1.3.1 灯光基础

在三维场景表现中，光影是整个场景的灵魂，它既能够烘托气氛、突出人物心理，也能影响观众的情绪。控制灯光表现是三维制作中的重要一环。三维场景中的灯光与现实世界中的灯光是有所区别的，前者是设计用来模拟后者工作轨迹的，所以在场景照明中为了得到期望的效果，通常会对灯光进行众多的设置和调整，如灯光的位置、亮度、颜色、衰减、数量以及渲染效果紧密相关的阴影设置等。当然效果的好坏不仅取决于灯光，还与物体的表面材质有密切关系。

软件提供了6种类型的灯光，这为模拟现实环境的灯光效果提供了广泛的范围。精通灯光与各种环境相互作用的方法，将会有益于3D灯光技术的学习。灯光雾和灯光辉光的效果对于灯光同样有价值，在重建特殊灯光效果的情况下，这些效果会带来更多的灵活性。Relationship Editor（关系编辑器）可以连接灯光与物体，在一个单独的场景中建立多个光照设置。

1. 三向光源

三向光源是指来自三个不同方向光线的效果总和，包括主光、辅光和背光（轮廓光）。

主光与辅光都是灯光职能的称谓，并不是一盏光的名称，在场景中主光可以是多盏，通常情况下表现物体的形状是它的职能，而辅光则辅助主光来完成这项任务。

（1）主光（Key）：通常用它来照亮场景中的主要对象与其周围区域，并且担任给主体对象投影的功能。主要的明暗关系由主体光决定，包括投影的方向。主体光的任务根据需要也可以用几盏灯光来共同完成。如主光灯在15°～30°的位置上，称顺光；在45°～90°的位置上，称为侧光；在90°～120°的位置上成为侧逆光。主光常用聚光灯或平行光来完成。

（2）辅光（Fill）：又称为补光。用一个聚光灯照射扇形反射面，以形成一种均匀的、非直射性的柔和光源，用它来填充阴影区以及被主体光遗漏的场景区域、调和明暗区域之间的反差，同时能形成景深与层次，而且这种广泛均匀布光的特性使它为场景打一层底色，定义了场景的基调。由于要达到柔和照明的效果，通常辅助光的亮度只有主体光的50%～80%，并且是由多盏灯共同完成的。

（3）背光（Back）：也叫轮廓光。它的作用是增加背景的亮度，从而衬托主体，并使主体对象与背景相分离。一般使用点光或平行光，亮度宜暗不可太亮。如图1-61所示。

布光的顺序：①先定主光（Key Light）的位置与强度；②决定辅光（Fill Light）的强度与角度；③分配背光（Back Light）与装饰光。这样产生的布光效果应该能达到主次分明，互相补充。如图1-62、1-63、1-64所示。

注：我们还需要注意光比的控制，形成光比的两种光线，就是补光和主光。光比是指高光区与阴暗区所受光的照度之比。光比大造型效果强烈，对画面反差有直接影响。光比大反差大，我们可以利用光比的大小来烘托主题渲染气氛。根据不同的对象和内容，可采用不同的光比。如图1-65所示。

2. 布光基础

（1）灯光宜精不宜多。过多的灯光使工作过程变得杂乱无章，难以处理，显示与渲染速度也会受到严重影响，只有必要的灯光才能保留。另外要注意灯光投影与阴影贴图及材质贴图的用处，能用贴图替代灯光的地方最好用贴图去做。例如要表现晚上从室外观看到的窗户内灯火通明的效果，用自发光贴图去做会方便得多，效果也很好，而不要用灯光去模拟。切忌随手布光，否则成功率将非常低。对于可有可无的灯光，要坚决不予保留。

（2）灯光要体现场景的明暗分布，要有层次性，切忌把所有灯光一概处理。根据需要选用不同种类的灯光，如选用聚光灯还是泛光灯；根据需要决定灯光是否投影，以及阴影的浓度；根据需要决定灯光的亮度与对比度。如果要达到更真实的效果，一定要在灯光衰减方面下一番功夫，可以利用暂时关闭某些灯光的方法来排除干扰，从而对其他的灯光进行更好的设置。

（3）要知道电脑中的灯光是可以超现实的。要学会利用灯光的“排除”与“包括”功能，来检查灯光对某个物体是否起到照明或投影作用。例如要模拟烛光的照明与投影效果，我们通常在蜡烛灯芯位置放置一盏泛光灯，如果这盏灯不对蜡烛主体进行投影排除，那么蜡烛主体产生在桌面上的很大一片阴影可能要让我们头痛半天。在建筑效果图中，也往往会通过“排除”的方法使灯光不对某些物体产生照明或投影效果。

（4）布光时应该遵循由主题到局部、由简到繁的过程。对于灯光效果的形成，应该先调角度定下主格调，再调节灯光的衰减等特性来增强其现实感。最后再调整灯光的颜色进行细致修改。如果要逼真地模拟自然光的效果，还必须对自然光源有足够深刻的理解。多看些摄影用光的书，多进行试验会很有帮助的。

