【文章內(nèi)容簡介】 Ray渲染器中選用VRay材質(zhì)可以獲得更好的照明效果，三維動(dòng)畫中燈光與渲染的探究與實(shí)現(xiàn)5較快的渲染速度以及更為方便的折射，反射等的參數(shù)調(diào)節(jié)。除了材質(zhì)以外，它也擁有自己的燈光例如VRay 環(huán)境光，太陽光，光源等。在渲染中使用這些燈光可以提高畫面的品質(zhì)但是也延長了渲染的速度。通常情況下VRay燈光的使用使得渲染速度延長了數(shù)倍 [5]。 渲染速率提高的途徑探究 VRay渲染器參數(shù)設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)畫面質(zhì)量的完美性，在VRay渲染器中，通過全局光照明的方式來完成渲染，往往可以達(dá)到很好的效果，但是隨著算法速度的復(fù)雜度加大，渲染的時(shí)間也加長。例如同一個(gè)場(chǎng)景，是否開啟全局照明所耗的時(shí)間相差數(shù)倍 [6]。開啟全局光照明如圖 22 所示。圖22 全局光渲染示意圖未開啟全局光如圖 23 所示。圖23 沒開啟全局光示意圖本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)6所以為了加快渲染速度又能滿足渲染要求，可以一次反彈和二次反彈的全局照明渲染引擎的參數(shù)值來減少渲染時(shí)間，例如采用發(fā)光貼圖。當(dāng)渲染場(chǎng)景中有大量的反射和折射材質(zhì)時(shí)，可以先關(guān)閉渲染面板中的全局開關(guān)中的材質(zhì)欄中的反射和折射選項(xiàng)，來提升渲染的速度，當(dāng)最終渲染輸出成品圖時(shí)再增加相關(guān)參數(shù)值。 模型與燈光對(duì)渲染速率的研究一般在布光時(shí)采用加法原則來添加燈光，即先增加一盞燈，如環(huán)境需要的話再適當(dāng)增加燈的數(shù)量，盡量做到不布多余燈光，因?yàn)樵阡秩据敵鰰r(shí)，燈光對(duì)于渲染速度的影響是巨大的，因此在渲染時(shí)，應(yīng)該盡量減少燈光的數(shù)量。當(dāng)出現(xiàn)可有可無的燈光時(shí)，一定要將其刪除。場(chǎng)景中模型的數(shù)量以及復(fù)雜度也會(huì)影響渲染的速度。因此精簡模型，對(duì)攝像機(jī)照不到的場(chǎng)景可以適當(dāng)?shù)膭h去模型從而加快渲染速度。根據(jù)這樣的想法，在后期渲染中若進(jìn)行分層渲染，最基本的即角色，場(chǎng)景，陰影分開渲染，最后可以在后期合成中在進(jìn)行合并，這么不僅會(huì)加快渲染的速度，同時(shí)也使得燈光布置更簡單方便 [7]。 網(wǎng)絡(luò)渲染的設(shè)計(jì)對(duì)渲染速率的提高網(wǎng)絡(luò)渲染，這是 3dmax 軟件自帶的一種渲染方式，只是它適合多幀圖像的渲染，把多幀圖像分配到不同的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行渲染，最后所有渲染完成的圖片會(huì)直接保存到主計(jì)算機(jī)上，完成多幀圖片。具體操作就是將多臺(tái)計(jì)算機(jī)連接成為一個(gè)小型局域網(wǎng)絡(luò)，設(shè)置一臺(tái)機(jī)子作為主計(jì)算機(jī)，它主要負(fù)責(zé)監(jiān)控其他機(jī)器的渲染進(jìn)程。主計(jì)算機(jī)需要設(shè)置固定的 IP 地址，使得其他計(jì)算機(jī)可以查詢并映射主計(jì)算機(jī)。把所需要渲染的文件以及材質(zhì)全部放入主計(jì)算機(jī)中，開啟主計(jì)算機(jī)的管理器和監(jiān)視器，提交所需渲染的文件。