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红雨老师给大家讲3ds max高级光照系统  

2009-11-18 21:23:31|  分类: CG资源 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                 红雨老师给大家讲3ds max高级光照系统
  1、什么是高级光照     高级光照是3dsmax的新增功能,它与传统的照明系统有很大的区别。它可以充分分析并计算场景中物体与物体之间的光照关系,从而得到真实的渲染结果。 3ds max中包含了两个不同的高级光照系统。我们应当了解每一个系统的特点从而正确的选择应当选用哪一个系统完成我们的工作。
高级光照是3dsmax的新增功能,它与传统的照明系统有很大的区别。它可以充分分析并计算场景中物体与物体之间的光照关系,从而得到真实的渲染结果。 3ds max中包含了两个不同的高级光照系统。我们应当了解每一个系统的特点从而正确的选择应当选用哪一个系统完成我们的工作。
在3dsmax系统的高级光照中,如何全面的考虑并计算场景中的光线是最重要的问题。传统的渲染引擎只考虑直接光照,不考虑反射光,然而,反射光是一个场景的重要组成部分。
全局光照
3dsmax中的两套高级光照系统 :3ds max提供两个GI系统,光追踪器和光能传递。
光线追踪可使用的范围较广,也比较易于掌握。我们使用这种全局光系统在建模及动画方面没有太多的限制。这种全局光系统对于物理比例没有严格的要求,任何模型和灯的类型都适用于这种光线追踪全局光系统。
光能传递则比较复杂,我们需要为这种处理方式专门准备模型和场景。在这种系统中灯光必须是光度控制灯,材质也必须仔细设计。但光能传递在物理尺度上是精确的;我们可以应用这套系统对建筑模型作精确的光照分析。
光追踪器在每一帧都计算光照。光能传递只会计算一次,除非场景中的物体移动了或灯发生了变化,或者是在从另一个不同的视点渲染场景时。
一般情况下,我们通常使用光追踪渲染器渲染室外场景或角色动画;用光能传递渲染没有角色动画的室内场景。
光线追踪渲染器的工作原理
光线追踪渲染器的工作原理是基于采样点的,首先光线追踪渲染器将建立规则的采样间距,并在物体的边缘和高对比位置进行进一步的采样。光线追踪渲染器将从每一个采样点发射出一定数量的探测光线,光线碰到的物体的光被加到采样中,在光线不与物体接触时会考虑天光灯。通过例图我们看到光线追踪会在物体边缘、结构转折和投影的位置增加采样点。
      做个例子:打开你的3ds max 制作一个简单的场景 一个地板,一个环形节。打一盏灯光,skylight (天光灯)选择 渲染、高级照明、光追踪器命令。这样,我们会进入光追踪渲染器的界面 。设定光线采样数为50 。将反弹次数调整为1 ,然后渲染 。渲染后,开启最后方的开启采样复选框。再次渲染。(注意图不要太大 )我们在第二张图上看到了采样点 。红色的那些小杂点。他们集中在物体的边缘。以及物体的形体转折的地方。我们发现渲染速度比较慢 。环形节上的采样点非常多。另外,平坦处的地面好像颜色非常不均匀,解决的方法为:选择地面,点击鼠标右键,选择属性。在,高级光照标签内找到“重聚集管线倍增,改变参数为:4。这样地板上的光线总数为50*4 。所以我们可以用这种方法单独增加每个物体的计算精度。再次渲染前关掉采样显示,并调节向下细分为8*8。再次渲染,我们看到物体上的采样点减少了。地板上的噪波得到控制。
  好下面总结光线追踪渲染器的工作流程:
我们利用光线追踪系统渲染真实的场景,其中最重要的部分就是设置光线的反弹。只有增加了光线反弹物体的暗部才会出现反光效果,我们才不用单独去设置补光,才能达到全局光模拟真实光照的目的。在真实地世界中光线反弹超过3次后光线就会衰减到几乎不可察觉的程度。在使用光线追踪系统渲染真实的场景时,将光线反弹的次数每增加一个数值,渲染时间都会增加将近一倍。过多的反弹次数对画面影响并不是很大,因此大多数情况下我们会将反弹值设定为1,顶多设定为2,再多的数值就没有太大意义了。下面的三张图像分别为反弹0-2次的渲染结果,你可从中比较效果上的差异,我们发现从没有反弹到反弹1次的效果有很大的差异,但反弹1次和反弹2次差异并不很大。加速光线追踪系统的渲染速度。如何加速是关键。
