頂級燈光環境設置教程(一)

 來源：拾光（本文僅為提供更多信息）

   
這教程全部使用Autodesk Maya8.5的MentalRay進行渲染
 

“幸福就像陽光：有光線的環境才讓人感到舒適。”讓我們開始這次由Otto Ludwing（奧托.路德）提供的案例練習.
   

歡迎共同討論關於挑戰製作寫實3D室內環境的可行性。Maya Mental Ray的用戶在開始這次封閉式訓練的時候，一定又是習慣性的害怕起來，甚至會指尖冒汗^_^；因為這是一流的燈光環境製作訓練。在這裏沒有任何其他的理由，你隻需要為這場“戰鬥”準備一個戰場指南（即本次教程），並且需要一點點的耐心和細心^_^。

   
好了，這一切為了什麼？讓我們看看這次練習的示範場景（圖片1）

圖1
   

像你所看到的一樣，我們有一個封閉的房間；你能看到船的內部有一個舷窗和一個非常有特色的門。讓我們想象一下那是一個沒有裝修的船的甲板艙，可供人們休息，那個樓梯可以讓人們爬到甲板的上麵。

從燈光的角度看過去，我們可以大概的分析那個燈光除了是從敞開的天花板照射進來的（就是樓梯伸到外麵的窗口）還有從門和窗戶照射進來的光。這些還不夠，如果你曾經在這種條件下照過像你就會知道這些原理，即使有再好的設備，你也很難捕捉到燈光的瞬間來描繪這種特定的氛圍。（氣氛也是需要定義的，除了燈光自身的條件以外，像時間點、建築結構、天氣、周圍生長的植物等，都會對氣氛形成影響）

所以，在我們第一部分的教學中，我們將選擇下麵的特定的情節：我們的船，名叫“MS No－Frills”，停靠在地中海的突尼斯（北非國家）海濱；正值夏天，時間在午後，天氣晴朗幹淨。這些都是我們在開始製作前需要知道的東西。

  大家好，我是教程頻道的編輯，大家有什麼建議和意見都可以告訴我,謝謝大家的支持，歡迎投稿 ：）

  QQ：382593199   Email：chenc@hxsd.com

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如果你打開這個場景，你會看到場景中還沒有定義一個正確的視角。你可以自由選擇一個你喜歡的透視視角或者使用我已經定義好的透視圖攝像機視角。點擊其中一個標簽，所有相關的攝像機屬性（位置、方向、焦距等等）默認的參數都會改變，這會給我們提供很大的幫助，當你改變了參數但是還沒有提交的時候，也可以避免跟多於的攝像機之間弄混。

圖2

在開始對場景設置燈光和渲染之前，我們應該稍微介紹一下關於實際生活中場景的明暗關係和色彩空間範圍方麵的技術性知識。如果你覺得這很煩，那你可以忽略接下來的兩節內容，它不是必須掌握的，盡管如此，我們還是要講解一下關於如何達到本次教程的最終效果。
 

關於陰影明暗關係的要點
 

你所看到的船上所有材質都是用Maya8.5中的新增的“Mia Material”進行創建的。這個材質被認為是Monolithic（取自希臘文字“Mono”，意思是單一的，並且“Lithos”，意思是象石頭一樣）接近建築學上的用途，並且它能夠被用來模擬我們每天所看到的大量的普通材質。與Maya默認的材質不同，大多數Mental Ray自帶的材質，都能夠執行精確的物理效果，優化鏡麵反射、透明和半透明效果，並能夠提高用Final Gather表現封閉環境的細節，自動陰影效果和光子明暗效果，極大地優化和提高性能，而且最重要的是它使用起來真的非常簡單。所有歸結為一點----那就是“Monolithic”。因此我決定在我們的教程中使用它。