其他機(jī)器開啟服務(wù)器連接主計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)用文件進(jìn)行渲染，這樣的情況下可以再同一時(shí)間多臺(tái)機(jī)器共同渲染一個(gè)分鏡。這樣的渲染速度可以提高數(shù)倍。在主計(jì)算機(jī)的監(jiān)視器中，可以對(duì)所需文件的渲染優(yōu)先級(jí)進(jìn)行更改 [8]。監(jiān)視器優(yōu)先級(jí)的體現(xiàn)如圖 24 所示。圖 24 監(jiān)視器示意圖三維動(dòng)畫中燈光與渲染的探究與實(shí)現(xiàn)7監(jiān)視器中默認(rèn)的優(yōu)先級(jí)均是 50，這樣渲染的順序是按照提交的順序進(jìn)行的。假若需要提供某一文件的優(yōu)先級(jí)可以再監(jiān)視器中直接修改優(yōu)先級(jí)參數(shù)例如修改到 49 就可以排在隊(duì)列的前面，優(yōu)先級(jí) 48 的就排在了 49 的前面。 分層渲染分層渲染不僅僅可以提高渲染速度最重要的是便于后期合成渲染對(duì)鏡頭的特效等的調(diào)節(jié)。這是三維動(dòng)畫渲染中必不可少的一步。分層的方式基本上有兩種，一種是根據(jù)物體的類別進(jìn)行粗略分層。比如一個(gè)鏡頭中有人物，有道具，有背景、那么根據(jù)鏡頭內(nèi)容可以分為人物層、道具層、背景層等等。另一種是按物體的顏色、陰影等層次進(jìn)行的精細(xì)分層。比如可以把物體按其顯現(xiàn)的物理視覺屬性分為基本色層、高光層、陰影層、投影層、反射層、折射層、發(fā)光層等。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的作品中我們是采用第一種分層方式進(jìn)行渲染的 [9]。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)8第 3章 三維動(dòng)畫燈光與渲染的技術(shù)表現(xiàn) 三維動(dòng)畫燈光場(chǎng)景與角色燈光的表現(xiàn)燈光的配置是三維動(dòng)畫場(chǎng)景中一個(gè)重要的組成部分了，不僅僅是照亮了整個(gè)場(chǎng)景，產(chǎn)生一定的反射效果，陰影等使得畫面更加具有了真實(shí)性，同時(shí)奠定了畫面的整體氣氛。燈光在場(chǎng)景中的布局主要遵循基本布光原則，燈光不要太混亂。一般存在一個(gè)主光源，和若干個(gè)輔助光源，主燈光的亮度是所有存在的燈光中最強(qiáng)的，奠定了主要的場(chǎng)景氣氛，例如夜晚的天空主光源以聚光燈為例。但是當(dāng)時(shí)晴朗的白天時(shí)，同樣的聚光燈， [10]。其實(shí)在三維動(dòng)畫中，角色燈光的布局比場(chǎng)景燈光簡單易行些。它主要是運(yùn)用三點(diǎn)照明的基本理論。即在對(duì)人物進(jìn)行燈光布局時(shí)，依然是運(yùn)用主光燈 輔助光。首先要單獨(dú)孤立出人物來進(jìn)行燈光的設(shè)置，保證物體周圍沒有其他的光源。然后加入主體光，就是照。從頂視圖來看,燈的角度與攝像機(jī)的朝向在15到45度之間,一定不要超過45度。整好位置角度后,在側(cè)視圖里把主體光的高度稍微抬高,使得在側(cè)視圖里與攝像機(jī)的朝向成15到45度角。主體光一定要是場(chǎng)景里該角色面前最亮的一盞燈, 因?yàn)樗闹饕饔檬侵圃礻幱?表現(xiàn)出最暗的部分。接下來可以給物體加上一盞或多盞輔助光，這是為了體現(xiàn)間接照射產(chǎn)生的光源例如墻壁反射等 [11]。總而言之，一般對(duì)于角色甚至一些場(chǎng)景里的道具在燈光的布局時(shí)最為廣泛和簡便的方法就是三點(diǎn)照明理論。