7《计算机辅助设计3DSMAX三维动画制作》.docx

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7《计算机辅助设计3DSMAX三维动画制作》

第7章.灯光与摄像机

本章主要内容：

第7章.灯光与摄像机2

7.1.灯光的基本属性2

7.1.1.创建灯光3

7.1.2.灯光参数3

7.2.标准灯光4

7.2.1.创建泛光灯4

7.2.2.创建聚光灯5

7.2.3.创建平行光7

7.2.4.创建天光7

7.3.光度学灯光8

7.3.1.照明原理8

7.3.2.基本参数设置8

7.3.3.应用光域网8

7.4.日光系统简介8

7.5.操作训练7-1：

布置展厅灯光（参见p164）9

7.6.操作训练7-2：

布置三点照明（参见p167）9

7.7.摄像机9

7.7.1.摄像机的特性9

7.7.2.摄像机的分类10

7.7.3.摄像机的参数设置10

7.8.操作训练7-3：

制作摄像机动画（p176）10

7.1.灯光的基本属性

灯光在模拟真实世界中等同于它们的场景对象。

灯光为场景的几何体提供照明：

它们可以从“舞台内部”或采取一些其他方式照亮场景，也可以出现在场景中。

在3dsMax中，当场景中没有灯光时，使用默认的照明着色或渲染场景。

默认照明包含两个不可见的灯光：

一个灯光位于场景的左上方，而另一个位于场景的右下方。

3dsMax提供两种类型的灯光：

标准和光度学。

标准灯光简单易用。

光度学灯光更复杂，但可以提供真实世界照明的精确物理模型。

⏹标准灯光是基于计算机的模拟灯光对象，如家用或办公室灯、舞台和电影工作时使用的灯光设备和太阳光本身。

不同种类的灯光对象可用不同的方法投射灯光，模拟不同种类的光源。

与光度学灯光不同，标准灯光不具有基于物理的强度值。

⏹光度学灯光使用光度学（光能）值使您可以更精确地定义灯光，就像在真实世界一样。

可以设置它们分布、强度、色温和其他真实世界灯光的特性。

也可以导入照明制造商的特定光度学文件以便设计基于商用灯光的照明。

7.1.1.创建灯光

所有类型在视口中显示为灯光对象。

它们共享相同的参数，包括阴影生成器。

创建灯光的步骤：

1）.在“创建”面板上，单击“灯光”。

2）.从下拉列表中选择“标准”或“光度学”。

（“标准”是默认设置。

）

3）.在“对象类型”卷展栏中，单击要创建的灯光类型。

4）.单击视口可创建灯光。

该步因灯光类型的不同稍有差异。

例如，如果灯光具有一个目标，则拖动并单击可设置目标的位置。

灯光对象替换默认的照明。

一旦创建了一个灯光，那么默认的照明就会被禁用。

如果删除场景中所有灯光，则恢复为默认照明。

5）.设置创建参数。

与所有对象一样，灯光具有名称、颜色和“常规参数”卷展栏等。

操作练习：

创建灯光

（具体步骤参见配套教材P150，注意1）聚光灯位置的调整；2）在对象的下方创建一个矩形作为地板才能出现投射阴影的效果）

参考效果（使用了阴影贴图）：

7.1.2.灯光参数

在下列八种类型的标准灯光对象中，除了天光外共享控制参数

⏹目标聚光灯

⏹自由聚光灯

⏹目标平行灯光

⏹自由平行灯光

⏹泛光灯

⏹天光

⏹mr区域泛光灯

⏹mr区域聚光灯

“名称和颜色”卷展栏：

“强度/颜色/衰减参数”卷展栏：

设置灯光的颜色和强度以及灯光的衰减。

“常规照明参数”卷展栏：

用于对灯光启用或禁用投射阴影，并且选择灯光使用的阴影类型。

“高级效果”卷展栏：

提供影响灯光影、影响曲面方式的控件,也包括很多微调和投影灯的设置。

“阴影参数”卷展栏。

使用该选项可以设置阴影颜色和其他常规阴影属性。

7.2.标准灯光

3DSMAX9提供八种类型的标准灯光。

7.2.1.创建泛光灯

“泛光灯”从单个光源向各个方向投射光线。

泛光灯用于将“辅助照明”添加到场景中，或模拟点光源。

泛光灯可以投射阴影和投影。

“阴影贴图卷展栏”中的“偏移”调整阴影贴图的偏移量；“大小”控制阴影的精度；“采样范围”调整阴影边界的模糊处理

操作练习：

使用泛光等照明

（具体步骤参见配套教材P155，注意泛光灯的位置）

操作练习：