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色彩空間範圍的要點

就象你所了解的那樣，通常你在計算機上看到的所有的照片和圖象都是在sRGB色彩空間範圍內。這是因為，舉例來說，RGB值為200、200、200的顏色並不是像你預料的那樣，是RGB值為100、100、100的顏色亮度的兩倍。當然，在數學上是它的雙倍值，但實際上不是。與簡單的數學上的概念不同（像2x100=200），我們的眼睛無法在這種線性的方式下工作。這裏告訴了sRGB是從哪來的….這個色彩空間範圍示意圖的數值成線性顯示。這也是為什麼許多圖片沒有正確的色彩空間範圍卻看起來很漂亮而且自然。然而，幾乎所有的渲染工作者，除非我們告訴他怎麼做，否則都不能分辨出這些熟悉的和正確的線性圖象（因為這隻不過是計算機的工作方式---線性數學）。許多人不知道這些，在渲染中用多餘的燈光和周邊的元素替代正確的色彩空間範圍從而無意中導致這樣的錯誤。在圖片3和4裏麵，你能看到兩張示例圖片描繪了正確的線性（左邊的）和sRGB色彩空間範圍的之間的區別。在圖片5中，你能看到用CG渲染同樣的圖片；你能注意到那個真實的線性看起來更假而且不自然。在錯誤的色彩空間範圍內，即使你提高它的亮度，增加和減少對比度，你仍然不能達到真實的效果，特別是如果你不小心使用了sRGB參考紋理（也就是你能找到的幾乎所有的數字圖像），隻會更增加整體的混亂。這是一個創建視覺效果上真實而自然的計算機圖象的本質與關鍵所在。如果你跟著我學習到了這兒，並且你已經知道了使用正確的色彩空間，那讓我們休息一會兒，喝杯咖啡或者可口的綠茶，享受一下快樂的生活-----這是你應得的！這些都是一些基本的知識和技巧。至於這些理論和觀點在Mental Ray中是如何實際運用的，我們將在接下來的知識中進行說明……

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那讓我們開始給場景設置燈光……Maya8.5中提到，除了Mia 程序之外，還需要手動創建一個物理天光係統。這會讓你設置一個自然的視覺環境變得更簡單，並且我們可以將注意力更多地集中在燈光設置的審美上，而不必在意那些看起來很奇怪的顏色。天光係統從渲染全局麵板上的Environment選項進行創建。如圖6所示

圖6

通過點擊按扭，你可以創建以下內容：

a)  一盞方向光用來模擬太陽的方向

b)  相應的燈光材質mia_physicalsun

c)  Mia_physicalsky，一個環境材質節點，與可被渲染的攝像機的Mental Ray環境相連接

d)  一個名叫mia_exposure_simple的調和圖像色調的鏡頭材質

這兒還有一個值得注意的是Final Gathering的按鈕也要打開

圖7

現在我們有了一個默認的天光係統設置，已經為渲染做好了準備。在我們第一次測試渲染之前，一定要注意確保在正確的色彩空間範圍內，默認情況下，我們在正確的線性空間內進行渲染（關於這個解釋，請參考前麵有關色彩空間範圍的要點），但在現在的情況下，卻不正確。我們所創建的鏡頭材質，無論如何也會把我們帶進一個對整體渲染圖片應用了2.2Gamma曲線值的接近於sRGB的色彩空間範圍，就像我們計算的一樣，通常情況下，這是一個好事情也是我們所期望的。但是如果我們用這種方法執行了Gamma校正，那我們將不得不取消我們場景中每一個單獨紋理文件的Gamma值，這是由於事實上那些紋理已經有了正確的Gamma值（對任何8位或16位圖像文件這通常都是正確的），並且在頂部增加一個Gamma校正，將使Gamma值倍增，而且可能消除紋理的顏色，這是多讓人失望的事！
 

所以，我們也不得不去除每一張紋理文件的Gamma值（枯燥又乏味），或者我們用Mental Ray的內部Gamma校正替代鏡頭材質的Gamma校正（仍然枯燥卻少了點乏味^_^）

