仿真灯光照明技术
第一部分
我们在制作3D CG图象的时候，总是希望我们建立的灯光能和真实世界的相差无几。灯光为我们的视觉感官提供了基本的信息，通过摄象机的镜头，使物体的轮廓形象清晰可辩。它使监视器中的两维图形成为具有三维深度的幻象。但灯光照明的功能远远不止于此。它仿佛赋予了我们的场景、角色生命和灵性，使它们栩栩如生。在场景中，不同的灯光效果能够产生不同的情绪来影响你的感受：快乐、悲伤，甚至恐怖......这里面的变化是戏剧性的、微妙的。可以这么说：光线投射到角色的身上，为整个场面注入了浓浓的感情色彩......并且，能够直观地反映到视图中，给予我们心灵的震撼。
试着建立一个足以令人畏缩的、精良的工程吧，努力模仿出一个逼真的环境，你会发现：即使你在渲染上做足了工夫，甚至达到了所谓“照片级别”的真实程度，你仍然不能确保这图象是充满微妙、丰富的感情，足以让人们在一看见它的时候就发出“哇！”的惊叹的！作出照片级的东西是一项浩大而艰苦的工程。要做到“把感情注入到画面中”就更是难上加难了！不过，通过我们的教程，你在为你的照明方法，为你想要表达的“情绪”做精心策划的时候，你是可以将过程变得简单易行的！
这段教程的宗旨是使3D艺术家通过应用精良的灯光照明工艺创造出照片一般真实的效果。我将使用LightWave 3D来讲解这种技术，但是各中的原理是可以触类旁通，应用到任何一种3D软件之中的！
[有关灯光的成分和具体参数]
每一个光源都可以剖析为下列成分：
· 强度
· 照明方向
· 色彩
· 尺寸范围
我认为上面的这些术语是很容易理解的。下面我将给出具体的分析论述。很多人将这四种术语的集合统称为“灯光质量”，一个场景之中灯光质量的优劣与里面的这些成分真是息息相关的。
我将参考摄影技术来给出一些实例。我认为摄影师真的堪称将“光线”玩弄于股掌之间的大师，从他们的工作经验中可以吸取的知识真是太多太多了...
举个例子。在自然界的真实环境中，“光线”是随着时间的推移而不断变化着的。摄影师总是挑选一天中最恰当的时辰摄取他们的对象。很多摄影家喜欢在黎明之后、日落之前拍摄，是因为这段时间里面的光线是最为强烈并且具有饱和的色彩的，它们持久、清晰，投下的光影生动感人。你可以使用你拿手的3D软件，模仿这种真实的自然环境，赋予它们动感的、呼之欲出的姿态，并精心渲染出来。低角度照明适合表现侧光，它能很好地、全面地照应到你的物体，并且具有优等的质量。逆光则适合勾勒对象鲜明的外部轮廓。
我常常对我塑造的角色采用低角度照明，让它们拖出长长的影子，并在适当的部位享有鲜明的高光。这种照明方法在表现风景时也同样很适用，可以在你的下一个风景渲染项目中尝试这种灯光设置哦。：）
另一个例子：一个摄影师在阴暗的光线条件下（比如乌云密布的天空），拍摄鲜花的特写。因为不良的光线条件，所以他们要考虑采用相当大面积的光源。其他的例子有肖像特写的拍摄和食物特写的拍摄等等。并且，这些工作并不一定要在户外才能完成。在这里我们要注意一条专业术语： “大面积光源” （Big Area Light Source）
接下来我将给出照明光的四种参数成分的具体描述：
[光照强度]
光照强度可以简单地定义为光源所发出的光线的数量总和。当你从“0”开始逐步增强光照强度到很大的数值的时候，有趣的景象出来了：下面的图片组展示了不同的效果：我希望能“加强”物件组中间的那个球，使它显著突出扮演主角，所以尝试对整个场景的光照强度进行了不同的设置...
Fig. 1.1 照明指数十分地低，你仅仅刚能看见一点光源的反射。
Fig. 1.2 更强的光产生了更强的视觉效果：球对光源的反射现在很明显了。
Fig. 1.3 使场景中更多的物件得以展现，但是它们的细节并不清楚，材质、纹理的效果开始浮现出来了...
Fig. 1.4 几乎使每一样物体都展露无遗了。不过再也看不见对于光源的反射了，球体表面的纹理也不太清楚了...