用泛光灯来模拟走廊内顶灯照明效果（补充）

（顶灯采用了自发光材质，在顶灯的中心建立一盏泛光灯）

　　顶灯照明效果是指顶灯在天花板上产生的照明效果，特点是随着距离的增加照明效果由亮变弱最终消失。

模拟发光的顶灯光本身我们用自发光材质比较方便，但是自发光材质无法照亮其它物体，所以还得建立一盏泛光灯来模拟灯光的照明效果。

　　1）创建好场景，如下图。

天花板是一块没有厚度的BOX，顶灯是个半球（稍微向上移动一点）。

灯座其实是三个圆环。

顶灯采用了自发光材质。

把顶灯的环境色、漫反射色与高光色都设置为亮白色，再把自发光度调整到80。

2）在顶灯的中心建立一盏泛光灯。

最好在顶视图中建立，到前视图、左视图中调整灯光的高度。

场景一下子就暗了下来。

渲染透视图，可以发现顶灯的周围有了我们想要的光池效果，如下图。

可以通过上下移动泛光灯来调节光池的大小。

也可以用聚光灯打光来模拟。

7.2.2.创建聚光灯

聚光灯像闪光灯一样投射聚焦的光束，就像在剧院中或桅灯下的聚光区。

目标聚光灯使用目标对象指向摄影机。

与目标聚光灯不同，“自由聚光灯”没有目标对象。

可以移动和旋转自由聚光灯以使其指向任何方向

创建目标聚光灯：

1）.在“创建”面板上，单击“灯光”。

“标准”是灯光类型的默认选择。

2）.在“对象类型”卷展栏中单击“目标聚光灯”。

3）.在视口中拖动。

拖动的初始点是聚光灯的位置，释放鼠标的点就是目置。

现在灯光成为场景的一部分。

4）.设置创建参数。

可以将视口更改为聚光灯灯光视图

操作练习：

使用目标聚光灯布置场景灯光（p157）

（具体步骤参见P157，创建两盏聚光灯并设置衰减区域，启用阴影）

操作练习：

模拟射入室内的光线（补充）

　　分析：

射入室内的光线是非常微妙的。

要表现出在光线投射下映出的灰尘，最好的方式就是用聚光灯配合体积光来做。

　　1）创建好场景。

本场景非常简单，如下图。

墙壁与地板、天花板都可以用BOX来做。

用布尔运算挖出窗户，再创建几个很细的圆柱体作为简单护窗。

给墙壁等赋予合适的材质。

在房间中间创建一盏泛光灯用来模拟漫反射照明效果，因此要把这盏灯光的亮度值调得很低。

笔者用的亮度是60，只要场景中的物体依稀可辨就行。

如果要模拟窗外的景色，可以用背景贴图去做。

2）参照下图建立一盏聚光灯，起始点在窗外，目标点在室内，与地面呈45度左右即可。

　3）选择菜单RENDERING/ENVIRONMENT，弹出环境设置对话框。

在ATMOSPHERE（环境特效）中选择ADD，增加一个VOLUMELIGHT（体积光）特效。

在VOLUMELIGHTPARAMETER（体积光参数）下，点亮PICKLIGHT（拾取灯光）按钮，在视窗中选择后来创建的体积光。

参见下图。

4）渲染一下透视图，发现渲染出来的图是白茫茫的一片。

这是因为默认的灯光不具备投影的特性，灯光具有穿透性。

选中灯光后点右键，在弹出的快捷菜单中选择CASTSHADOWS（投影）。

再次渲染，则我们想要的效果就出来了。

5）再通过调整近处衰减开始与近处衰减结束等参数，把体积光的灯芯部分消隐掉，这样会更真实。

还可以调整体积光的参数，加入NOISE（噪声）效果来模拟飘动的灰尘。

　　注：

用体积光还可以模拟手电筒的光束、探照灯、舞台追光灯等灯光特效。

操作练习：

荧光灯辉光模拟（补充）

　　分析：

荧光灯可以起到照明的作用，但是如果仔细观察的话，就可以发现荧光灯管的周围有很稀薄的辉光。

如果能做出辉光效果则能大大增强现实感。

发光的荧光灯可以用自发光材质去模拟，而要做出辉光效果则要靠视频后处理中的GLOW发光特效。

其实本例是对光源本身的模拟。

　　1）创建一个荧光灯模型，创建的模型如下图所示。

每个部件都是基本几何体做成的，灯管用段数为1的圆柱体就足够了。

　2）设置发光中的荧光灯管的材质。

把三种基本色的颜色都设置为亮白色，把自发光度设置为90。

按住材质编辑器主界面中的材质特效通道按钮（MATERIALEFFECTCHANNEL）不放，就可以看到很多数字，选择1，就把材质的特效通道设置为1（参见下图），为在VEDIOPOST（视频后处理）中施加发光特效奠定基础。

