现手段与方法提出了挑战。

主动探索室内设计在三维表现方面的新技术和其发展趋势，成为今天摆在每一位设计师面前急需思考和解决的一个主要课题。

三维表现技术的研究既具有学科综合交叉的知识背景，又具备实践性强的特征。

本文论述了室内设计灯光三维表现技术的模拟和使用，总结了三维软件、三维表现技术的发展历程、人类的灯光发展历程。

利用3dsmax、v-ray系列表现软件完整呈现出三维表现技术在室内灯光设计中的具体运用。

本文详细介绍3dsmax软件中，室内灯光的处理设计过程，并对3dsmax软件中的各类灯光参数、灯光设置、灯光类型进行介绍。

关键词：

室内设计表现；三维表现；3DSMAX；室内灯光照明

Abstract

Humanattitudetowardslifeandlifestyleaswellaspeople'smaterialneedsandaestheticvalueorientationintherapiddevelopmentofcomputertechnologytodayisundergoinggreatchanges.Intermsofinteriordesign,thedevelopmentofthree-dimensionaltechnology,notonlyforourdesignconcept,designthinking,waysofworkingwiththenewrequirements,butalsopresentsachallengetoourcreativeexpression,meansandmethodsofprogramperformance.Taketheinitiativetoexploretheinteriordesignin3Dperformance,newtechnologiesandtrends,todayplacedinfrontofeverydesignerurgentneedtothinkandsolveamajortopic.3Dperformancetechnologyresearchbothcrossdisciplinarybackground,butalsowithpracticalfeatures.

Thisarticlediscussestheinteriordesignlightingthree-dimensionalsimulationoftheperformanceoftechnologyanduse,summedupthethree-dimensionalsoftware,the3Dperformancetechnologydevelopmentprocess,thelightofthehumandevelopmentcourse.With3dsmax,v-rayseriesperformancesoftwarestillshowathree-dimensionalperformanceinindoorlightingdesign.Thispaperdescribes3dsmaxsoftwareprocessingdesignprocessforindoorlighting,andvarioustypesoflightingparameters3dsmaxsoftware,lightingsetup,lighttypeareintroduced.

Keywords:

interiordesignperformance;3Dperformance;3dsmax;Indoorlighting

第1章：

绪论

1.1研究背景

三维技术的发展不仅引起了人们生活方式的变化，同时也为室内设计行业带来了新的表现技术和表现模式，对着传统的表现语言和表现手段产生了强大的冲击。

通过运用三维表现技术，便于室内设计师在设计阶段来推敲和完善自己的设计，让设计方案的部分实施问题得到及时的解决；便于搭建设计师和客户之间沟通的桥梁，让设计师能以更有效、更简明、更直接的方式去表达设计意图和实施结果，同时也可以让业主更省时省力地去理解设计师的设计意图。

早年的室内设计表现都是以手绘的形式出现，绘制者多为专业设计师。

一直到2000年左右，国内才开始将三维表现技术运用到室内设计中，但当时由于计算机硬、软件发展的限制和制作者使用技术和经验的尚未成熟，三维表现技术的应用水平普遍不高。

随着计算机硬件和软件的发展，随着制作者经验的不断成熟，近年的室内设计表现几乎都成了三维技术的天下，大量的专业软件不断更新，大量的专业人士广泛参与，并分化出了专门的效果图制作公司和三维场景巡视动画制作公司。

目前，在室内设计专业领域中，三维表现技术主要应用在三维效果图和三维场景巡视动画两大方面，涉及模型、材质、光照、渲染、动态等多项技术，三维表现技术的出现，除了为室内装饰工程项目的设计、计划、造价提供高度可靠、集成、实时的信息以外，还有助于提高效率、减少错误、降低成本，进而改变设计师、施工方以及业主之间的传统关系，让设计师可以在一个崭新的无纸化世界里牢牢把握整个设计方案。

三维表现技术的出现的一大特点便是对于室内场景的灯光模拟，在虚拟空间中表现出近乎真实的灯光效果，为室内灯光设计提供了很好的前提和条件。

1.2研究意义和目的

从理论的角度上，本文分析了室内设计表现技术中灯光的模拟和运用，通过简述三维表现技术的发展、室内设计中灯光的重要性，来体现和说明三维技术对于现代室内设计的重要意义和不可或缺的地位。

从而对三维技术在室内设计中的深化应用与纵深发展起到积极的作用。

1.3相关研究综述

目前，对三维表现技术的研究成为室内设计专业的一个重要研究方向，众多企业、高校和个人对此作了较深入的研究，并出现大量的相关软件的教材、论文及视频资料，主要以介绍基本工具的使用为目的。