Fig. 1.5 非常清楚地展现了场景中的每一位成员。因为强光照射的关系，球体的颜色已经更加饱和。（与Fig. 1.3比较）
Fig. 1.6 围绕球体的物品的姿态已经清晰可变，颜色也更加饱和。
再进一步分析上面的图片组，我们可以注意到球体和四周物体的对比度在Fig. 1.5图例中显得最为平衡。四周物体受光程度刚刚好，球体的外形也清晰明朗......再看看Fig. 1.8，可以说球体已经失去了它作为视觉中心应该有的冲击力，使整幅画面所有视觉元素的合成都显得虚弱无力了。
综上所述，适度的“暴光”，适当的“表现”在有些场合是十分必要的。各中尺度的把握在于：你究竟希望如何展现你的作品？你想要为它营造一种什么样的气氛？如果光线清楚地勾勒出了物体的外型，尽展了它们的纹理细节，将它们的“精神面貌”强有力地表现了出来，那么，毋庸质疑，这正是你所要的光线！
[光照方向]
试想在一个场景中，具有均等的色彩和强度的光线从四面八方投射到一个人物的脸上，背景色是全黑的。你会看见什么呢？你只会看见那张脸庞的二维的外轮廓线。这是为什么呢？因为色彩和强度均等的光线就像画笔一般将脸部的每侧都用同样浓度的“笔触”和同样的颜色描绘勾勒了一遍！如果那里有阴影形成的话，它们会立即被阴影区域上方强烈的光线“抹去”。
在这里，我想指出的重点是，对象的外形和轮廓要做到清楚、明了、立体，完全被我们的眼睛所认可的话，全依仗投射到它身上的来自不同方向的、不同强度的光线的“描绘”。它们像精致的画笔一般为对象添加高光和阴影，于是一个鲜活的形象就“跃然于屏幕之上”了。
从光源射入的光线的方向能对物体形体感觉的增强和烘托这个场景的感情起到直接的作用。同理，它也对破坏你对整幅画面的“视觉重心”起到决定性的作用。一旦驾驭不好，就会适得其反。要想为受光物体增添一些处于真实空间中的“纵深”的感觉，放置primary光源（也称基色源），或者Key light。将它们放置在摄像机旁的正确的角度。（保证能产生高光和阴影的角度）使用如上设置将会给你的对象增添一种具有了立体纵深感觉的“幻象”，并且它的表面会出现均匀散布的从亮至暗的明暗交界带。就像我们在画素描时为了增强对象的“立体感、空间感”所添加的明暗调子和交界线。实际上你从屏幕上看到的，从物理上来说的的确确是二维的图像，这种立体的“幻觉”实际上是由灯光和阴影创造出来的。为了更具体地说明这一点，仔细对比下列的两张图片。
Fig 2.1 展示了光源在摄像机左侧的一个受光对象。（单一的光源）我们能清楚地看见明暗的交接渗透、角色所表达出的低沉的情绪，也能清楚得看见雕像底座与桌面相接之处的阴影。
Fig 2.2 刻画的是同一个对象，但将光源直接置于镜头之后。前沿的细节全都看不见了，因为Fig 2.1 中形成的阴影带已经被直射的光线悉数尽毁。只剩一些边角上的细节还能看见。不过它看上去依然......沉闷、乏味，缺乏吸引力和视觉冲击力。至少，在我看来是这样的。......
光线投射的方向不同，对于这个角色的情绪也产生了影响。下面的图片是非常生动直观的例子。仔细看那些脸部表情，是那么地充满戏剧性！它们展示了来自面部下方的灯光以不同的方向投射的效果。同一个对象，竟然具有了鲜明的两种不同的情绪！Fig 3.1刻画出了一个具有威胁性的、凶险的形象，Fig 3.2 则发生了微妙的变化，这个人物看上去更加狡猾、敏感和阴险。
我们并不习惯于观察这类光线。在户外的时候，光线主要来自于我们头上的天空。在户内，我们在天花板或墙上添置灯盏。在真实生活中，将光源置于面部下方往上照射会使眼睛看上去非常异样，而在3D中，直接从面部下方往上投射的光线有时候会“伤害或破坏”人物的眼神。在这样的情况下，光线的源点可以直接从双眼中映射出来。在很多时候，我们要尽量不让眼睛直视光源。看看在直射的光线之下哪个人物看上去要舒服一些？-------在面部神采以不平凡的方式刻画的情况下-------在我们感觉起来似乎人物的面部的确充满了微妙的戏剧性的元素..