 加速光线追踪的渲染速度是非常重要的,如果你决定使用光线追踪渲染你的动画就应当多花一些精力对场景进行优化,这种努力会使你在渲染上节约大量的时间。具体的优化方法如下:(1)不要设定太高的反弹次数,这一点刚才已经讲过就不举例了。(2)排除不需要的物体:你可以规定一些不需要进行光线追踪的物体。这样的设置可以先选择物体然后点击鼠标右键选择Properties(物体属*)命令,然后在弹出的对话框中选择Adv.Lighting标签,并在标签中勾选Exclude From Adv.Lighting Calculations复选框。(3)优化用于采样的光线的数目:光线追踪渲染器将从每一个物体的采样点发射出一定数量的探测光线,光线碰到的物体的光被加到采样中。我们可以细致地规定每个物体上的用于采样的光线数量的倍增系数,在小的物体上,可以使用0.5的倍增系数而仍然可以得到好的结果。此选项也在物体属*对话框中;名为Num . Regathering Rays Multiplier。(4)减少采样:采样有一个初始的和最小的细分设定值。通常大的平坦表面的细分程度不在初始的设定值之下。对比区域和边被细分一次,如果细节仍然很高,将会继续细分,直到最小值。增大最小值将限制产生的采样点的数目,使他们更少一些,我们可以在不影响最终效果的情况下适当增加最小细分值来达到减少光子的目的。
  使用光线追踪系统的注意事项 :
(1)尽量将带有透明贴图的物体排除在高级光照之外,因为这样的物体将明显使渲染速度受到影响,因为落在透明表面的光线被分成两条,一条反射而另一条穿透过去。这会导致光线数目的指数增长。(2)当使用光线追踪器时应使用标准灯光,并且不需要开启曝光控制。(2)当使用光线追踪器时应使用标准灯光,并且不需要开启曝光控制。(3)天光灯的阴影效果较好但是必须借助于高级光照系统,如果你即打算使用天光灯的投影效果,又不打算用高级光照,就可以将反弹次数设置为0。(4)如果你有一盏带有天空颜色细节贴图的天光灯,一定要对贴图进行虚化来避免噪波,因为光追踪器投射的随机光线会丢失大量细节。虚化到图像无法识别的程度仍然可以渲染出正确的场景,并可以帮助减少获得平滑的光照所需的光线的数目。(5)粒子系统应该被排除在高级光照处理之外,因为他们产生的几何物体的数量太多。
     使用光线追踪系统的工作流程
 (1)建立在高级光照系统中使用的场景和普通的场景没有太大区别,你可以用标准灯光对场景进行照明。
(2)使用Rendering\Advanced Lighting\Light Tracer命令激活高级光照,使用默认的设置并把反弹次数设定为1。
(3)进行渲染测试。查看大的平坦表面的噪波图案。查看反光效果。
(4)通过调整Rays/Sample的数目或Filter Size(滤波器)的值来去除噪波图案。如果噪波仅限于一个或几个物体上,试试调整这些物体的光线倍增系数。如果物体对场景影响不大也可以试着将他们排除在高级光照之外。
(5)如果反光的效果看不出来,试着调整Global Multiplier(全局亮度倍增)或Object Multiplier(物体亮度倍增)的数值。如果对某些物体来说效果太弱或太强,使用高级光照材质来进行修改。
(6)重复进行渲染测试和调整工作直到图像令人满意为止。
  光线追踪系统的具体参数
使用Rendering\Advanced Lighting\Light Tracer命令可开启光线追踪器面板。
General Settigs选项组 Global Multiplier:全局倍增器,用来控制光追踪器的整体效果。注意,过高的数值会使反射光比落在表面上的光更多,导致物体产生不真实的发光。
Object Mult:物体倍增器,用来增减场景中物体上的灯光效果。注意,只有当Bounce(反弹)值大于或等于2时该设置才有明显的效果。
