数字媒体学院三维渲染技术教案.docx

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数字媒体学院三维渲染技术教案

四川师范大学数字媒体学院

教师教学教案

课程名称：

______三维渲染技术_____________________

课程类型：

________专业选修_________________________

授课对象：

_________2013级7班_____________________

授课时间：

________2015.3-2015.7________________

授课课时：

________64_________________________________

授课教师：

___________刘云安_________________________

所在系：

___________数字媒体技术__________________

二〇一三年五月

课程名称

三维渲染技术

教学目标

了解三维渲染工具

掌握三维渲染技法

理解实时渲染与非实时渲染的区别

灯光纹理映射

教学重点

三维渲染技法 

程序贴图

教学难点

Shader反真实渲染

教学过程及主要内容

（包括教学内容、教师活动、学生活动、教学方法、课程作业等）

第一章三维渲染要素分析（第一周4课时）

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够明确效果图在室内表现中的应用；了解平面、色彩构成在室内效果图中的地位以及室内渲染的基本表现流程。

同时需要掌握粗调、细调材质的效果；渲染速度的优化；渲染输出及后期合成内容的理解。

教学重点与措施：

认识室内效果图包含的内容及效果图设计流程。

教学难点与措施：

将色彩的概念应用到效果图的设计中。

课型与教法：

多媒体课件讲解，配合实例讲解

课后要求及作业：

思考分析：

认识室内渲染流程及优化图形

教学过程：

第一节色彩在效果图中的应用

1色彩构成的含义

2色彩基础

3色彩对比与搭配

4色彩构成在室内表现中的应用

1）色相对比活跃了效果图的整体氛围

2）饱和度的作用

第二节室内渲染表现流程

科学的流程可以使工作更加快捷有效，以下总结的流程设计可在任何软件中使用。

1粗调材质效果

不需调节一切对渲染速度影响的的效果。

2渲染速度优化

3灯光布置调节

4细调材质效果

5最终渲染输出

6后期合成处理

实验：

室内渲染表现流程设计

第二章3DMAX基础渲染

（一）第二周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握材质基本调节方式及质感的表现。

教学重点与措施：

MAX的基本材质调节参数。

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

归纳常用材质的制作技巧及方式。

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

常用材质分析与制作

教学过程

第一节3DMAX材质与贴图基础

效果图中，材质与贴图是整个制作过程中的关键步骤。

1MAX材质与贴图概述

1）材质是自身的物理属性

2）贴图的功能

2影响材质效果的重要因素

1）灯光的影响

2）环境的影响

3质感表现的一般流程

1）建模及相机

2）灯光及初步设置

3）材质与贴图

4）细调材质与灯光

5）渲染测试及渲染

第二节室内常见质感表现

1玻璃质感

2不锈钢质感

3液晶显示屏质感

4布艺质感

5白塑钢及灯罩材质

6木纹材质的调整

7木地板材质的调整

8完善材质

第二章3DMAX基础渲染

（二）第三周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握基本的灯光设置方式及复杂的灯光阵列技术。

教学重点与措施：

基础灯光的设置方式

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

灯光阵列技术的应用

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

1）三点布光法的应用

2）小空间中使用不同的灯光阵列方式

教学过程：

第二章3DMAX基础渲染

（二）

第三节灯光基础

1常用灯光技术

1）标准灯光

2）光度学灯光与光域网技术

2高级灯光阴影技术

1）基础参数

2）灯光影响阴影颜色

3）阴影的四种计算方式

3三点布光法

1）主光源

2）辅助光源

3）背光源

第四节灯光阵列技术

1灯光阵列技术的优势和劣势

2效果与场景分析

3灯光阵列的前期准备

4灯光分析

5布光阶段

作业：

1）三点布光法的应用

某单一物体及室内空间的区别

2）小空间中使用不同的灯光阵列方式

注意灯光的冷暖变化

第三章VRAY的安装与基础界面第四周4课时

教学目的与要求：

通过本章的学习，掌握VRAY的基本特点与版本要求，并根据不同版本需要掌握基本的安装及卸载方法，明确应用时应采用的帧缓冲器及渲染窗口。

教学重点与措施：

准确的单位设置，正确的安装及卸载。

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

根据不同的渲染要求，设置帧缓冲器及渲染窗口。

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

vray的基本使用方式及技巧。

教学过程

第三章VRAY的安装与基础界面

第一节Vray的特点与版本安装与指定

Vray渲染器（Vrayrenderingsystem）是ChaosGroup公司开发的一款全局光渲染器，主要外挂于3dsMax平台，也开发了针对Maya、Rhino等其他三维软件的接口。