掌握調(diào)整三盞燈的位置關(guān)系和強(qiáng)度的技巧切記在調(diào)整三盞燈的位置，角度的時(shí)候以攝像機(jī)為參照物，同時(shí)輔助光的數(shù)量無論是一盞還是多盞都不能超出主燈光的強(qiáng)度。 三維動(dòng)畫渲染手法的表現(xiàn) VRay對(duì)場(chǎng)景表現(xiàn)首先，VRay渲染器作為3dmax軟件的一個(gè)插件，已完全融人3dmax軟件系統(tǒng)中，VRay渲染器擁有自己的材質(zhì)庫，設(shè)置起來非常簡單，很多參數(shù)和3dmax的材質(zhì)參數(shù)設(shè)置方法一樣，所以操作起來輕松。同時(shí)他還有自帶的燈光，例如在VRay中自帶的天光就可以在場(chǎng)景渲染中首先開啟天光，天光的色彩可以調(diào)節(jié)。就可以達(dá)到用眾多基本燈光才能得三維動(dòng)畫中燈光與渲染的探究與實(shí)現(xiàn)9出的效果。一般在晴朗的上午基調(diào)下，對(duì)室內(nèi)為調(diào)節(jié)可以再屋外添加天光，并且設(shè)置天光的顏色來進(jìn)行風(fēng)格的定奪。而RGB（181,223,225）是天光為淡藍(lán)色就比較符合需要的環(huán)境。同時(shí)也可以通過顏色的對(duì)比對(duì)模型材質(zhì)等的色彩進(jìn)行比較 [12]。VRay 渲染最初天光的開啟的示意圖如圖32所示。圖31 VRay天光開啟示意圖其次，添加輔助光源，并在渲染出圖的設(shè)置中，它是通過全局照明來實(shí)現(xiàn)渲染的。在場(chǎng)景中渲染時(shí)，在VRay環(huán)境欄中，勾選“全局光環(huán)境(天光)覆蓋”及“反射，折射環(huán)境覆蓋”選框組中的“開”復(fù)選框,適當(dāng)調(diào)節(jié)強(qiáng)度與色溫，在間接照明欄中的復(fù)選框選擇“開” ，計(jì)算場(chǎng)景中的間接光照明，將全局光引擎調(diào)整為發(fā)光貼圖模式，由于一般采用引入發(fā)光貼圖的方式來加快渲染速度。在預(yù)覽效果時(shí)可以將間接照明欄中把當(dāng)前預(yù)置設(shè)置為“低”或“非常低” 。VRay渲染器輔助光源完成后的示意圖如圖32所示。圖32 VRay渲染場(chǎng)景渲染示意圖總而言之，VRay 渲染器有著優(yōu)秀的全局光照系統(tǒng)，在燈光傳遞表現(xiàn)方面有著無與倫比的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)。就制作出的效果而言，毋庸質(zhì)疑，它的效果可以和任何一款渲染器相媲本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)10美只有掌握了 VRay 渲染器的特點(diǎn)和用途，并具備嫻熟的操作技能與技巧．才可能渲染出優(yōu)秀的作品來 [13]。三維動(dòng)畫中燈光與渲染的探究與實(shí)現(xiàn)11 后期場(chǎng)景渲染的表現(xiàn)所謂后期的渲染就是在前期通過 VRay 等渲染軟件對(duì)鏡頭逐幀渲染完成后，放入后期視頻編輯軟件，進(jìn)行鏡頭圖像的調(diào)節(jié)按照規(guī)格渲染出連續(xù)播放的視頻，在單幀圖片放入后期軟件中，需要根據(jù)分層渲染出的圖片進(jìn)行圖片的疊加，并根據(jù)劇本的風(fēng)格進(jìn)行圖片亮度的調(diào)節(jié)，然后根據(jù)前期渲染出的圖片大小格式進(jìn)行渲染輸出。例如前期單幀圖片渲染出來的圖片大小為 720576 ，幀率為 像素比為 那么，在后期的渲染輸出的屬性設(shè)置中也要與之對(duì)應(yīng)。