3）选择菜单RENDERING/VIDEOPOST，调出视频后处理窗口。

点取

按钮，在弹出的增加场景对话框中选择透视图。

接着点取

按钮弹出增加图象特效过滤器对话框，选择LENSEFFECTSGLOW（发光特效）。

点取OK按钮关闭对话框。

　　4）双点队列（QUEQUE）中的LENSEFFECTSGLOW字样，在弹出的对话框中选择SETUP对发光特效进行设置。

由此进入发光特效设置对话框。

在PROPERTY（发光属性）中勾选EFFECTSID，不要勾选OBJECTID。

这就解决了让谁发光的问题。

　　5）切换到PREFERENCE（个人偏好）栏目中，按照下图调整有关参数。

最后点击OK按钮（必须选择OK，不能直接关闭窗口，否则丢失设置。

如果看不到OK字样可以把窗口上移一点）。

设置完毕。

6）点击

按钮，对场景进行渲染。

在弹出的渲染对话框中，把TIMEOUTPUT（时间输出）设置为单帧（SINGLE），然后进行渲染，得到的荧光

7.2.3.创建平行光

当太阳在地球表面上投射时，所有平行光以一个方向投射平行光线。

平行光主要用于模拟太阳光。

可以调整灯光的颜色和位置并在3D空间中旋转灯光。

与目标平行光不同，自由平行光没有目标对象。

7.2.4.创建天光

天光”灯光建立日光的模型。

与光跟踪器一起使用。

可以设置天空的颜色或将其指定为贴图。

对天空建模作为场景上方的圆屋顶。

创建“天光”步骤：

1）.在“创建”面板上，单击“灯光”。

2）.在“对象类型”卷展栏中，单击“天光”。

3）.单击视口。

现在灯光成为场景的一部分。

注意：

“天光”的位置和与对象的距离没有效果。

“天光”对象是一个简单的辅助对象。

天光总是发自“空中”。

4）.设置创建参数。

7.3.光度学灯光

光度学灯光使用光度学（光能）值,通过这些值可以更精确地定义灯光，就像在真实世界一样。

可以创建具有各种分布和颜色特性灯光，或导入照明制造商提供的特定光度学文件。

3dsMax包括下列类型的光度学灯光对象：

⏹目标点灯光（光度学）

⏹自由点灯光（光度学）

⏹目标线性光（光度学）

⏹自由线性光（光度学）

⏹目标区域灯光（光度学）

⏹自由区域灯光（光度学）

⏹IES太阳光（光度学）

⏹IES天光（光度学）

⏹mr天空

⏹mr太阳

7.3.1.照明原理

将光度学灯光与光能传递解决方案结合起来，可以生成物理精确的渲染或执行照明分析。

7.3.2.基本参数设置

7.3.3.应用光域网

光域网是一个光源灯光强度分布的3D表示。

平行光分布信息以IES格式存储在光度学数据文件中，而对于光度学数据采用LTLI或CIBSE格式。

可以将各个制造商提供的光度学数据文件加载为Web参数。

灯光图标表示所选的光域网。

7.4.日光系统简介

“太阳光和日光”系统可以使用系统中的灯光，该系统遵循太阳在地球上某一给定位置的符合地理学的角度和运动。

可以选择位置、日期、时间和指南针方向。

也可以设置日期和时间的动画。

该系统适用于计划中的和现有结构的阴影研究。

此外，“纬度”、“经度”、“北向”和“轨道缩放”进行动画设置。

太阳光和日光具有类似的用户界面。

区别在于：

太阳光使用平行光；日光将太阳光和天光相结合。

创建日光系统的操作：

1）在“创建”面板上，单击“系统”，然后单击“日光”。

或者，可以通过“创建”菜单>“灯光”或“系统”子菜单创建“日光”系统。

2）选择要在其中创建罗盘的视口（“世界”的罗盘方向）。

应为“顶”或“透视/摄影机”视图。

3）拖动鼠标以创建罗盘的半径（该半径仅用于显示的目的），然后释放鼠标按钮并移动鼠标，单击以完成。