以出版物形式出现的相关研究多以介绍基础知识为主，还不能完整地称之为研究。

在某些网站和论坛上发表的某些教程，虽带有一定的技术深度，但又缺少必要的综合性。

还有部分从业者就三维软件操作技术层面进行得探讨，散见于各大专业论坛和其私人博客，其内容多停留在单纯的某个技术问题的解决上。

大多数研究者是站在纯粹的软件技术的角度对三维表现进行研究，在研究过程中，强调的是软件技术的掌握和应用，未从室内设计灯光与三维技术的相互关系进行深入探讨，没有针对具体的室内设计灯光的具体内容进行三维表现技术的应用研究。

1.4本文的主要研究内容

三维技术的发展不仅对我们的设计观念、设计思维和设计工作方式提出了新的要求，同时也对我们的创意表达、方案表现手段与方法提出了挑战。

主动探索室内设计在三维表现方面的新技术和其发展趋势，成为今天摆在每一位设计师面前急需思考和解决的课题。

本文主要论述了三维技术与室内灯光设计的关系，总结了三维表现技术的发展历程，明确了三维表现技术的概念与范畴，人类的灯光发展历程。

利用3dsmax、v-ray系列表现软件完整呈现出三维表现技术在室内灯光设计中的具体运用。

本文详细介绍3dsmax软件中，室内灯光的处理设计过程，并对3dsmax软件中的各类灯光参数、灯光设置、灯光类型进行介绍。

第二章：

三维技术简介

2.1三维技术的概念

三维技术，顾名思义：

是一种可以在计算机虚拟世界中展现出（x，y，z）三轴坐标图像的技术。

针对于传统的二维图像技术而言，三维技术可以更好地在虚拟世界中诠释出真实物理世界中的光影、毛发、粒子等物理现象，从而达到更加逼真、更加写实的效果。

在二维时代，人们如果想要以虚拟图像（而非照片）展现出真实世界，必须要求图像制作者本身拥有较强的美术功底以及对视觉的把握能力；而在三维时代，图像制作者只需要将精力用在制作模型、贴材质、加灯光等方面，专心将图像主体本身精细化，而不必将时间浪费在三维效果的制作上，三维效果会自动由计算机软件计算出来（称之为“渲染”），从而为图像制作者节省了大量的时间和精力。

三维技术作为一种信息技术时代的高科技产物，和许多其他高新技术一样，最初都是源自于军事应用领域。

三维技术最先被应用于演示导弹的弹道以及向军队展示精密的武器零件，随着现代半导体工业日趋先进和完善，三维技术在民用领域的应用潜力被挖掘出来，三维技术本身也经历了脱胎换骨的发展。

2.2三维技术的发展历程

2.2.1三维技术诞生

从20世纪60年代开始，现代半导体工业的雏形形成，发达国家最先发明了三维技术，并在军事领域应用。

虽然当时的三维技术很原始，仅仅是在虚拟环境中展示物体形状而已，但是那时的三维技术仍然只是极少数军队科学家在实验室中摆弄的机密级产品，普通人根本无从接触。

2.2.2民用领域初尝滋味

随着半导体工业继续发展，上世纪80年代开始，民间逐步开始接触到原先深不可测的三维技术——好莱坞的电影公司出品了一些使用到三维特效的电影。

在这个时期，出现了专门用于三维图像制作的图像工作站，即一种专门用来做三维图像的电脑，当时的三维图像都是通过这种工作站完成的。

由于工作站特有的局限性（庞大、复杂、昂贵），当时的三维技术也只是一种只有少数人才能接触到的鸡肋而已。

2.2.3稳定发展期

仍然是半导体工业的发展带领了图形图像技术的繁荣，工作站变得越来越小、越来越廉价、三维制作技术也变得越来越简单。

上世纪90年代开始，电影工业和机械设计业开始大量采购三维图像工作站作为重要的开发工具。

以电影工业为例，这一时期比较著名的大量采用了三维技术的电影有：

《星球大战》系列、《泰坦尼克号》、《侏罗纪公园》、《哥斯拉》等。

并且在这一时期也出现了一些纯粹使用三维技术制作的动画片，但是由于技术比较原始，在这里不做详细介绍。

值得注意的是，由于微软公司成立，WindowsDOS系统上市。

在90年代世界上第一款图形交互系统——Windows95系统——的出现，使得个人计算机开始普及，三维图像的制作工具出现了由专业的图像工作站（SGI）向个人计算机（PC）转移的趋势，这种趋势为三维技术迈向下一个时期——繁荣期——做好了铺垫。