在后期渲染輸出視頻的格式上存在許多視頻格式，例如 AVI,RMVB MPG, MP4 等，不同的視頻格式在清晰度以及文件大小壓縮上也存在差異。為展現(xiàn)高清的視頻效果可以選擇無壓縮渲染，但與此同時(shí)文件大小也隨之增大。有些幾分鐘的短片若用到 AVI 格式的無壓縮渲染就是幾 G 的大小了 [14]。 三維動(dòng)畫燈光與渲染在表現(xiàn)手法上的優(yōu)劣勢(shì)三維動(dòng)畫的制作軟件對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求很高，尤其是關(guān)系到渲染速度的時(shí)候。再好的的技術(shù)若沒有好的硬件支持也形同虛構(gòu)。同時(shí)對(duì)風(fēng)格統(tǒng)一的要求也是所有動(dòng)畫制作過程最為嚴(yán)格的要求。但是三維軟件的制作過程尤其是在燈光設(shè)置上面，畢竟是對(duì)軟件的設(shè)置。經(jīng)常容易出現(xiàn)場(chǎng)景過分鮮艷，前后畫面風(fēng)格出現(xiàn)反差。但是，我們不能夠否認(rèn)，三維動(dòng)畫對(duì)真實(shí)渲染的高技術(shù)表現(xiàn)力以及對(duì)制作速度的提高是之前所有二維動(dòng)畫無法超越的鴻溝。本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)12第 4章 作品中燈光與渲染的體現(xiàn) 作品制作流程中燈光與渲染的應(yīng)用作品《交流》的制作過程分為三大塊，前期，中期和后期。前期進(jìn)行劇本的編排，劇本風(fēng)格的設(shè)定以及分鏡稿的繪制過程并進(jìn)行模型的創(chuàng)建，中期包括根據(jù)作品的風(fēng)格模型材質(zhì)的制作，根據(jù)分鏡稿進(jìn)行角色動(dòng)作與鏡頭的設(shè)計(jì)，燈光的布局以及前期角色與場(chǎng)景的渲染，后期包括了單幀圖片的合成，音樂的配置，視頻渲染的輸出以及剪輯。最終完成了作品。在這次工作中燈光與渲染的技術(shù)主要體現(xiàn)在作品的中期角色和場(chǎng)景燈光的設(shè)定以及渲染逐幀圖片，渲染速率的提高和后期合成中為渲染出高質(zhì)量短片進(jìn)行的參數(shù)設(shè)定以及后期光照的修改工作等。 作品中燈光與渲染面臨的問題在這部短片，主要采用了 VRay 渲染器，使用到外景以及室內(nèi)的場(chǎng)景，在燈光布局上面需要考慮室內(nèi)燈光和場(chǎng)景燈光所用的差別。于此同時(shí)由于存在大量移動(dòng)的場(chǎng)景并且為了達(dá)到更自然的光與影的結(jié)合場(chǎng)景渲染均采用了全局光渲染，所以需要考慮燈光設(shè)計(jì)盡量減少數(shù)量保證渲染時(shí)間的合理性。同時(shí)，在場(chǎng)景中大量存在木板和夾子在大范圍移動(dòng)如何，保證所投射燈光的平均性，防止出現(xiàn)忽明忽暗的效果需要找出合理的解決方法。在渲染時(shí)由于時(shí)間有限為加快渲染速度，如何設(shè)置局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)渲染，分層渲染技術(shù)的涉及以及后期視頻渲染的實(shí)現(xiàn)。所以，這些燈光和渲染的問題是不可避免的產(chǎn)生了。 作品中燈光布局的實(shí)現(xiàn)作品中角色機(jī)器人，模型簡單線條流暢但是由于頭部較大，在燈光的使用時(shí)只要注意防止頭部下方不要出現(xiàn)過黑的陰影，防止曝光就好。這是最初對(duì)角色燈光設(shè)計(jì)時(shí)直接考慮到的兩點(diǎn)。所以在人物的燈光的實(shí)現(xiàn)上是用到兩盞3dmax自帶的兩盞目標(biāo)聚光燈以及由VRay渲染器所帶的