在 CGI 中掌握 3D 照明的秘訣和技術

瞭解 3D 光源以及如何建立不同的光線條件,完全改變電腦產生的場景以及物件在其中的外觀。

我們用我們的感官察覺察到我們周周周世界:我們聽到,我們覺得,我們有了,我們有了,我們沒問題。 我們可以看到,我們的眼睛會被稱為 Photons 的基本粒子帶入我們。 我們的大腦會處理這項資訊以產生影像。 我們解釋為物件顏色、光面、縮放或金屬特質,都是相片與物件表面之間互動的所有產品。

電腦產生的 3D 場景中的光力機制遵循相同的 Photon 散射自然原理,其過程稱為 光跡描圖 。 光線會從形狀退回並與其材質互動,有效地定義物件在最終影像中的顯示方式。 光源會顯示 3D 場景中任何內容的立體度。

有些材質對照明條件的敏感度比其他材質還要高。 例如,色度物件基本上是反映周遭的所有物件。 如果移動光線、變亮或變大,所有資訊都會直接在 Chrome 表面上以幾乎鏡像般的細節顯示,因此,光源條件與其他光線條件完全不同。

牆上掛著霓虹燈標誌,汽車在地場的 3D CGI 場景。 光源從日光切換到從簽名散發的霓虹燈 LED

如何使用 3D 光線來建立有效的 3D 演算

建立 3D 演算的過程並非完全一樣,但是這些是最常見的步驟:

  1. 建立或贏取物件
  2. 場景元件
  3. 為場景取景
  4. 照明
  5. 建立或指派材
  6. 渲染

進入光源階段時,最好在處理材質前設定光源。 為此,您可以為整個場景指定中性灰色邊緣調色材質。 如此一來,您就能更清楚地看到及瞭解光線如何影響場景中的物件輪廓。 材質完成後,光源可能需要進一步調整。

與右側的成品相比,CGI 客廳的左側呈現中性灰色邊緣調合材質的比較

最好一次處理一個光線。 作用中的光線應該是場景中唯一可見的光源,而所有其他光線則應暫時關閉。 如此一來,您就能看到特定光線如何影響場景,並透過處理場景的屬性 (例如位置、方向、強度等) 加以變更。

3 盞燈分別照亮 3D 汽車模型的範例,以及全部 3 個共同作業的範例

另一個實用的技巧是使用亮眼的金屬材質 (Chrome 或鏡像) 建立球體。 這個「鏡像球」能有效地反映整個場景,讓您可以輕鬆判斷光線的位置、方向或大小。 如果是環境光線,您就能在鏡像球中看到它反射,有助於設定其在空間中的方向。

使用鏡像球 (具金屬紋理的球體) 在 3D 場景中查看及定向環境光線

Adobe中的光源類型 Dimension

環境光線

環境光是環繞整個場景的等方形 (球面) 影像。 如名稱所示,這些光源可模擬整個環境,包括儲存在其中的光源。

由相片構成的環境光線範例、3D 工作室場景和抽象 3D 場景

當您在其中建立新場景時 Dimension ,將會為您建立預設環境光線。因此,您可以立即看到場景中的任何內容。 Adobe Dimension 起始資產」包含一定數量的環境光線,您可以立即試用環境光線。 此外 ,Adobe Stock 提供精選的眾多環境光源。

環境光線會產生高度逼真的成果,並且可為您節省許多時間。 為了手動獲得類似的成果,您必須實際以 3D (包括各種光源) 建立整個環境,這是大量的工作。

全套 (包括光源) 以 3D 組合的場景範例,達成攝影棚般的成果

有許多方法可以建立環境光線,包括從 3D 場景拍攝、從相片中拍攝,以及使用參數化系統。 如果環境光線是由 3D 場景所組成,則過程很簡單。 輸出影像必須為 32 位,這會擷取場景中所有光線的光線資訊。 3D 相機必須使用 equirectangular 投影 (輸出球面影像)。

由 3D Studio 環境光線照亮的場景範例

將工作室的 3D 場景演算成 32 位的等方形影像,創造出 3D 工作室環境光線

您也可以擷取真實世界的相片來建立環境光線。 為此工作流程,需要 360 相機 (例如 :Ricoh Theta Z1)。 接著,相機用於包圍曝光,或拍攝相同環境的多張相片,拍攝時具有多種不同的曝光值 (從曝光不足到曝光過度)。 然後,這些相片會用來建構 32 位影像,通常稱為 HDR (高動態範圍的簡稱)。 組合這類影像的一種方法是在Photoshop中使用「合併為 HDR」功能。 嵌入的曝亮度範圍將成為強度屬性。