不同场合下的布光用灯也是不一样的。在室内效果图的制作中，为了表现出一种金碧辉煌的效果，往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的橘黄色，从而可以达到材质不容易达到的效果。

3. 光源的方向

光源的方向将会影响我们对观察到对象的感知和它是如何在场景中出现的。当为作品选择一个主光源的方向时，主要取决于要表现的主题在场景中是如何出现的，以及对主题对象的情绪表达。

（1）正面光照（Front lighting），如图1-66所示。

正面光照是光源直接设置在观察点之后的地方，它通常被应用在摄影的闪光灯技术中。较硬的正面光照通常不会引起人们的注意，而较软的正面光照在一些情况下使图片更加吸引人的注意力。

正面光照下，对象会呈现较少的结构和纹理（表面的细节），并且阴影会隐藏在图像中，使得对象看起来比较单调。但是软散的正面光照在一些情况下也非常有用，它可以帮助我们隐藏皱纹和污迹，所以它也经常被应用到肖像和产品的摄影技术中。

较硬的正面光照设置，图像看起来比较的粗糙并且不吸引人，这是一般非专业的摄影者所习惯的方式。如图1-67、1-68所示。

较软的正面光照设置，图像看起来比较的平滑。如图1-69所示。

正面光照因为不善于表现结构和纹理，所以图片看起来会比较的单调。

（2）侧面光照（Side Lighting），如图1-70所示。

侧面光照非常善于表现对象结构和纹理，并且会增加对象的立体感，阴影非常明显并且有很高的对比度。侧面光照能生动地在表面上投射阴影，例如墙壁，并能制造气氛；因此侧面光照通常被应用于一些吸引人的效果：例如在影片或照片中表现一天的开始和结束。

使用侧面光照的潜在缺点是容易使对象的表面在阴影中丢失，而且它会显示一些对象的缺陷，例如皱纹。在肖像摄影方面，侧面光照使用在男性上要胜于女性，因为它会使对象看起来粗糙。如图1-71所示。

侧面光照能够很好地表现结构和纹理。如图1-72所示。

这面墙壁的纹理在侧面的阳光下表现得非常丰富。

投射到对面的长的阴影衬托出了这张图片的深度和尺寸。如图1-73所示。

（3）背面光照（Back lighting），如图1-74所示。

背光源一般是观众所不能发现的地方，对象的亮面会远离我们，而会出现在物体的剪影和轮廓边缘，或者只有填充光照明的昏暗的表面。背光通常是一种高对比度的表现效果，看起来非常大气和剧烈。如果光源与我们的视点有一个相对的角度，对象将会出现一个或多个光的轮廓。

背光照明下的场景通常包含有非常多的阴影，除非光源是柔和的。大部分情况下图像是黑暗的，在阴影中光照的轮廓对定义对象的外形非常有用。这种光照另一个作用是表现透明度（transparency）、半透明度（translucency）和所有细节或者纹理（texture）随着发亮的轮廓呈现出来，这种光照对图像增加艺术感是非常有效的。如图1-75所示。

背面光照能使平庸的主题充满吸引力。如图1-76所示。

它也是产生半透明效果的有效方法。如图1-77所示。

剪影效果是背面光照场景的显著特征。

（4）顶端光照（Lighting from above），如图1-78所示。

顶端照明在通常情况下并不常见，其多见于阴天，也有可能出现在正午的阳光下。在一些内部环境中，会用作舞台的照明。使用柔光是它一个有效的表现方式。在硬光下，它能通过投射浓密的阴影给对象加以神秘的气氛，例如站在硬光照射下的人们，他们的眼孔处就会聚集浓密的阴影产生黑洞的效果。

据了解，顶端照明是很少被艺术家所应用的。然而并不是说它不能被使用，而是它对于阴天是非常适合的光照设定，作为一大范围天空的散射光源。它也可被用在产生不安的情绪中。

来自上方的柔光是一个阴天环境的特征。如图1-79所示。

直接从顶端的照明能够塑造一个邪恶的面孔，它强调了骨骼的结构和眼孔的深度。如图1-80所示。

（5）底端光照（Lighting from below）。如图1-81所示。

在自然界中，如果从上往下的光照是不多见的，那么从下往上的光照则更为不寻常。如果一个人站在一堆营火上方，那么底端光照是可能发生的；或者站在水面上握住火把，反射的光线也会来自下方。底端光照可使平时熟悉的情景变得奇特，因为它将使对象的光照和阴影颠倒。

此外，这种奇特的照明设定也习惯被用于创造性的效果，我们本能的认定这是不平常的事物。同时还可以通过调整照明来表达情绪和感应，以创造特有的心情。如图1-82所示。

底端光照虽然很少出现，但是它能表现出奇特的效果。从下方照明外形来看，应用底瑞光照会产生幽灵般和陌生的面容，以至眼睛的高光区也因为光源位置的关系而看起来奇怪。如图1-83所示。注意光的角度也会影响到皮肤的纹理，比较图1-80——他们是同一张面孔，只因为光源的位置发生改变，他们则完全不同于彼此。