掌握CGI中3D光照的提示和技术

了解3D光照、如何创建可以完全改变计算机生成场景的各种光照条件以及对象在这些光照环境下的显示方式。

我们通过感官来感知周围的世界：我们聆听、感知、闻到、看到。 我们能够看到这些信息，是因为我们的眼睛正在接收名为“光子”的初级粒子带给我们的信息。 我们的大脑会处理这些信息，以产生图像。 我们所认为的对象的颜色、光泽度、translucency或金属品质，都是光子与对象表面之间相互作用的产物。

计算机生成的3D 场景中的光力学遵循与光子散射相同的自然原理，整个过程称为射线追踪。 光线从形状上反射并与其材料交互，有效地定义了对象如何显示在最终图像中。 光线公开了3D 场景中任何东西的维度。

有些材料对光照条件比较敏感。 以金属为例：铬制对象基本上可以反射周围的一切。 如果移动光线，使其变得更亮或更大，则所有这些信息都可以直接在镀铬表面上看见，其细节程度几乎与镜面一样，因此，它可以在不同的光照条件下呈现完全不同的效果。

发出的霓虹灯LED

如何使用3D光照创建有效的3D渲染

创建3D渲染的过程不可能完全相同，但以下是最常见的步骤：

进入光照阶段时，最好在处理材料之前先设置光线。 为此，可以为整个场景指定中性的灰色遮罩材料。 这样，您将能够更清楚地看到和了解光线如何影响场景中对象的明暗轮廓。 材料完成后，可能还需要进一步调整光照。

最好一次只开一处光线。 活动光应该是场景中唯一可见光，而所有其他光应该暂时关闭。 这样，您就可以看到特定的光线是如何影响场景的，以及如何通过处理其属性（如位置、方向、强度等）来改变它。

另一个有用的技巧是使用亮面的金属材料（铬或镜子）创建一个球体。 这个“镜面球”将有效地反射它周围的整个场景，因此您可以轻松确定光线的位置、方向或大小。 对于环境光，您将能够在镜面球中看到其反射，这将有助于设置其在空间中的方向。

AdobeDimension中的光源类型

环境光照

环境光是等距柱状的（球形）图像，环绕在整个场景周围。 顾名思义，这些光线用于模拟整体环境，包括存储在它们中的光源。

在Dimension中创建新场景时，将为您创建默认环境光。 这就是您能够立即看到场景中任何内容的原因。 AdobeDimension入门资源包含一定数量的环境光，您可以立即试用。 此外，Adobe Stock提供了大量精选的环境光。

环境光可以产生极为逼真的效果，并为您节省大量时间。 为了手动实现类似效果，您必须在3D空间中实际创建整个环境（包括各种光源），这是一项大工程。

创建环境光的方法有很多，包括从3D 场景中拍摄、从照片中拍摄以及使用参数系统。 如果环境光是从3D 场景制作的，则过程很简单。 输出图像需要为32位，它将捕获场景中所有光照的光线信息。 3D相机需要使用等距矩形投影（以输出球面图像）。

您还可以通过拍摄真实世界的照片来创建环境光。 此工作流程需要360相机（例如，Ricoh Theta Z1）。 然后，使用该相机进行包围曝光，或者使用一系列不同的曝光值（从曝光不足到曝光过度）对同一环境拍摄多张照片。 然后，这些照片用于构建32位图像，通常称为HDR（高动态范围的简称）。 合成此类图像的一种方法是，使用Photoshop中的“合并到HDR”功能。 嵌入的曝光范围将成为强度属性。

在这两种情况下，光源（及其强度）都会“烘焙”到这些图像中，并且一旦在Dimension中使用，它们便会发光。

虽然通过这些方法，您已经获得了需要的所有光照、反射和细节，但3D应用程序仍允许您继续在3D空间中对它们进行编辑，使您可以调整光照的旋转，以及更改整体强度和颜色。

定向光

除了可以360度发光的环境光之外，还有只能从一个方向发光的定向光。 这种光可用来模拟手电筒和轮廓明确的发射器发出的其他类型的光，这些光的形状可以是圆形或方形。

使用定向光可以全面控制光照设置。 使用这些光线照明场景的方式与传统摄影时的方式相同，您可以分别控制每种光线，从而构建自己的虚拟摄影光照。 最常用的光照设置之一是“三点光”系统。

Dimension有一个叫作“将光线对准一个点”的便捷操作，通过这个操作，您只需单击和拖动3D对象，就可以控制旋转和Height。 这样，您就可以动态地定向光线。 这些参数也可以手动调整。

您可以更改定向光的颜色和强度，以及调整光源的形状 — 使光源呈圆形或矩形、拉伸光源或扩大光源。 最后，您可以柔化光源的边缘。

中定向光的形状

如果光源小于对象，则阴影将变得更加锐利，且轮廓更加清晰，这是因为光线无法穿过被照亮的对象。 较大的光源会产生较为柔和的阴影，因为在这种情况下，光线从对象的四周射入（在下图中用红色标记），从而形成一系列阴影。 来自对面方向的光线柔化了这些阴影。