2.2.4繁荣期

到了21世纪，个人计算机已经走进了千家万户，Autodesk、Adobe等知名的图像软件制作公司相继推出了Windows、Mac、Linux版本的三维图像制作软件，三维技术达到了前所未有的繁荣期！

由于个人电脑的普及，三维图像制作的技术门槛和经济门槛进一步降低，三维技术得以走进寻常百姓家，出现了“图形图像行业已经被三维技术占领”的空前盛况。

从21世纪初至今，电影电视业（包括动漫产业）、机械设计业、产品设计业、建筑业、基础设施建设、广告业、软件业......无不被三维技术包围，生活中随处可见应用到了三维技术的产品。

三维动画片、三维特效电影、3D广告效果图等文化产品更是蜂拥而起，迅速占领市场。

综上所述，由于三维技术所特有的先进性、便捷性，三维技术已经渗透到了各行各业，可以说我们现在所处的这一时期的日常生活已经离不开三维技术了。

2.3现代常用三维技术软件

（一）Maya

Maya是一个包含了许多各种内容的巨大的软件程序。

对于一个没有任何使用三维软件程序经验的新用户来说，可能会因为它的内容广泛、复杂而受到打击。

对于有一些三维制作经验的用户来说，则可以毫无问题地搞定一切。

Maya的工作流程非常得直截了当，与其它的三维程序也没有太大的区别。

只需要熟悉一至两个星期，你就会适应Maya的工作环境，因而可以更深一步的探究Maya的各种高级功能，比如节点结构和Mel脚本等。

（二）Softimage/XSI

XSI是一款巨型软件。

它的目标是那些企业用户，也就是说，它更适合那些团队合作式的制作环境，而不是那些个人艺术家。

籍此原因，我个人认为，这个软件并不特别适合初学者。

XSI将电脑的三维动画虚拟能力推向了极至。

是最佳的动画工具，除了新的非线性动画功能之外，比之前更容易设定Keyframe的传统动画。

是制作电影，广告，3D，建筑表现等方面的强力工具。

（三）Lightwave

对于一个三维领域的新手来说，Lightwave非常容易掌握。

因为它所提供的功能更容易使人认为它主要是一个建模软件。

对于一个从其它软件转来的初学者，在工具的组织形式上和命名机制上会有一些问题。

在Lightwave中，建模工作就像雕刻一样，只需要几天的适应时间，初学者就会对这些工具感到非常地舒服。

Lightwave有些特别，它将建模（Modeling：

负责建模和贴图）和布局（Layout：

动画和特效）分成两大模块来组织，也正是因为这点，丢掉了许多用户。

广泛应用在电影、电视、游戏、网页、广告、印刷、动画等各领域。

它的操作简便，易学易用，在生物建模和角色动画方面功能异常强大；基于光线跟踪、光能传递等技术的渲染模块，令它的渲染品质几尽完美。

它以其优异性能倍受影视特效制作公司和游戏开发商的青睐。

火爆一时的好莱坞大片《TITANIC》中细致逼真的船体模型、《REDPLANET》中的电影特效以及《恐龙危机2》、《生化危机-代号维洛尼卡》等许多经典游戏均由LightWave3D开发制作完成。

（四）Rhinoceros（Rhino）

Rhino是一套专为工业产品及场景设计师所发展的概念设计与模型建构工具，它是第一套将AGLibNURBS模型建构技术之强大且完整的能力引进Windows操作系统的软件，不管您要建构的是汽机车、消费性产品的外型设计或是船壳、机械外装或齿轮、甚至是生物或怪物的外形，Rhino稳固的技术所提供给使用者的是容易学习与使用、极具弹性及高精确度的模型建构工具。

从设计稿、手绘到实际产品，或是只是一个简单的构思，Rhino所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为彩现、动画、工程图、分析评估以及生产用的模型。

Rhino可以在Windows的环境下创造、编排或是转译NURBS曲线、表面与实体。

在复杂度与尺寸上并没有限制。

此外，Rhino并可支持多边网格的制作。

（五）Bryce

Bryce是由DAZ推出的一款超强3D自然场景和动画创作软件，它包合了大量自然纹理和物质材质，通过设计与制作能产生极其独特的自然景观。

这个革命性的软件在强大和易用中间取得了最优化的平衡，是一个理想的将三维技术融合进您的创作程序的方法，流畅的网络渲染、新的光源效果和树木造型库为您开拓创意的新天堂。