著名的Phoenix（火焰插件）和SimCloth（布料插件）也是该公司开发的产品

1．Vray特点与版本

ChaosGroup公司提供了两种类型的程序安装版本，一种是基本安装版本，另一种是高级安装版本。

　　Vray具有以下三大特性：

真实、全面、灵活与高效率。

　　真实性：

通过Vray能得到照片级效果，其阴影与材质能表现得非常真实。

　　全面性：

Vray完全可以应用于室内表现、建筑外观表现、园林规划、建筑动画、包装设计、产品设计及影视动画等各个领域。

　　灵活与高效率性：

Vray可根据具体的需要来设置渲染参数，从而自由地控制渲染的质量与速度。

低参数能得到快的渲染速度，高参数能得到优良的渲染质量。

综合起来其渲染的效率是非常高的。

2.安装与指定

第二节帧缓冲器与渲染窗口

1．输出分辩率项目栏

2．[Vray原始图像文件]项目栏

3．[分离渲染通道]项目栏

　　[保存单独的渲染通道]：

将指定的特殊通道作为一个单独的文件保存在指定的目录下，单击[浏览]按钮来指定文件。

　　[保存RGB]：

勾选可保存RGB颜色通道。

　　[保存Alpha通道]勾选可保存Alpha颜色通道。

　　[浏览]：

可选择保存Vray渲染器G缓存文件的路径。

第四章VRAY使用参数第五周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，掌握各参数面板的使用顺序及不同选择方式产生的不同效果。

了解全局开关、图像采样器、间接照明（GI）、发光贴图、全局光子贴图、灯光缓存、焦散、环境、颜色贴图摄影机、默认置换、系统等各参数的设置情况。

教学重点与措施：

草渲与二次渲染参数的差别比较。

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

正确理解渲染器的参数含义。

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

比较两次渲染过程的差别

教学过程

第四章VRAY使用参数

第一节全局开关、图像采样器、间接照明（GI）

1.[全局开关]用于对渲染器不同特征的全局参数进行控制。

2.[过滤器]：

使用过滤器，取消勾选此项，Filtermaps[过滤器贴图]将不可用。

[过滤器贴图]：

使用纹理贴图过滤。

[最大透明级别]：

用于控制透明物体被光线追踪的深度。

　[透明中止阀值]：

用于控制对透明物体的追踪何时中止。

[覆盖材质]：

勾选此项后，可以通过后面的None按钮指定一种简单的材质替代场景中所有物体的材质来进行渲染，以达到快速渲染目的，一般在调试渲染参数时使用，方便测试布光。

[光滑效果]：

充许使用一种非光滑的效果来代替场景中所有的光滑反射效果，对于测试渲染非常有用。

　3.　间接照明

　间接照明（全局照明）用于描述一个考虑了场景中所有方面的光照系统，通常它所得到的结果非常接近真实事物的再现。

传统的渲染引擎（线扫描）只考虑直接光照，不考虑反射光，然而反射光才是一个场景中灯光最重要的组成部分。

现在有许多的光照系统，虽然有一些更精确一些，功能也更多，但渲染速度往往让人难以忍受，这样不得不在精确性与渲染速度之间进行选择，而只有（GI）才是将精确与速度解决得最好的一种方法。

第二节发光贴图、全局光子贴图、灯光缓存。

第三节焦散、环境、颜色贴图

第四节系统参数及其它

课目第五章VRAY材质与贴图

（一）第六周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握vray标准材质基本调节方式及质感的表现。