Sky Lights:天光灯,当该选项被选中时,将计算场景中的天空灯。场景中可包含多个天空灯。它右侧的参数值用来设置天空灯的强度。
Rays/Sample:光线/采样,用来设置每个采样点所投射的光线的数目。数值越高质量越好,但渲染时间也会相应增加。
Color Filter:颜色过滤,过滤投射到物体上的光线。
Color Bleed:颜色混合,用来控制颜色混合的程度,也就是我们通常考虑的环境色影响强度。如果色彩混合过弱,可使用这个倍增器加强环境色效果。
Bounces:设置反射光的次数。要看到反光效果和进行色彩混合,该数值必须至少为1,最大不应超过3。
Cone Angle:锥体角度,设置投射光线的分布角度。该角度定义一个锥体,所有投射光线都在该锥体之中。
Volumes:大气效果被当作发光体看待。该倍增器可让你自定义他们在场景中的效果。
Adaptive Undersampling:此选项最好不要关闭,否则会强制计算机对每个像素进行采样,但这样做只会增加计算时间而不改变画面效果。
Initial Sample Spacing:初始采样间距,初始采样网格的间距是均匀的,你可以定义初始间距。减少间距也许可以帮助避免出现在不被自动细分的大表面上的噪波。
Subdivision Contrast:细分对比度,降低对比度阈值以便对更多的有对比度差别的区域进行采样。这可被用于减少在天光灯形成的虚阴影或反射光效果中的噪波。
Subdivide Down To:细分,设置网格细分的最小间距。过小的细分会使渲染时间增加,但质量很好。
Show Samples:显示采样点。
 好了,关于光线追踪的流程和参数介绍完了。
lighttracer和其他全局光渲染器一样,最好打开天光和一个主光源来产生阴影,用天光产生环境照明 。可以在投影里贴位图模拟焦散效果 。
 

   下面讲解光能传递:
光能传递系统的基本概念 :光能传递是3dsmax中的另外一种全局光照明系统,它能够根据真实的物理尺寸计算场景中物体表面上的光线的反射效果,从而得到真实的照明结果。
光能传递的特点 (1)光能传递在渲染前将针对每个物体自定义光能传递的solution解算质量。(2)光能传递一旦进行了solution解算,你就可以从场景的任何角度观察场景了。该solution解算结果也被存入.max文件中。(3)光能传递不需要额外的灯模拟环境光。(4)在光能传递环境中自发光物体可以通过设定光能传递优先的材质类型发射出光线。(5)配合光度测光灯,光能传递可以提供用于光分析的精确结果。(6)光能传递的计算结果可以在实时显示视口中观察。
光能传递的计算方法:
光能传递的计算过程是在几何学的基础上计算光在物体上的反弹。几何三角面试光能传递计算的最小单位。因此过大的三角面将被细分成小三角面从而获得正确的计算结果。场景中的每一个三角面将会先计算从光源到达此面的光能量,然后根据表面的物理属*计算有多少光将反射到场景中。其他的面也会接受反射光,并将所有面反射过来的反射光加入到光源光中进行光能混和计算。这样的计算在重复多次后将得到非常准确地计算结果。
使用光能传递系统的注意事项:
光能传递的计算会依赖于物体的材质和物体的表面属*来获得物体上精确的结果。在为场景进行建模时物体的几何结构应当尽可能的准确,否则则可能导致不准确的渲染结果。光能传递依赖于材质和表面属*以获得物理上精确的结果。在场景中进行建模时你必须牢记这一点。请使用光度控制灯而且你的模型的几何结构应尽可能准确。如果,我们是直接拼接摆放的模型 ,这种结果就是错误的。对于光能传递来说,必须利用三角面计算。如果我们把墙壁从地面挤压生成模型。这样就是正确的物理结构了。光能传递就不会出错。还有一点需要注意:三角面壁需要设置的均匀 。否则容易产生光斑。幸运的是光传系统可以自动细分三角面。 我们知道在光能传递的计算中三角面是最基本的计算单位。如果数目不够,结果会不精确,但如果太多,时间又会太长。光能传递将自动对过大的三角面进行细分,并且可以对你规定的物体设定细分程度。
   使用光线追踪系统的工作流程:
下面是光能传递建模和渲染的一个典型工作流程的说明。详细的设置请参见后面的具体参数。(1)在建立模型时必须注意单位尺寸,模型应按照真实的空间尺度建立。在建模时应设法使模型符合光能传递渲染的要求。(2)创建和指定材质。对自发光物体和某些需要强化光能传递属*的反光的或彩色的材质,使用高级光照材质进行设定。(3)使用光度控制灯以获得更加真实的结果。如果你的目的是分析一个房间中的光照,光度控制灯可以使你完全控制亮度、颜色和光的分布。普通的灯也能工作,但光能传递的结果会受到很大影响。(4)激活对数曝光量控制,因为光能传递和光度控制灯需要它。你会发现某些表面需要更多的面,而某些物体实际上和结果是无关的,你可以通过将他们排除来节省处理时间。(5)改变你的光能传递的解决方案的设置,在质量、渲染时间和内存使用之间找到一个平衡。根据你想要得到的不同结果,设置会有很大差别。可以用非常长的时间渲染一幅静态图像以获得高的质量,但渲染动画的时间太长的话就需要做一个折衷处理了。(6)针对那些照明不正确或有缺陷的模型,修改其网格或优先于细分的属*。调整材质属*,并增加和调节高级光照优先于材质的属*。 (7)在使用光能传递灯光时必须是用真实的空间尺寸,和光度控制灯。光度控制灯的亮度是和真实的灯光一样的,比如一盏100瓦的灯是无法照亮一个1000平米的建筑大堂的。
光能传递系统的具体参数 :
使用Rendering\Advanced Lighting\Radiosity可以打开光能传递控制面板。
Radiosity Processing Parameters展卷栏。
Reset:把光能传递的结算结果复位。使视口显示回到初始状态。
Start:开始光能传递处理并建立一个新的解算。处理完成时,视图中以光影模式显示光能传递解算。
Stop:停止光能传递解算。解算结果将处在已完成部分的基础上。
Initial Quality:设置场景所需要的解算级别,一般用40-70的数值测试,用85-99解算最终结果。
Refine Iterations (All Objects):为场景中的所有物体定义一个超越全局设置的计算值。
Process Refine Iterations Stored in Objects:为场景中的所有物体定义一个超越全局设置的细化计算值。
Update Data When Required on Start:当此选项为开启时光能传递引擎在从新开始进行结算时会使设定数据更新。
Filtering:滤波选项会在相邻面之间平均光能传递。该值越高,越多的面被平均。少量的滤波值比不作滤波时采用更高的初始质量设置所能得到的效果更好。改变该数值会立即更新视图。
Logarithmic Exposure Control:可以打开对数曝光控制选项对场景进行进一步的图像调整。
Display Radiosity in Viewport :决定是否在视口中实时显示光能传递计算结果。
Radiosity Meshing Parameters展卷栏。
Enabled:是否开启全局网格细分选项。
Meshing size:此数值决定细分网格的大小。
Light Painting展卷栏。(此展卷栏允许用户手动控制阴影或照明区域的亮度。)
Intensity:设置增加或减少的亮度单位。
Pressure:设置增加或减少亮度单位的百分比。
Rendering Parameters展卷栏。
Rendering Parameters展卷栏。
我们可以在这个展卷栏中设置渲染参数。
Re-Use Direct Illumination from Radiosity Solution:使用此选项会使最终的渲染加快速度但是质量比较粗糙,因为这种设置将使用存储在网格中的直射光线与解算结果混合渲染最终效果。如果你要渲染较长的连续动画,可以尝试使用此选项,但应当将物体网格细分值设的较高,这样将节约总体的渲染时间。
Render Direct IIIumination:渲染直射光线。使用这种方法进行渲染将会得到较好的效果,但时间将会很长。此选项为默认设置。
Regather Indirect Illumination:重新聚和间接光线。