由攝影環境光線照亮的 3D 場景範例

在 Photoshop 中使用包圍曝光和合併為 HDR Pro 建立相片環境光線

在這兩種情況下,光源 (及其延伸) 都會在這些影像中「烘焙」,並在使用光源後釋放光 Dimension 源。

在這些方法中,您已擷取所需的所有光源、反射和細節,但 3D 應用程式可讓您繼續在 3D 空間中編輯,因此您可以調整光源旋轉,以及變更整體強度和顏色。

在 3D 場景中控制環境光線的強度和方向

定向光源

除了從 360 度發出光線的環境光外,還有方向光,只從單一方向發出光源。 這些光源是用來模擬來自訂完善的散射器的閃光燈和其他類型的光源,並且可以將其形狀化為圓形或正方形。

使用定向光源可完全控制光源設定。 使用這些光源來照明場景的方式與傳統攝影相同,可獨立控制每種光線,讓您建立自己的虛擬攝影照明。 最常用的光源設定之一是 3 點光源系統。

Dimension 有一個方便的動作,「在點對目標光」可讓您透過在 3D 物件上按一下並拖曳來控制旋轉和高度。 如此一來,您就可以動態引導光線。 也可以手動調整這些參數。

您可以變更定向光源的顏色和強度,以及調整光源的形狀, 最後,您可以柔化光源的邊緣。

在Adobe中修改方向光的形狀 Dimension

如果讓光源小於物件,陰影會更銳利,外框會更清晰,因為光線無法經過發亮的物件。 較大型的光源產生較柔的陰影,因為在此情況下,光線來自物件的四面 (下方插圖中標示為紅色),建立陰影陣列。 這些陰影會由來自相反方向的光線柔化。

繪製圖表,說明光源強度、方向和大小如何使 3D 物件發亮,以及陰影投射

3D 光線大小如何影響 CGI 汽車模型的陰影軟度投射範例

太陽和天空

日光是一種特殊的定向光源。 設定此光的程式非常類似于一般定向光源,但此光會自動變更高度的顏色;當它接近水準 (低高度角度值) 時,會逐漸變暖以模擬日落。 您也可以使用預設集變更顏色。 同時,雲端特性會影響陰影的柔軟度。

在 Adobe 中調整 3D 汽車模型上日光光源的照明屬性 Dimension

月亮上唯一光源是日光的 3D 場景

我們可以使用環境光線模擬天空,並且可以使用任何帶有天空的環境光線。 現在,我們必須將陽光 (製成) 與在 Dimension 環境光線中捕捉的太陽對齊。 建立球體並將金屬材質指派給球體,是一種快速的方法;這將提供環境的即時反射,因此我們可以使用目標光,將日光與太陽對齊。

如果環境光線具有覆播天空,雲端特性屬性可用來更符合這些條件。

在 Adobe 3D 汽車模型上控制天空環境照明的雲端屬性 Dimension

將「日光」與「天空環境」光線配對後,您可以使用「整體旋轉」屬性一起旋轉這些光源。

以物件為基準的光線

開啟「光暈」屬性可將物件轉換為光源。 如此一來,就可以建立像是燈泡、霓虹燈、軟箱等物件,以及各種螢幕和顯示器。

使用這種照明的主要好處是強度下降,這會產生非常自然的結果。 這對於產品視覺化或其他工作室式場景相當實用。

具有衰減光源 (光暈色板) 與無限光源 (定向光源) 的光源

您可以使用變形工具,向上或向下縮放光暈物件,以控制陰影的柔軟度。 變大也會增加光源強度。

變更物件光的大小會增加光源量並柔化陰影

與先前我們所覆蓋的光源類型不同的是,除了純色之外,這些光源也可以利用紋理。 紋理可附加至材質的基本顏色,光源強度則可透過光暈滑杆控制。

將紋理套用至物件光線使 3D 汽車模型發亮

有效 3D 照明範例

產品照明

分別照亮 3D 耳機型號的 3 盞燈 (去背、填色和補光) 以及全部 3 種模式共同運作的範例

有許多攝影技巧可設定產品相片的光線。 我們將使用最常用的設定之一,即 3 點光系統。

此設定由三種光源組成:

  1. 去背光線: 作為主要來源,這會從相機方向大約檢視

    使 3D 耳機機型發亮的去背燈範例

  2. 反白光: 按向相對側的去背,用以顯示主體的輪廓。

    發光燈照射 3D 耳機型號的範例

  3. 補光: 較不密集且能填入較暗的區域,這適用于前兩盞光線無法到達的區域。

    使 3D 耳機型號發亮的補光範例

有兩種方式可在其中建立 3 點光源 - Dimension 使用定向光源 (個別將其新增至場景或使用 3 點光源預設集) 或透過光暈物件。

3D 場景中的 3 點光源設定範例

3D 照明設定中的軟箱會解構為框架、燈和螢幕

Creative光源

Vladimir Petkovic 的作品,標題為「Pipe Dreams」 (由 Vladimir Petkovic 創作)

Creative光源是實際精准度不是主要目標的位置。 這包含各種抽象和超現實的場景,因此我們的想像力帶給我們沒有真正的界限。

在上面的範例中,它的想法是要描繪一個類似夢幻的環境:有創意、貼上顏色和平滑表面。 光源系統是由三個光暈色版 (兩個側邊,另一個從底部閃爍) 組成。 所有光暈的色版都不實際地變大,會建立非常平滑的陰影和亮部。 光源會著色,且該顏色會轉移到場景中物件的指派材質中。

場景的主體 (管道) 完全被牆面幾何所包圍。 這樣會導致光線來回跳回,並以有趣的方式混合在一起。 嘗試酷炫的 VS 暖調通常會產生很好的對比 (此技巧有時用於肖像攝影)。

示範 Vladimir Petkovic 的 Pipe Dream 的 3D 照明設定的插圖

內部視覺化

客廳的 3D 室內場景

建立 3D 內部的視覺化遵循特定的規則組,幾乎永遠保證好的效果。 對於此使用案例,我們將僅考慮自然光線 (沒有人工來源,例如燈)。

首先,這樣的場景必須位於一個封閉環境中。 如同現實生活一樣,內部需要牆面、樓層、樓層、牆壁和視窗。 這可確保光線穿過視窗,然後跳回 (透過一個名為「光源追蹤」的程式)。 這種行為會產生非常自然的光線 (例如,圓角等圓點區域會較暗)。

由於場景幾乎完全圍繞著建築幾何圖形,因此幾乎不會出現極少的照明,而且環境光線幾乎不會出現反射。 但是,在這種情況下,我們實際上是在建立我們自己的環境,也就是內部環境。 因此光線會從場景中的物件和周圍牆面跳出,以做出反應。 這些物件將僅反映彼此及其周圍的牆。 儘管如此,還是加入具有天空的環境光線是一個好主意。 這會新增一些擴散藍色填色。

設定此光線的最簡單方法是使用具有光暈材質的平面。 在此使用方式下,我們有三個平面,涵蓋內部的所有開啟。

展示如何在 3D 客廳內部放置去背和補光的插圖,以使場景發亮

光源強度是由平面材質上的光暈屬性所控制。 您可以新增顏色,甚至紋理,用以投射有趣的陰影。 使用光暈材質也會提供光源強度衰減,對室內光源相當重要。

環境光線、環境及去背光線及環境的範例,以及使 3D 客廳場景發亮的去背和填充光線

戶外照明

在森林平面上,樹狀樹狀變形的場景,與 CGI 電線和帶狀圖交會在戶外 3D 照明下亮起

建立戶外照明相當簡單,並歸結為使用太陽和天空光線系統 (請參閱上方)。 務必將陽光正確符合天空環境光線,同時注意方向和雲端特性值。

在此場景本身扮演著重要的角色。 若要產生引人入勝的結果,請將場景中的物件當作與光線互動的催化劑。 在上方所顯示的森林演算中,物件 (各種符號、記錄檔和樹) 會彼此接近。

3D 森林場景中的物件表示光線與環境的互動方式

這表示由於光線會在物件之間退回,因此將會出現許多複雜的光線描圖互動。 有陰影的點會呈現深色 (如預期),而曝光區域則會維持亮度。

在 Adobe 中使用全域旋轉 Dimension ,在 3D 場景中重新定向太陽和天空光線系統

我希望此概觀能說明在各種情況下掌握 3D 光線的重要性。 您應該準備好開始產生更引人注目的結果。

照明愉快! 立即下載 [ Dimension 的最新版本 ] Dimension (HTTPs://creativecloud.adobe.com/apps/download/)。

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