如果你认为来自上方的光线会起到比较积极的效果的话，从下往上打光就可以被视为一种创造反面角色的捷径…….因为它看上去的确是令人心悸。
不过，也并不是全盘否定所有从下往上打到面部上的光线。我在这里举个有特点的例子： 如果从下往上打一种暖暖的、柔和的红光会赋予画面一种别样的罗曼蒂克情调。
当我们给角色的面部或全身打光的时候，要紧记角色呈现的精神面貌与他（她）所反映出的个性、情态是息息相关的。我们观察fig 3.1和3.2中的角色，会发现他的个性反映在他狭长结实的脸颊、浓重的眉毛、凸起的眉弓和粗壮有力的肌肉骨骼上；他稍微眯起的细长的双眼上……等等。所有这些直观的信息给予我们“他是一个反面人物”的暗示。尽管他的鼻子其实是十分平常的。每个角色都具有自身的精神气质，不管是堂堂君子还是阴险之徒，通过适当的打光进行“软雕塑”，通过戏剧化的光线处理进行烘托，他们的特点就会“立体化”地凸现出来。看看fig 2.1中的角色，再比较3.1中的，你可以捕捉到两种不同的感情色彩。2.1中他看上去有点像一位思想家（肌肉强健的、神情坚毅的），几乎所有我提到过的他外貌上负面的东西都很不明显了。简略地说，灯光是为塑造角色的神采而服务的。
有时候你会想尽量掩盖角色表面的负面因素，使他们看上去天真、纯洁而庄重。那么应该细心调整灯光的方向，尽量减少负面色彩的阴影（就是看上去会使他显得比较坏的那种：）），来帮助你达到目的。
从人物头部上方往下打光的布光手段经常被文艺复兴时期的画家们所采用，来表现画中人物“卓越的灵性”。这种效果往往和他们想要表达的宗教朝圣类主题有关。看看fig 4.1和4.2，当对他略带凶恶的长相的刻画减弱到一定程度的时候，那种先前对我们心理上带来的负面影响自然而然也就消退了。
fig 4.3和4.4再次展示了某种顶光的效果。但是不再具有“天使、神明”般的圣洁色彩了。 4.1-4.2、 4.3-4.4之间的不同是：在后者那里，视觉中心集中到了脸的局部，并使用了粗糙的点光。这种着重渲染局部的聚光灯（连同它那粗糙而刺目的阴影）又为角色加重了阴影面的刻画。
[光照色彩]
我先前曾经提到过，不同的光线从四面八方汇聚到一起，投射到物体上，“描绘”出高光和阴影。所以它在我们眼中才显得真实可信。实际上更加完整的论述应该是：不同强度、不同色彩、来自不同方向的光线为受光对象添加了高光和投影，塑造了真实可信的形体。
光的色彩是依据于光源的。白光由各种存在的有色光混合而成。白色的光线若遇到了障碍物，就会改变颜色（这个障碍物非黑非白的情况下）。如果它照射到白色的物体上，同样的光线就反射开来，色彩不变。如果该障碍物是黑色的，它会把光线全部吸收了（不管入射光是什么颜色）。而且什么反射都没有了。基本上说，当你注视一个全黑的物体的时候，之所以眼睛能分辨出“黑色”是因为光线已经被吸收，不能再沿着那条路径反射 你眼睛里了。为了证明这一点，请你闭上眼睛一秒钟（不要趁机打瞌睡哦），现在-------看见什么了？ 一片漆黑！ ：）
在下面的fig 4.5中你可以看见白色的入射光线，投射到蓝色地面，地面把光线中除了蓝色之外的色彩都吸收了，然后把剩下的蓝色光线反射开来。注意：入射角的度数和反射角是一样的。
同样的，处于反射光传递路径上的物体只被蓝色的光线所照射。此外，颜色承载光线的能力还取决于它的明度和浓度（是否浓稠、饱和）。比如说，明亮的红光就比灰暗的蓝色能够传递更多的光线。
不同的色彩还能表示时间和空间的关系。OK，让我一下那些令人浮想联翩的字眼儿究竟是什么意思。“空间关系”是基于两个物体之间的距离、空间范围来说的。“时间关系”则当然是基于时间的流逝了。（想必大家在看Star Trek时都听过“时间位移”这个词吧？）
蓝色常常被用来表现对象的“深度”。看看电影、电视中，表现夜晚的时候，总是带着点轻微的蓝色的。被灰暗饱和度低的蓝光所照射的物体通常都有往背景里靠、往纵深处隐的趋势。
一般地来说，饱和的色彩使物体显得更为贴近我们。色彩纯度低的就显得要远一些。在这里我们用有薄雾的清晨来举例。在这样的环境中，这种“暖近冷远”的色倾向是更为明显的。
看看5.1—5.3中的这位老大爷吧。（模型、材质： David Mass） 它们在PS中分别进行了色彩的调整。每种色彩代表一天中的一个时间段。虽然投影的位置没改变，
但“色彩”本身还是准确地“描绘”出了该时间段的特点。