教学重点与措施：

vray标准材质的做法

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

归纳常用材质的制作技巧及方式。

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

常用材质分析与制作

装订线

教学步骤及内容：

第五章VRAY材质与贴图

（一）

第一节VRayMtl—VR标准材质

1.VRayMtl（VRay材质）是VRay渲染系统的专用材质。

使用这个材质能在场景中得到更好的和正确的照明（能量分布）,更快的渲染,更方便控制的反射和折射参数。

2.Basicparameters（基本参数）

1）Diffuse（漫射）-材质的漫反射颜色。

你能够在纹理贴图部分（texturemaps）

的漫反射贴图通道凹槽里使用一个贴图替换这个倍增器的值。

2）Reflect（反射）-一个反射倍增器（通过颜色来控制反射，折射的值）。

Glossiness（光泽度）-这个值表示材质的光泽度大小。

值为0.0意味着得到非常模糊的反射效果。

值为1.0，将关掉光泽度（VRay将产生非常明显的完全反射）。

注意:

打开光泽度（glossiness）将增加渲染时间。

Subdivs（细分）-控制光线的数量，作出有光泽的反射估算。

当光泽度（Glossiness）值为1.0时，这个细分值会失去作用（VRay不会发射光线去估算光泽度）。

Fresnelreflection（菲涅尔反射）-当这个选项给打开时，反射将具有真实世界的玻璃反射。

这意味着当角度在光线和表面法线之间角度值接近0度时，反射将衰减（当光线几乎平行于表面时，反射可见性最大。

当光线垂直于表面时几乎没反射发生。

（常用于陶瓷、玻璃）

3）Refract（折射）-一个折射倍增器。

Glossiness（光泽度）-这个值表示材质的光泽度大小。

值为0.0意味着得到非常模糊的折射效果。

值为1.0，将关掉光泽度（VRay将产生非常明显的完全折射）。

Subdivs（细分）-控制光线的数量，作出有光泽的折射估算。

当光泽度（Glossiness）值为1.0时，这个细分值会失去作用（VRay不会发射光线去估算光泽度）。

IOR（折射率）-这个值确定材质的折射率。

设置适当的值你能做出很好的折射效果象水1.33、钻石2.4、玻璃1.66等等。

Maxdepth（最大深度）

Exitcolor（退出颜色）。

Fogcolor（雾的颜色）

Fogmultiplier（雾的倍增器）

Useinterpolation（使用插值）

Affectshadows（影响阴影）

Affectalpha（影响alpha）

第二节VR基本材质制作

课目第五章VRAY材质与贴图

（二）第七周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握vray自发光材质Vray包裹材质、双面材质的制作技巧并灵活应用

教学重点与措施：

自发光材质的设置

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

包裹材质的用途

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

装订线

教学步骤及内容：

第五章VRAY材质与贴图

（二）

第三节vray自发光材质

VRay灯光材质是一种自发光的材质，通过设置不同的倍增值可以在场景中产生不同的明暗效果。

可以用来做自发光的物件，比如灯带、电视机屏幕、灯箱等，只要你想让那物体发光就可以做。

1.参数：

[颜色]—用于设置自发光材质的颜色，如果有贴图，则以贴图的颜色为准，此值无效。

[倍增]—用于设置自发光材质的亮度。

相当于灯光的倍增器。

[双面]—用于设置材质是否两面都产生自发光。

[不透明度]—用于指定贴图作为自发光。

第四节Vray包裹材质、双面材质

1）灯光材质与包裹材质接合，屏幕不曝光，但还产生光照

不规则灯带效果，可渲染样条线，改变渲染大小。

2）双面材质

VRay双面材质用于表现两面不一样的材质贴图效果，可以设置其双面相互渗透的透明度。

这个材质非常简单易用。

[正面材质]—用于设置物体前面的材质为任意材质类型

[背面材质]—用于设置物体背面的材质为任意材质类型

[半透明]—设置两种以上两种材质的混合度。

当颜色为黑色时，会完全显示正面的漫反射颜色；当颜色为白色时，会完全显示背面材质的漫反射颜色；也可以利用贴图通道来进行控制。

课目第五章VRAY材质与贴图（三）第八周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握材质基本调节方式及质感的表现。

