在CGI中精通3D光線的秘訣與技巧

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

我們透過感官感知周圍世界：我們聽到、感覺、嗅覺、看到。 我們可以看見，因為我們的眼睛正在擷取由稱為光子的基本粒子帶給我們的資訊。 這些資訊由大腦處理以產生影像。 我們解釋為物件顏色、光澤、半透明或金屬品質都是光子與物件表面之間互動的產物。

電腦產生的3D場景中的光力學遵循相同的光子散射自然原理，透過稱為光線追蹤的過程。 光線會跳出形狀，並與它們的材質互動，有效地定義物件在最終影像中的顯示方式。 光源會顯示3D場景中任何內容的尺寸。

有些材質較其他材質對光線條件更為敏感。 以金屬為例：chrome物件基本上反映了周圍的一切。 如果光線移動、變亮或變大，所有資訊都會以鏡面般的細節直接顯示在鉻表面上，因此在不同的光線狀況下，其外觀會完全不同。

發出的霓虹LED

如何使用3D光源來建立有效的3D彩現

建立3D轉譯器的程式絕非完全相同，但這些是最常見的步驟：

當您進入光源階段時，最好先設定光源再使用材料。 要執行此操作，可以為整個場景指定中性灰色、霧面材質。 如此一來，您就能更清楚的看到並瞭解光源如何影響場景中的物件剪影。 材質完成後，光線可能需要進一步調整。

您最好一次操作一個指示燈。 作用中光源應該是場景中唯一可見的光，而所有其他光源應該暫時關閉。 如此一來，您就可以看到特定光線如何影響場景，並透過處理其屬性（例如位置、方向、強度等）來變更該效果。

另一個有用的技巧是使用閃亮的金屬材料（鉻或鏡子）來建立球面。 這個「鏡球」會有效反射其周圍的整個場景，因此您可以輕鬆判斷光源的位置、方向或大小。 在環境光線的情況下，您可在鏡球中看到其反射，這有助於設定其在空間中的定向。

Adobe Dimension中的光源型別

環境燈

環境光是等矩形（球狀）影像，會環繞在整個場景周圍。 顧名思義，這些光用來模擬整個環境，包括儲存在其中的光源。

當您在Dimension中建立新場景時，將會為您建立預設的環境光。 這就是您能夠立即實際看到場景中任何內容的原因。 Adobe Dimension Starter Assets包含特定數量的環境指示燈，您可以立即試用。 此外，Adobe Stock提供大量精選的環境光。

環境燈光會產生非常逼真的效果，可以節省您許多時間。 為了以手動方式達到類似效果，您必須實際在3D中建立整個環境（包括各種光源），這是相當大量的工作。

有許多方式可建立環境光，包括從3D場景擷取、從像片擷取以及使用引數系統。 如果環境光是從3D場景中製作的，則程式簡單明瞭。 輸出影像必須是32位元，才能擷取場景中所有光源的光線資訊。 3D相機需要使用等矩形投影（以輸出球面影像）。

您也可以透過擷取真實世界的像片來建立環境光。 此工作流程需要360攝影機（例如Ricoh Theta Z1）。 然後使用相機來設定曝光範圍，或拍攝同一環境的多個鏡頭，拍攝範圍包含不同的曝光值（從曝光不足到過度曝光）。 這些快照接著可用來建構32位元影像，通常稱為HDR （高動態範圍的簡稱）。 組裝這類影像的一種方式是在Photoshop中使用「合併為HDR」功能。 內嵌的曝光範圍會變成intensity屬性。

在這兩種情況下，光源（及其強度）都會「烘烤」到這些影像中，並且會在Dimension中使用後發出光。

在這些方法中，您已擷取所有您需要的光線、反射和細節，但3D應用程式可讓您繼續在3D空間中編輯它們，因此您可以調整光線旋轉以及變更整體強度和顏色。

方向光

除了從360度發射光的環境光，還有隻從一個方向發射光的定向光。 它們用於模擬手電筒和其他型別的光源，這些光源來自定義良好的發射器，並且其形狀可以是圓形或正方形。

使用方向燈可讓您完全控制燈光設定。 使用這些燈光照亮場景的方式與傳統攝影相同，在傳統攝影中，每個燈光都可以獨立控制，讓您建立自己的虛擬攝影燈光。 最常用的光源設定之一是3點光源系統。

Dimension有一個便利的動作，即「點亮對準」，讓您只要按一下並拖曳橫跨3D物件即可控制旋轉與高度。 如此一來，您就可以動態地引導光線。 這些引數也可以手動調整。

您可以變更定向光源的顏色和強度，以及調整光源的形狀 — 使其圓形或矩形、拉伸或變大。 最後，您可以柔化光源的邊緣。

中修改方向光的形狀

如果您使光源小於物件，則陰影會更銳利，具有更清晰的輪廓，因為光線無法通過亮物件。 較大的光源會產生較柔和的陰影，因為在此情況下，光線會來自物件的所有側（在下圖中為紅色），從而建立陰影陣列。 這些陰影會因來自相反方向的射線而變軟。