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如圖8所示，我們在渲染全局麵板中所設置的Gamma值，代表了我們的初始期望值，非常簡單明了，因為這是Mental Ray的工作方式。1被數值劃分（2.2接近我們的實際情況），等於0.455.同時，我們也需要移除鏡頭材質的Gamma校正，所以我們必須設置它的Gamma屬性為1.0（線性等於沒有校正；你可以從Hapershade的工具麵板選擇這些材質），因此，我們完全把Gamma校正移交給Mental Ray的內部結構，自動應用正確的“無Gamma值”給我們的每一張紋理，現在不必再擔心我們的紋理顏色了。如果我們使用“數值”紋理無論是什麼方式（像凹凸貼圖，置換貼圖，或任何一個比實際顏色更需要紋理填充的地方），我們都不得不為了精確的“數值”，去改變前麵的Gamma校正節點，從而關閉它的內部結構來彌補我們所期望得到的Gamma值，將其填充進Gamma校正屬性裏麵（注意：這個屬性並不代表實際的顏色值^Gamma功能，它在一定程度上象征了我們所期望彌補的Gamma數值，也就是說，“反相”，或者讓Gamma值交互左作用，---沒有人總會告訴你這些知識，但是你可以現在把它學好）。這是一個長篇的理論，現在我們接著往下看

圖8

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我打開Final Gathering設置麵板（圖9所示）以使我們得到相對快速的聚焦，也就是說，快速的結果。同時將mia_physicalsun的Samples采樣值將到2

圖9

現在稍微有點暗並有一些錯誤（圖10所示），主要是由於ray tracing（光線跟蹤）設置不充足的原因。

圖10

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讓我們提高普通的光線深度值（圖11所示）和Fina Gathering光線深度值（圖12所示）。我們也打開Secondary Diffuse Bounces（二次漫反射反彈）。然而，渲染全局中二次漫反射反彈按鈕隻能設置它們的反彈深度為1；我們想反彈兩次所以我們選擇mental ray設置存儲中的實際的節點進行操作，它名叫“miDefaultOptions”。

圖11

圖12

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你也可以在根據類型選擇輸入線上通過鼠標點擊輸入名稱“miDef*”進行操作（上麵的那個星號是專門為像我這樣的懶人設置的搞怪的縮寫^_^，如圖13所示）。

圖13

一旦我們選擇了miDefaultOptions，所有的或多或少的mental ray設置的相關屬性都會顯示出來。還有一些東西是在mental ray Globals（mental ray全局設置麵板）節點中顯示，但是我們現在把焦點集中在miDefaultOptions的Final Gather 麵板上。讓我們把Final Gathering Diffuse Bounces屬性設置為2（如圖14所示）。這些光線的深度設置對達到本次教程的最後效果已經足夠了。

圖14

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讓我們重新渲染一下。仍然非常暗，但是你能感覺到間接燈光的照明已經足夠了（不用擔心陰影的細節，我們等會還會深入它），所以我們需要切實的以某種方式提高曝光的級別。

記住，我們仍然在很基礎的默認設置下做所有的東西。過去常用的一種打開曝光度的方法是mia_exposure_simple裏麵的Gain屬性，作為一個鏡頭材質與我們的攝像機進行鏈接，我們把Gain值提到0.5（如圖16所示）

圖16

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現在好多了，並且更增加了自然的感覺（如圖17所示）

圖17

現在我們可以真正最終設置燈光和強調畫麵的美感了。在這一部分中，請不要對我選擇的顏色設置感到不舒服－跟著你自己的感覺走！我旋轉太陽方向到X -70,Y 175, Z 0以強調陽光照射方向的某些特定元素，另外我對mia_physicalsky材質的屬性所設置的數值請參考圖18。我把Haze的數值增加到0.5（注意這個屬性值可以提到到15，所以0.5是很低的）。然後我設置 Red/Blue Shift到0.1，基本的作用是讓白色平衡稍微泛紅一點（要得到偏藍色的效果調節為負值，比如-0.1）。同時也提高Saturation的屬性值到2.0，這是它的最大值。接下來我稍微調整一下水平線，這樣對整體的效果影響不大但是經過我的嚐試發現這樣的話我們的視線透過舷窗和窗戶。