全新的网络渲染-在网络中渲染一系列动画图像或是单张图片，大大节省时间和金钱。

（六）AutoCAD

AutoCAD（AutoComputerAidedDesign）是美国Autodesk公司首次于1982年开发的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计。

现已经成为国际上广为流行的绘图工具。

AutoCAD具有良好的用户界面，通过交互菜单或命令行方式便可以进行各种操作。

它的多文档设计环境，让非计算机专业人员也能很快地学会使用。

在不断实践的过程中更好地掌握它的各种应用和开发技巧，从而不断提高工作效率。

AutoCAD具有广泛的适应性，它可以在各种操作系统支持的微型计算机和工作站上运行。

（七）3DMAX

3DStudioMax，常简称为3dsMax或MAX，是Autodesk公司开发的基于PC系统的三维动画渲染和制作软件。

其前身是基于DOS操作系统的3DStudio系列软件。

在WindowsNT出现以前，工业级的CG制作被SGI图形工作站所垄断。

3DStudioMax+WindowsNT组合的出现一下子降低了CG制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后更进一步开始参与影视片的特效制作，例如X战警II，最后的武士等。

（八）GoogleSketchup

SketchUp是一个极受欢迎并且易于使用的3D设计软件，官方网站将它比喻作电子设计中的“铅笔”。

它的主要卖点就是使用简便，人人都可以快速上手。

并且用户可以将使用SketchUp创建的3D模型直接输出至GoogleEarth里。

第三章：

室内灯光照明概述

3.1室内常用照明方式

根据灯具光通量的空间分布状况及灯具的安装方式，室内照明方式可分为五种

（一）直接照明

 光线通过灯具射出，其中90%-100%的光通量到达假定的工作面上，这种照明方式为直接照明。

这种照明方式具有强烈的明暗对比，并能造成有趣生动的光影效果，可突出工作面在整个环境中的主导地位，但是由于亮度较高，应防止眩光的产生。

如工厂、普通办公室等。

（二）半直接照明

 半直接照明方式是半透明材料制成的灯罩罩住光源上部，60%-90%以上的光线使之集中射向工作面，10%-40%被罩光线又经半透明灯罩扩散而向上漫射，其光线比较柔和。

这种灯具常用于较低的房间的一般照明。

由于漫射光线能照亮平顶，使房间顶部高度增加，因而能产生较高的空间感。

（三）间接照明

 间接照明方式是将光源遮蔽而产生的间接光的照明方式，其中90%-100%的光通量通过天棚或墙面反射作用于工作面，10%以下的光线则直接照射工作面。

通常有两种处理方法，一是将不透明的灯罩装在灯泡的下部，光线射向平顶或其他物体上反射成间接光线；一种是把灯泡设在灯槽内，光线从平顶反射到室内成间接光线。

这种照明方式单独使用时，需注意不透明灯罩下部的浓重阴影。

通常和其他照明方式配合使用，才能取得特殊的艺术效果。

商场、服饰店、会议室等场所，一般作为环境照明使用或提高景亮度。

（四）半间接照明

 半间接照明方式，恰和半直接照明相反，把半透明的灯罩装在光源下部，60%以上的光线射向平顶，形成间接光源，10%-40%部分光线经灯罩向下扩散。

这种方式能产生比较特殊的照明效果，使较低矮的房间有增高的感觉。

也适用于住宅中的小空间部分，如门厅、过道、服饰店等，通常在学习的环境中采用这种照明方式，最为相宜。

（五）漫射照明方式

漫射照明方式，是利用灯具的折射功能来控制眩光，将光线向四周扩散漫散。

这种照明大体上有两种形式，一种是光线从灯罩上口射出经平顶反射，两侧从半透明灯罩扩散，下部从格栅扩散。

另一种是用半透明灯罩把光线全部封闭而产生漫射。

这类照明光线性能柔和，视觉舒适，适于卧室

。

3.2灯光的表现方式

（一）面光表现

面光是指室内天棚、墙面和地面做成的发光面。

天棚在光的特点是光照均匀，光线充足，表现形式多种多样。

如用日光灯吊顶，光线密度均需一致，以保每个空间都光线充足；又如用大面积筒灯吊顶，天棚上有规律的牛眼灯，犹如夜空星罗棋布；再如结合天棚梁架结构，设计成一个个光井，光线从井格射出，产生别具一格的空间效果。