Rays per Sample:光线数量采样值,此数值越高渲染效果越好但渲染时间也会越长。
Filter Radius (pixels):为降低早波而平均相邻面的采样,默认值为2.5。Clamp Values (cd/m^2):闲置亮度数值单位,避免画面中出现过度的亮斑。Adaptive Sampling group 。
Adaptive Sampling:开启此选项3dsmax会应用适应*采样值,光能传递计算会加速,关闭此选项会得到更好的渲染结果,但会消耗更多的时间。]
Initial Sample Spacing:初始采样间距,初始采样网格的间距是均匀的,你可以定义初始间距。减少间距也许可以帮助避免出现在不被自动细分的大表面上的噪波。
Subdivision Contrast:细分对比度,降低对比度阈值以便对更多的有对比度差别的区域进行采样。这可被用于减少在天光灯形成的虚阴影或反射光效果中的噪波。
Subdivide Down To:细分,设置网格细分的最小间距。过小的细分会使渲染时间增加,但质量很好。
 Show Samples:显示采样点。
Statistics展卷栏。
Solution Quality:显示光能传递过程中当前的质量级别。
Refine Iterations:显示光能传递过程中细化迭代次数。
Elapsed Time:显示最近一次复位后处理解决方案所花费的时间。
Geometric Objects:显示光能传递过程中被处理的几何体对象数目。
Light Object:显示光能传递过程中被处理的灯光对象数目。自发光物体的每个面都被看作一个灯光。
Meshing Size:显示世界单位坐标中的光能传递网格的尺寸。
Mesh Elements:显示网格处理过程中元素的数目。
 
物体属*面板中的光能传递设置面板 :
我们可以在物体属*面板中对每一个物体设置相应的高级光照属*。选择物体后点击鼠标右键并在菜单中选择Properties命令可打开物体属*面板。
物体属*对话框中的高级光照面板有一些设置既可以用于光能传递也可以用于光跟踪器。由于只有少部分设置适用于光跟踪器,所以我们在这里进行具体介绍。Exclude from Adv.Lighting Calculations:此选项可以使物体被排除,它不会反射光,也不接受反射光,只能接受直射光。Cast Shadows:此选项决定物体是否在高级光照中产生投影。Receive IIIumination:被禁止时,物体不接受直射或反射光。重新用直射光渲染你会得到一个黑的物体。这意味着网格物体不会存储直射或反射光。Num. Regathering Rays Multiplier:此选项可以让我们细致地规定每个物体上的用于采样的光线数量的倍增系数。 Diffuse (reflective & translucent) 你可以分别打开或关闭光能传递处理中的漫反射光照分量。Specular (transparent) 你可以分别打开或关闭光能传递处理中的高光光照分量。Specular (transparent) 你可以分别打开或关闭光能传递处理中的高光光照分量。Exclude from Regathering:当solution解算已经提供可以接受的结果时,可以在重新计算中把物体排除。这样将会提高计算速度。Use Global Subdivision Settings:决定是否使用全局细分设置。Subdivide:细分设置 。Meshing size:重新定义网格细分的尺寸 。
Radiosity Refine Iterations:设置物体应该获得的迭代次数。 Iterations Done:已完成的迭代计算次数。Exclude from Radiosity Processing:如果你选择的是灯光物体可以将此灯光在光能传递中排除。 Store Direct IIIumination in Mesh:将直射光能储存在网格中。

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