圖18

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最後我改變Ground的顏色。我給它一個偏綠的色調因為我覺得這樣看起來更有湖水的感覺，並且我覺得這樣更增添了整體的趣味性（如圖19所示）。從我的角度看，這為我們實現一個地中海午後的景象打下了良好的基礎。

圖19

如果我們滿足一般的視覺要求，我們可以開始為場景設置最後的渲染了。首先，讓我們增加Final Gathering的質量，因為我們等會可以再次使用Final Gathering解決。就像你從圖20中所看到的，我提到Accuracy值到64，但是更重要並且更特別的是陰影的細節，Point Density值現在是2.0。要得到一個密集的Final Gathering結果我們也可以提高Point Interpolation數值這樣也不會丟失陰影的對比細節。同時我關掉了Rebuild設置，因為從開始到現在燈光的設置從沒更改過，並且我們能因此決定反複使用現有的Final Gathering數值。

圖20

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讓我們看一下（如圖21）。就像你所看到的，陰影的區域仍然缺少一些細節，尤其是門所在區域。我們能很簡單的使用一個新的、具有特殊環境計算（Ambient Occlusion）模式的mia_material工具來解決這個問題。你隻需要檢查材質中的環境計算（Ambient Occlusion），其他所有的東西都用默認的參數設置就非常好了。（我做的所有的事情就是設置那個距離到一個合理的數值以及稍微降低一點暗部色）。

圖21

Mia_material材質的主要訣竅就是細節部分（讓環境保持全黑色）。通過打開細節模式，Ambient Occlusion 隻會對有問題的區域進行間接照明，避開傳統的全局照明和看起來不合要求的Ambient Occlusion。參考圖22提高細節以後的效果。

圖22

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要點：同時調整所有材質，從hypershade中選擇所有mia_material材質，並且在Attribute Spread Sheet裏麵設置Ao_on屬性為1（如圖23所示）（Attribute Spread Sheet在這裏打開Window >General Editors > Attribute Spread Sheet)。也要注意在Ambient Occlusion中開啟材質的Final Gathering效果；它將在原來的基礎上重新進行計算。如果你覺得Final Gathering計算時間太長，將Point Density從1降到0.5，這仍然會給你帶來良好的結果並且燈光的細節也足夠。

圖23

現在讓我們增加普通采樣的質量Sampling quality（如圖24所示）。采樣級別現在是0（Min）到2（Max）之間，對比度是（contrast ）0.05，Filter（過濾值）設置為Mitchell可以得到清晰的圖像。

圖24

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最後但也同樣重要的是，如果你仍然覺得由於鏡麵反射導致畫麵看起來不夠真實，為了得到高級別的質量，提高mia_material材質的反射采樣值（Refl_gloss_samples)到8。同樣可以在attribute spread sheet裏麵去完成。

最後渲染的時候，我選擇渲染分辨率為1024像素的32位floating point framebuffer,（浮動點結構緩衝），這可以在渲染全局(Render Globals)中進行設置(如圖25所示)

圖25

如果我想從GUI中得到正確的32位結構緩衝效果（批處理渲染除外），我需要在渲染全局（Render Globals）的Preview麵板中打開Preview Convert Tiles選項，關閉Preview Tonemap Tiles選項

圖26

重點：我也要選擇一種恰當的圖片格式，OpenEXR格式是一種非常好的浮動點格式，並且一直在到今天仍被廣泛使用，讓我們選擇這種格式（如圖27所示）

圖27

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當渲染32位圖像的時候，你將在渲染視圖中得到一些有意思的新奇的顏色，但是最終的圖像是沒有問題的---不必擔心，渲染完畢後，你可以在你的projects images\tmp folder中找到你的圖片。圖28展示我最終的效果，一張為後期合成準備的非常棒的圖像。

自從我們開始渲染一張真實的32位圖像的時候，我們有了大量的自由時間可以去做很多事情。親眼看看我的沒有添加說明的附圖，隻需要提亮一點顏色。自己去做吧！