太阳和天空

日光是一种特殊类型的定向光。 设置日光的过程与设置常规定向光的过程非常相似，然而日光会随Height自动改变色彩；当它接近地平线时（Height角度值低），它将逐渐变暖以模拟日落。 颜色也可以通过使用预设进行更改。 同时，混浊度也会影响阴影的柔和度。

中操控照射在3D汽车模型上的日光的光照属性

我们能够使用环境光模拟天空，并且可以使用任何具有天空特征的环境光。 现在，我们必须将Dimension中拍摄的日光与环境光中拍摄的太阳对齐。 一种快速的方法是创建一个球体，并为其指定金属材料；这将为我们提供环境的实时反射，因此我们可以使用“将光线对准一个点”来将日光与太阳对齐。

如果环境光具有阴天的天空特征，则可以使用混浊度属性，更紧密地贴合这样的环境。

中，操控照射在3D汽车模型上的天空环境光的混浊度属性

将日光和天空环境光配对之后，您可以使用“全局旋转”属性让它们一起旋转。

基于对象的光照

开启对象材料的“发光度”属性，可以将对象转换为光源。 通过这种方式，可以创建灯泡、霓虹灯、柔光箱以及各种屏幕和显示器之类的对象。

使用此类照明的主要好处是强度会衰减，从而产生非常自然的效果。 这对于产品可视化或其他基于摄影棚的场景非常有用。

您可以使用变换工具，通过上下缩放发光对象来控制阴影的柔和度。 使其变大也会增加光线强度。

不同于我们之前介绍的光线类型，这些光线除了纯色之外，还可以利用纹理。 可以将纹理附加到其材料的base color上，并通过“发光度”滑块控制光线强度。

有效的3D光照示例

产品光照

拍摄产品照片时，设置光线的摄影技术有很多。 我们将使用最常用的设置之一，即“三点光”系统。

该设置包括三种光源：

在Dimension中创建“三点光”的方法有两种：使用定向光（将三种光分别添加到场景或使用“三点光”预设）或通过发光对象。

创意光照

创意光照用于不以物理准确度为主要目标的场景， 这包括各种抽象和超现实场景，因此我们的想象力可以自由翱翔而不受现实边界的限制。

在上例中，这个想法是描绘一个梦幻般的环境：糖果、柔和的色彩和平滑的表面。 照明系统由三块发光板组成（其中两块在侧面发光，另外最主要的一块在底部发光）。 所有发光板都不可思议的大，由此产生了非常平滑的阴影和高光。 光源都加了颜色，而颜色又转移到为场景中的对象指定的材料中。

场景的主体（管道）完全被壁几何体所包围。 这会导致光线来回反射，并以有趣的方式混合在一起。 冷、暖色调的结合使用通常会产生很不错的对比效果（这种技术有时用于人像摄影）。

内部视图

只要遵循一定的规则来创建3D内部视图，几乎都能保证良好的效果。 在本例中，我们只考虑自然光（不考虑人工光源，如灯光）。

首先，这样的场景需要放在封闭的环境中。 就像在现实生活中一样，室内需要墙壁、地板、天花板和窗户。 这样就能确保光线穿过窗户，然后四处反射（通过一个称为射线追踪的过程）。 此行为可产生非常自然的光照（例如，角落等被遮挡区域会变暗）。

由于场景几乎完全被建筑几何体所包围，因此我们能看到的照明微乎其微，并且几乎看不到来自环境光的反射。 但是，在这种情况下，我们实际上是在构建自己的环境，即内部本身。 因此，光线将与场景中的对象发生反应，从对象和周围的墙壁上弹出。 这些对象只会在相互之间、以及与周围的墙壁之间进行反射。 尽管如此，最好能增加一个带有天空特征的环境光。 这将添加一些散射的蓝色填充。

设置这种光线最简单的方法是使用带有发光材料的平面。 在本例中，我们使用三个平面，它们覆盖了这个房间的所有开口。

光线的强度由平面材料上的“发光度”属性控制。 您可以添加一种颜色，甚至可以添加纹理，用于强制转换有趣的阴影。 使用发光材料还可以使光线强度衰减，这对于室内光照非常重要。

户外光照

创建户外光照非常简单，可以归纳为使用“太阳和天空”光照系统（请参见上文）。 正确匹配日光与基于天空的环境光至关重要 — 需要注意方向和混浊度的值。

场景本身在其中发挥着重要作用。 为了产生引人注目的效果，请使用场景中的对象作为催化剂，与光线相互作用。 在上图所呈现的森林中，对象（各种植物、木头和树）放置的位置相互靠近。

这意味着当光线在对象之间反射时，将会有许多复杂的射线追踪交互。 阴影点会显得很暗（如预期的那样），而公开区域则保持明亮。

希望这篇概述文章阐明了在各种情况下掌握3D光照的重要性。 您应该已经做好准备，可以开始创作更加引人入胜的作品了。

祝您有一段愉快的“光照”之旅！ 立即下载最新版本的Dimension。