墙面光一般为图片展览所用。

把墙面做成中空双层夹墙，面向展示的一面的墙做成发光墙面，其中嵌有若干个玻璃框，框后设置投光装置，形成发光展览墙面。

大型灯箱广告也属于此类照明。

地面光是将地面做成发光地板，通常为舞池设置，多彩的发光地板，其光影和色彩伴随着电子音响的节奏而同步变化，大大增强了舞台表演的艺术气氛。

（二）带光表现

所谓带光是将光源布置成长条形的光带。

表现形式变化多样，有方形、格子形、条形、条格形、环形（圆环形、椭圆形）、三角形以及其它多边形。

如周边平面型光带吊顶、周边凹入型光带吊顶、内框型光带吊顶、内框凹入型光带吊顶、周边光带地板、内框光带地板、环型光带地板、上投光槽、天花凹光槽、地脚凹光槽等等。

长条形光带具有一定的导向性，在人流众多的公共场所环境设计中常常用作导向照明，其它几何形光带一般作装饰之用。

（三）点光表现

①点光是指投光范围小而集中的光源。

由于它的光照明度强，大多用于餐厅、卧室、书房以及橱窗、舞台等场所的直接照明或重点照明。

点光表现手法多样，有顶光、底光、顺光、逆光、侧光等。

②顶光--自上而下的照明，类似夏日正午日光直射。

光照物体投影小，明暗对比强，不宜不作造型光。

③底光--自下而上的照明，宜作辅助配光

④顺光--来自正前方的照明，投影平淡，光照物体色彩显现完全，但立体感觉差。

⑤逆光--来自正后方的照明，光照物体的外轮廓分明，具有艺术魅力的剪影效果，是摄影艺术和舞台天幕中常用的配光方式。

⑥侧光--光线自左右及左上，右上，左下，右下方向的照射，光照物体投影明确，立体感较强，层次丰富，是人们最容易接受的光照方式。

（四）静止灯光与流动灯光

①静止灯光--灯具固定不动，光照静止不变，不出现闪烁的灯光为静止灯光。

绝大多数室内照明采用静止灯光，这种照明方式，能充分利用光能，并创造出稳定、柔和、和谐的光环境气氛，适用于学校、工厂、办公大楼、商场、展览会等场所。

②流动灯光--是流动的照明方式，它具有丰富的艺术表现力，是舞台灯光和都市霓虹灯广告设计中常用的手段。

如舞台上使用"追光灯"，不断追逐移动的演员，又如用作广告照明的霓虹灯不断地流动闪烁，频频变换颜色，不仅突出了艺术形象，而且渲染了环境艺术气氛。

3.3灯光照明设计的原则

（一）功能性原则

灯光照明设计必须符合功能的要求，根据不同的空间、不同的场合、不同的对象选择不同的照明方式和灯具，并保证恰当的照度和亮度。

例如：

会议大厅的灯光照明设计应采用垂直式照明，要求亮度分布均匀，避免出现眩光，一般宜选用全面性照明灯具；商店的橱窗和商品陈列，为了吸引顾客，一般采用强光重点照射以强调商品的形象，其亮度比一般照明要高出3～5倍，为了强化商品的立体感、质感和广告效应，常使用方向性强的照明灯具和利用色光来提高商品的艺术感染力。

（二）美观性原则

灯光照明是装饰美化环境和创造艺术气氛的重要手段。

为了对室内空间进行装饰，增加空间层次，渲染环境气氛，采用装饰照明，使用装饰灯具十分重要。

在现代家居建筑、影剧建筑、商业建筑和娱乐性建筑的环境设计中，灯光照明更成为整体的一部分。

灯具不仅起到保证照明的作用，而且十分讲究其造型、材料、色彩、比例、尺度，灯具已成为室内空间的不可缺少的装饰品。

灯光设计师通过灯光的明暗、隐现、抑扬、强弱等有节奏的控制，充分发挥灯光的光辉和色彩的作用，采用透射、反射、折射等多种手段，创造温馨柔和、宁静幽雅、怡情浪漫、光辉灿烂、富丽堂皇、欢乐喜庆、节奏明快、神秘莫测、扑朔迷离等艺术情调气氛，为人们的生活环境增添了丰富多彩的情趣。

（三）经济性原则

灯光照明并不一定以多为好，以强取胜，关键是科学合理。

灯光照明设计是为了满足人们视觉生理和审美心理的需要，使室内空间最大限度地体现实用价值和欣赏价值，并达到使用功能和审美功能的统一。

华而不实的灯饰非但不能锦上添花，反而画蛇添足，同时造成电力消耗，能源浪费和经济上的损失，甚至还会造成光环境污染而有损身体的健康。

灯光