室內渲染中高級燈光陰影技術（二）：陰影的4種計算方法

▷陰影的4種計算方法

前麵學習了[陰影參數]卷展欄中的參數含義，該卷展欄中的參數對所有的陰影計算方法都起作用。接下來學習4種不同的陰影計算方法，如圖所示。

打開[常規參數]卷展欄，單擊[陰影貼圖]可以打開下拉選項，其中有5種不同的陰影計算方法: [高級光線跟蹤] 、[mental ray陰影貼圖]、[區域陰影] 、[陰影貼圖] 和[光線跟蹤陰影]。由於[mental ray陰影貼圖]在使用mental ray渲染器進行渲染時才可使用，所以這裏先不介紹這種陰影計算方法。下麵我們就來一一講解其餘4種陰影計算方法。

01 陰影貼圖

首先來講解[陰影貼圖]這種陰影計算方法。[陰影貼圖] 算法的原理實際就是將陰影看成一張貼圖，然後烘焙到陰影生成的地方。[陰影貼圖] 是3ds Max係統默認的陰影計算方法，也是較為常用的陰影計算方法。

在選擇了[陰影貼圖]之後，會在下方出現相應的[陰影貼圖參數]卷展欄。

將[陰影參數]卷展欄中的數值恢複為默認值，燈光顏色設置為默認白色RGB [255, 255, 255]。

在[陰影貼圖參數]卷展欄中將[偏移]值設為1，對場景進行渲染，效果如圖所示。

仔細觀察渲染結果，椅子腳與陰影之間有明顯的距離，現實生活中是不會產生這樣的陰影的。

陰影與物體之間的距離是由[偏移] 值來進行控製的，目前默認的[偏移]值為1,所以陰影與物體之間有一段距離，沒有完全連接在一起。

現在將[偏移] 值設置為0,使物體與陰影之間沒有偏移，渲染效果如圖所示。

觀察效果，椅子腳與陰影之間的距離消失了，但是在桌子的受光麵卻出現了較虛的陰影，這種陰影也是不正確的，這是由於[偏移]值太小造成的。

將陰影的[偏移] 值設置為0.5,對場景進行渲染，效果如圖所示。

通常情況下，將陰影的[偏移]值設置為0.5, 就可以得到較為正確的陰影效果。

由於[陰影貼圖]算法的原理是將陰影看成一張貼圖烘培到陰影生成的地方，那麼這個貼圖就涉及到一個分辨率的問題，所以可以將[大小]參數理解為設置[陰影貼圖]分辨率的參數。

首先將[采樣範圍]設置為最小值0.01,這樣可以更加清晰地觀察到[大小對陰影質量的影響。

將[大小]值分別設置為30、512和3000. 對其效果進行渲染，如圖所示。

[大小]值為30時，陰影變成了方形的小塊，完全丟失了陰影的細節。

[大小]值為512時，即[大小]的默認值，陰影的輪廓出現了，但是陰影邊緣有很嚴重的鋸齒現象，從邊緣也能觀察到小塊的效果。

[大小]值為3 000時，陰影邊緣的小塊明顯變小，但是邊緣仍然有鋸齒效果。

[大小]值越大，占用的內存會越多，相應耗費的渲染時間也會越長。

在介紹[大小]參數時，有一個問題尚未解決，就是陰影邊緣的鋸齒。要解決陰影邊緣的鋸齒，就需要設置[采樣範圍]參數了。

[采樣範圍]參數是對陰影產生模糊化處理的參數。在進行[大小] 參數的練習時，我們將[采樣範圍]參數設置為最小值0.01,也就是對陰影不會產生任何模糊效果，所以無論[大小]值設置得多高，都無法清除邊緣的鋸齒。

設置[采樣範圍]參數為4，即係統的默認值，分別設置[大小]為512、 3 000,對場景進行渲染，效果如圖所示。

觀察效果，將[采樣範圍]參數設置為4後，[大小] 為512的陰影看不見鋸齒了，但是[大小為3 00的陰影仍然能夠看見鋸齒，還需要進一步提高[采樣範圍] 參數值。

設置[采樣範圍]參數為24，分別設置[大小]為512、3 000，再對場景進行渲染，效果如圖所示。

同樣是[采樣範圍]參數為24，[大小] 為512和3 000的區別就非常明顯了。

TIPS：[大小] 值小的陰影，使用較小的[采樣範圍]就能使其邊緣模糊;而[大小]值大的陰影，需要較大的[采樣範圍]值才能使其邊緣模糊。[ 大小]值越小，[采祥範圍]的模糊作用力就越強。

對於[雙麵陰影]參數的理解，先看下麵的一個設置。現在將[陰影貼圖參數]卷展欄還原為默認值，[大小] 為512，[采樣範圍] 為4， 使模型投射出較為清晰的陰影，對場景進行渲染，效果如圖所示。

仔細觀察效果，發現杯子的陰影不正確、 杯子的內側並沒有投射陰影，從而形成了一個中空的陰影。

產生這種現象的原因是因為杯子材質是單麵材質，隻有法線麵可以投射陰影，而反法線麵則無法投射陰影。

對於單麵材質出現陰影錯誤的問題，有兩種解決方法:

方法一，在[材質編輯器]中將材質設置為[雙麵]材質;

方法二，勾選[雙麵陰影]選項。

按M鍵打開[材質編輯器]，找到杯子的材質，打開[明暗器基本參數]卷展欄，勾選[雙麵]，對場景進行渲染，如圖所示，這時杯子的陰影正確了。

如果場景中有多個物體都是單麵材質，就需要對其材質逐個進行修改，操作較繁瑣。這時隻需要勾選[陰影貼圖參數]卷展欄中的[雙麵陰影]選項，就可以解決場景中所有物體的單麵材質問題。

勾選[雙麵陰影]選項之後，陰影計算時間會有所增加。

[絕對貼圖偏移]選項主要在動畫輸出時使用。進行單幀渲染時，不要勾選此項，否則會對陰影的質量產生影響。

[陰影貼圖]的優缺點

至此，[陰影貼圖]的所有參數就大致講解完了，對於[陰影貼圖]這種陰影計算方法，有優點，但是其缺點也是比較明顯的。

優點:速度快，可產生模糊的陰影效果。

缺點:模糊的陰影效果不真實。模糊的陰影效果應是從物體近處向遠處逐漸越來越模糊，而陰影貼圖的模糊是陰影所有的地方全部模糊。它的另一個缺點在於，無法計算透明材質，如本例中椅子靠背的材質是透明材質，但是無法渲染出透明物體的陰影效果。