教学重点与措施：

MAX的基本材质调节参数。

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

归纳常用材质的制作技巧及方式。

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

常用材质分析与制作

装订线

教学步骤及内容：

第五章VRAY材质与贴图（三）

第一节VrayHRDI贴图材质凹凸置换材质

1.HRDI贴图

1）MAX默认渲染

2）在环境中加载HDRI贴图，拖到材质编辑器修改

3）环境去掉，打灯光，把贴图拖到渲染的反射、折射下

结论：

适合单件产品的展示

HDRI是HighDynamicRangeImage（高动态范围贴图）的简写，它是一种特殊的图形文件格式，它的每一个像素除了含有普通的RGB信息以外，还包含有该点的实际亮度信息，所以它在作为环境贴图的同时，还能照亮场景，为真实再现场景所处的环境奠定了基础。

2）置换贴图

第二节常用材质的设置与保存调用

1.常见材质

1）玻璃

2）不锈钢

3）金属

4）水纹

5）塑料

2.保存与调用

课目第六章VRAY灯光基础

（一）第九周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，能够掌握基本的灯光设置方式，熟悉Vraylight灯光的启用和设置参数

教学重点与措施：

基础灯光的设置方式

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

Vraylight灯光的启用

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

基础灯光与空间的关系。

教学步骤及内容：

第六章VRAY灯光基础

（一）

第一节VRAY灯光基础

1.常规：

[开]–打开或关闭VRay灯光。

[排除]–排除灯光照射的对象。

[类型]

平面–当这种类型的光源被选中时，VRay光源具有平面的形状。

球体–当这种类型的光源被选中时，VRay光源是球形的。

穹形–当这种类型的光源被选中时，VRay光源是穹顶状的，可模型天空的效果

2．强度：

[颜色]–控制由VRay光源发出的光线的颜色。

[倍增器]–控制VRay光源在强度

3.Size尺寸

半长–光源的U向尺寸（如果选择球形光源，该尺寸为球体的半径）。

半宽–光源的V向尺寸（当选择球形光源时，该选项无效）。

W尺寸–光源的W向尺寸（当选择球形光源时，该选项无效）。

4.选项：

[双面]–当VRay灯光为平面光源时，该选项控制光线是否从面光源的两个面发射出来。

（当选择球面光源时，该选项无效）

[不可见]–该设定控制VRay光源体的形状是否在最终渲染场景中显示出来。

当该选项打开时，发光体不可见，当该选项关闭时，VRay光源体会以当前光线的颜色渲染出来。

[忽略灯光法线]

[不衰减]

[存储发光贴图]

课目第六章VRAY灯光基础

（二）第十周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，掌握Vrayshadows阴影的内容；设置模拟Vraysun阳光和vraysky天光的具体参数。