太陽和天空

太陽光是一種特殊的定向光。 設定它的過程非常類似一般的方向光，但是這種光會自動隨著高度改變顏色；當它接近地平線（低高度角度值）時，它會逐漸變暖以模擬日落。 也可以使用預設集來變更顏色。 同時，雲度會影響陰影柔軟度。

我們可以使用環境光來模擬天空，也可以使用任何以天空為特色的環境光。 現在，我們必須將陽光（以Dimension製作）與太陽對齊，以環境光線擷取。 快速的方法是建立球體，並為其指定金屬材料；這將為我們提供環境的即時反射，因此我們可以使用「瞄準點」光線將陽光與太陽對齊。

如果環境燈具有陰天的特徵，則可以使用cloudiness屬性來更符合這些條件。

的3D汽車模型上操控天空環境照明的雲度屬性

太陽光和天空環境光配對後，您可以使用「全域旋轉」屬性一起旋轉它們。

物件光源

透過開啟物件材質的「光暈」屬性，可以將物件轉換為光源。 如此一來，您就可以建立燈泡、霓虹燈、Softbox以及各種熒幕和顯示器等物件。

使用這種照明方式的主要優點在於強度會降低，因此會產生非常自然的結果。 這對於產品視覺效果或其他攝影棚型場景非常有用。

您可以使用變形工具，將發光物件放大或縮小來控制陰影的柔和度。 讓它變大也會增加光強度。

與我們之前涵蓋的光源型別不同，除了純色以外，這些光源還可以利用紋理。 紋理可以附加至其材質的基本顏色，而光強度則透過光暈滑桿來控制。

有效3D光線的範例

產品照明

設定產品快照的燈光有許多攝影技巧。 我們將使用其中一個最常用的設定，即3點光源系統。

此設定包含三個光源：

在Dimension中建立3點光源的方法有兩種 — 使用方向光（個別新增到場景或使用3點光源預設）或透過發光物件。

Creative照明

Creative照明用於實體精確度並非主要目標的地方。 這包括各種抽象和超現實的場景，因此我們的想象力沒有真正的界限。

在上面的範例中，這個想法是描繪一個夢幻般的環境：糖果、粉色和光滑的表面。 照明系統由三個發光板組成（兩個在側邊，而主要一個從底部發光）。 所有的發光板都非常大，因此會建立非常平滑的陰影和亮部。 光源會著色，該顏色會傳輸到場景中指定給物件的材質中。

場景的主旨（管路）被壁幾何完全包圍。 這會導致光線來回跳動，並以有趣的方式混合在一起。 使用冷色調和溫暖色調時通常會產生很好的對比（這種技巧有時用於肖像攝影）。

內部視覺效果

建立3D內部視覺效果時，會遵循一組特定規則，幾乎永遠可確保產生良好的結果。 在此使用案例中，我們將僅考慮自然光（無人造光源，如燈）。

首先，類似的場景需要在封閉環境中。 如同現實生活一樣，室內也需要牆壁、地板、天花板和窗戶。 這樣可以確保光線會透過視窗，然後在周圍彈回（透過稱為光線追蹤的程式）。 這種行為會產生非常自然的照明(例如，被遮蔽的區域（如轉角）會變暗)。

由於場景幾乎完全被建築幾何所包圍，因此我們將看到非常少的照明，而且幾乎不會看到來自環境光的反射。 不過，在此案例中，我們實際上是在建置我們自己的環境，也就是內部本身。 因此，光線會透過跳出場景中的物件和周圍的牆壁來與場景中的物件反應。 物件只會彼此反射，而周圍的牆壁也會反射。 不過，建議加入以天空為特色的環境光。 這將會增加一些擴散藍色填色。

設定此光源最簡單的方法是使用具有發光材料的平面。 在此使用案例中，我們有三個平面，它們覆蓋內部的所有開口。

光的強度是由平面材料上的光暈屬性所控制。 您可以新增顏色或甚至紋理，以用來投射有趣的陰影。 使用光暈材質也會提供光強度衰減，這對於室內照明相當重要。

戶外照明

建立戶外照明相當簡單明瞭，最終可以使用日光和天空光系統（請參閱上文）。 請務必正確搭配陽光與天空環境光，同時注意方向與雲度值。

這個場景本身在其中扮演了重要的角色。 若要產生令人注目的結果，請使用場景中的物件作為與光線互動的催化劑。 在上面所示的森林演算中，物件（各種植物、原木和樹木）彼此靠近放置。

這表示當光線在物件之間跳出時，會有許多複雜的光線追蹤互動。 著色斑點會如預期般變暗，而暴露區域仍保持明亮。

我希望本概述能說明在各種情況下掌握3D光線的重要性。 您應已準備好開始產生更有說服力的結果。

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