如果创建了日光系统，则可以通过“修改”面板上的“日光参数”卷展栏来选择太阳光和天光的类型。

7.5.操作训练7-1：

布置展厅灯光

（具体步骤参见配套教材P164，）

7.6.操作训练7-2：

布置三点照明

（具体步骤参见配套教材P167，1）布置主光源（聚光灯）；2）布置辅助光源（倍数较低的聚光灯）；3）添加背光（倍数为0.3的聚光灯）

参考效果：

7.7.摄像机

摄影机从特定的观察点表现场景。

摄影机对象模拟现实世界中的静止图像、运动图片或视频摄影机。

使用摄影机视口可以调整摄影机，摄影机视口对于编辑几何体和设置渲染的场景非常有用。

多个摄影机可以提供相同场景的不同视图。

7.7.1.摄像机的特性

镜头和灯光敏感性曲面间的距离，不管是电影还是视频电子系统都被称为镜头的焦距。

焦距影响对象出现在图片上的清晰度。

焦距越小图片中包含的场景就越多。

加大焦距将包含更少的场景，但会显示远距离对象的更多细节。

⏹焦距始终以毫米为单位进行测量。

50mm镜头通常是摄影的标准镜头。

焦距小于50mm的镜头称为短或广角镜头。

焦距大于50mm的镜头称为长或长焦镜头。

⏹视野（FOV）控制可见场景的数量。

FOV以水平线度数进行测量。

它与镜头的焦距直接相关。

例如，50mm的镜头显示水平线为46度。

镜头越长，FOV越窄。

镜头越短，FOV越宽。

⏹FOV和透视的关系：

短焦距（宽FOV）强调透视的扭曲，使对象朝向观察者看起来更深、更模糊。

长焦距（窄FOV）减少了透视扭曲，使对象压平或与观察者平行。

与50mm镜头相关的透视正常显示，一部分原因是他接近肉眼看到的内容，还有一部分原因是这样的镜头非常广泛地用于快照、新闻照片、电影等等。

操作练习：

配置摄像机

（具体步骤参见配套教材P172，1）根据镜头视口大小定义输出格式；2）右击摄象机视图标识，选择“视口配置”，启动“安全框）

7.7.2.摄像机的分类

存在两种摄影机对象：

⏹目标摄影机查看目标对象周围的区域。

创建目标摄影机时，看到一个两部分的图标，该图标表示摄影机和其目标（一个白色框）。

摄影机和摄影机目标可以分别设置动画，以便当摄影机不沿路径移动时，容易使用摄影机。

⏹自由摄影机查看注视摄影机方向的区域。

创建自由摄影机时，看到一个图标，该图标表示摄影机和其视野。

摄影机图标与目标摄影机图标看起来相同，但是不存在要设置动画的单独的目标图标。

当摄影机的位置沿一个路径被设置动画时，更容易使用自由摄影机。

操作练习：

创建目标摄像机

（通过练习掌握如何创建目标摄象机、如何移动目标摄象机、如何切换到摄象机视图。

“视野”调整摄象机景深；“镜头”调整摄象机画面所包含的场景大小）

7.7.3.摄像机的参数设置

（演示说明摄象机参数的改变对摄象机视图的影响）

⏹镜头

⏹类型

⏹显示地平线

⏹环境范围

近距范围和远距范围—确定在“环境”面板上设置大气效果的近距范围和远距范围限制。

在两个限制之间的对象消失在远端%和近端%值之间。

⏹剪切平面

手动剪切—启用该选项可定义剪切平面。

✓禁用“手动剪切”后，不显示近于摄影机距离小于3个单位的几何体。

要覆盖该几何体，使用“手动剪切”。

✓近距剪切和远距剪切—设置近距和远距平面。

对于摄影机，比近距剪切平面近或比远距剪切平面远的对象是不可视的。

“远距剪切”值的限制为10到32的幂之间。

✓启用手动剪切后，近距剪切平面可以接近摄影机0.1个单位

⏹景深

7.8.操作训练7-3：

制作摄像机动画

（具体步骤参见配套教材P176，在关键帧分别为0、40、70和100，在关键帧处改变摄像机的位置和方向）

补充：

绘制一条路径，通过“动画/约束/路径约束”命令使摄像机沿路径运动

本章作业：

完成思考与练习