教学重点与措施：

Vrayshadows阴影的制作

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

模拟Vraysun阳光和vraysky天光的注意事项

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

灯光小场景的练习

教学步骤及内容：

第六章VRAY灯光基础

（二）

第一节Vrayshadows阴影

VRay支持面阴影，在使用VRay透明折射贴图时，VRay阴影是必须使用的。

同时用VRay阴影产生的模糊阴影的计算速度要比其它类型的阴影速度快。

[透明阴影]–当物体的阴影是由一个透明物体产生的时，该选项十分有用。

当打开该选项时，VRay会忽略MAX的物体阴影参数（颜色、密度、贴图），此时来看透明物体的阴影颜色将是正确的。

取消选择该复选框后，将考虑灯光中物体参数的设置，但是来自透明物体的阴影颜色也将变成单色。

[光滑表面阴影]：

选中后，Vray将在低面数的多边形表面产生更平滑的阴影。

（用的少）

[偏移]–某一给定点的光线追踪阴影偏——一般默认

[区域阴影]–打开或关闭面阴影。

会让阴影模糊

[立方体]–VRay计算阴影时，假定光线是由一个立方体发出的。

[球体]–VRay计算阴影时，假定光线是由一个球体发出的。

[U尺寸]–当计算面阴影时，光源的U尺寸。

（如果光源是球形的话，该尺寸等于该球形的半径）

[V尺寸]-当计算面阴影时，光源的V尺寸。

（如果选择球形光源的话，该选项无效）

[W尺寸]-当计算面阴影时，光源的W尺寸。

（如果选择球形光源的话，该选项无效）

[细分]–该值用于控制VRay在计算某一点的阴影时，采样点的数量。

注：

VRAY阴影速度较慢，可用MAX自带的贴图阴影，除置换物体和透明物体外

第三节Vraysun阳光和vraysky天光

VRAY天空贴图配合VRAY阳光

环境——背景——加载VRAY天光——拖到材质球中

课目第七章VRAY物理相机及渲染输出第十一周4课时

第八章空间的表现程序

教学目的与要求：

通过本部分的学习，了解VRAY物理相机的设置方式，注意其对空间光线以及效果的影响，准确设置渲染输出数据并制作通道图以满足后期处理的需要。

了解整个空间在进行渲染的过程中如何有步骤有目的的表现。

通过合理的顺序，优化整个渲染过程。

教学重点与措施：

VRAY物理相机的特点及使用参数。

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

空间渲染程序设置

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

物理相机与通道图的制作

教学步骤及内容：

第七章VRAY物理相机及渲染输出

第一节用vray相机体现场景的透视关系

VRay物理相机和max本身带的相机相比，它能模拟真实成像、能更轻松的调节透视关系。

单靠相机就能控制暴光，另外还有许多非常不错的其他特殊功能和效果。

相机知识和几个重要参数的理解：

[缩放因数]

这项参数决定了最终图像的（近或远）,但它并不需要推近或拉远摄像机

[焦距比数]（光圈系数）

光圈系数和光圈相对口径成反比

[渐晕]

类似于真实相机的镜头渐晕（图片的四周较暗中间较亮）。

[白平衡]

就是无论环境的光线影响白色如何变化都以这个白色定义为白色

[快门速度]

实际速度是快门速度的倒数，所以数字越大越快

[胶片速度ISO]

也可以说胶片的速度，也称为感光系数，根据摄像的经验，白天ISO都控制在100-200，晚上控制在300-400

第二节渲染输出与通道图的制作

第八章空间的表现程序

第一节空间渲染过程处理。

第二节空间处理的区别。

课目第九章初步学习日景小空间表现

（一）第十二周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，了解如何科学的处理日景空间在整个渲染过程中出现的问题，为进一步提高渲染效果提供基础。

教学重点与措施：

分析场景思路

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

优化设置及材质的调节

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

基本空间形式分析

装订线

教学步骤及内容：

第九章初步学习日景小空间表现

（一）

第一节分析场景及思路

1.分析场景

2.布光思路

3.确定画面构图

1）设置摄影机

2）设置渲染尺寸

第二节优化设置及材质调节

1.优化设置

2.材质调节

1）木纹材质——部位区别

2）皮纹材质

3）金属材质

4）玻璃材质

5）自发光材质

课目第九章初步学习日景小空间表现

（二）第十三周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，了解如何科学的处理日景空间在整个渲染过程中出现的问题，为进一步提高渲染效果提供基础。

教学重点与措施：

场景灯光的设置方式

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

综合调节材质方式

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

完成日景空间效果图

装订线

教学步骤及内容：

第九章初步学习日景小空间表现

（二）

第三节场景灯光及材质

1.场景灯光

1）目标平行光模拟直射太阳光

2）VRAY面光源模拟漫射天光

2.综合调节灯光及材质

1）开启全局光照

2）综合调节

第四节渲染输出

1.设置光子图尺寸

2.设置光子图和灯光缓存

3.保存光子图

4.调用光子图

课目第十章夜晚卧室的表现

（一）第十四周4课时

教学目的与要求：

通过本部分的学习，了解如何科学的处理夜晚卧室空间在整个渲染过程中出现的问题，为进一步提高渲染效果提供基础。

教学重点与措施：

确定画面构图

现场演示与实际操作

教学难点与措施：

基本思路分析

思路引导与实际操作

课型与教法：

理论与上机结合

多媒体讲解与操作

课后要求及作业：

作业：

总结性分析场景

装订线

教学步骤及内容：

第十章夜晚卧室的表现

（一）

第一节案例综合分析

1.色彩氛围分析

整体色彩对照

2.灯光与视觉中心分析

1）灯光位置

2）视觉角度

第二节确定画面构图

VRAY物理相机的设置

1）景深：

（vray物理相机自带由焦点控制如包装盒的例子或默认相机——渲染中的摄像机）

2）[光圈]—主要用于控