真實光分析與Mental Ray應(yīng)用2

    [續(xù)上篇]
        四.自然光源分析
 　   我們先看下圖，這是一個簡易的光照示意圖。場景中的對象主要會被三種光源所照亮，分別是日光光源、天空光源、反彈光源。而這三種光源交互作用后，就會產(chǎn)生我們真實世界的自然光源光照效果。
　　在對象日光直接照射的地方，它同時受到了日光光源和天空光源的作用。但是由于日光的亮度比較大，所以它主要呈現(xiàn)的是日光的白色。而中間過渡部分視角度的不同，為日光光源和天空光源的混合，所以會呈現(xiàn)由白到藍的漸層色。最后沒有被日光直接照射到的部分，僅受到日光光源與反彈光源的作用，所以它呈現(xiàn)的是偏綠的顏色。
　　反彈光源必須在真實光源存在的時候才會產(chǎn)生。如果沒有真實光源的存在，那么就沒有光可反彈。在光線進行反彈的同時，會將對象的顏色夾帶過去另一個對象表面上。如下圖，因為原本白色的日光光源照到地上后，就會帶點綠色再反彈到對象上，所以在白色對象的下方會偏綠色，這也是一般俗稱的色彩溢出或色溢現(xiàn)象。
　　陰影部分有兩種陰影混合在一起，分別是日光光源所產(chǎn)生的硬陰影與天空光源所產(chǎn)生的軟陰影。這樣的混合陰影也是真實陰影的效果。

圖：日光、天空、反彈三種光源交互作用下的結(jié)果示意圖，主體有日光漸層色與地板的反彈色，陰影有層次效果 

　　如果只有日光光源而沒有天光光源的話，可以看見由日光所產(chǎn)生的比較硬或比較黑的陰影，而對象表面顏色沒有天空光源的藍色，但反彈光源的綠色是依然會產(chǎn)生的，如下圖。

圖：只有日光光源、反彈光源沒有天光光源交互作用示意圖，主體有日光漸層色與地板的反彈色，陰影沒有層次效果 

　　如果只有天空光源而沒有日光光源的話，可以看見由天空光源所產(chǎn)生的比較軟或比較淡的陰影，而對象表面顏色沒有日光光源的白色過渡，只會有天空泛藍的顏色而已，如下圖。

圖：只有天光光源示意圖，主體顏色泛天空藍色，有著微弱的軟陰影，但沒有日光效果與硬陰影

　　天空本身是沒有顏色的，但我們觀察天空都會具有顏色，不同的時間會有藍色、黃色、紅色、紫色等，那是因為由太陽發(fā)出的白光是由紅、橙、黃、綠、藍、青、紫的可視光所組成，它們波長依次減少。
　　空氣是由懸浮在空中各種各樣的微小分子和其它微粒組成，當(dāng)光在空氣中傳播時，波長較長的色光（如紅光）透射力強，能透過大氣射向地面，波長較短色光（如藍光）就很容易發(fā)生散射現(xiàn)象，被散射了的藍色光布滿天空，就使天空呈現(xiàn)出一片蔚藍。
　　了解自然光源的基本原理后，其實就是日光光源、天空光源和反彈光源這三種光源交互作用，產(chǎn)生了日出、日落、黃昏、正午等豐富而美麗的自然景色，接下來將仔細(xì)探討一下不同情況的自然光源光影效果。
　　1.清晨

圖：清晨天空泛藍，但還沒有日光照射，整體色調(diào)偏冷，顏色層次比較弱

　　在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為清晨時間，由于相關(guān)的太陽與天空設(shè)定，包括顏色、強弱等全都會自行依照時間改變，所以直接進行渲染就可以得到清晨的光照效果。仔細(xì)看一下白墻上的顏色，就會發(fā)現(xiàn)一樣泛著藍色，沒有光照的部分也是只有微弱的軟陰影，這與真實情況的光影效果一致。

　　在使用Daylight System（日光系統(tǒng)）時，建議必須要搭配曝光控制來控制畫面亮度，這樣可以得到最為真實的影像效果，關(guān)于mr Photographic Exposure Control（mr攝影曝光控制）功能相關(guān)教程，可以參考以下連結(jié) http://www.mrage.cn/viewthread.php?tid=1828&extra=page%3D1

 
圖：使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為清晨時間 

 
圖：白墻上泛著藍色，沒有光照的部分只有微弱的軟陰影，這與真實情況的光影效果一致 

　　2.正午

 圖：正午的太陽光照最強，色彩對比大、陰影比較黑、物體的飽和度比較低 

        在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為正午時間，直接進行渲染就可以得到正午的光照效果。仔細(xì)看一下墻上的顏色飽和度很低、陰影銳利層次少，這與真實情況的光影效果一致。

圖：使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為正午時間 

 
圖：墻上的顏色飽和度很低、陰影銳利層次少，這與真實情況的光影效果一致 

　　3.下午
　　大約是14:30～15:30左右的時間，一般我們稱為下午時刻。陽光的亮度漸弱、顏色漸趨溫暖，主體的顏色色彩飽和度也會隨著增強，天光所產(chǎn)生的軟陰影也會隨之增加細(xì)節(jié)。整體來說，下午的陽光會讓觀察者感覺比較舒適與溫暖，而顏色、陰影等各方面細(xì)節(jié)都要勝過中午時刻。

圖：下午陽光的亮度漸弱、顏色漸趨溫暖，主體的色彩飽和度增強，軟陰影細(xì)節(jié)也會增加 

　　在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為下午時間，直接進行渲染就可以得到下午的光照效果。仔細(xì)看一下墻上的顏色飽和度比較高、陰影層次佳，整體效果有溫暖的感覺，這與真實情況的光影效果一致。

圖：使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為下午時間 

 
圖：墻上的顏色飽和度比較高、陰影層次佳，整體效果有溫暖的感覺，這與真實情況的光影效果一致 

　　4.黃昏
　　黃昏總是給人們帶來美麗的景象。而天光的光線比較柔和，它給我們帶來了一個柔和的陰影和一個比較低的對比度，同時色彩也變得更加豐富。

圖：黃昏的天空總是泛紅或是泛紫，主題顏色豐富、陰影柔和

 　　在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為黃昏時間，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整曝光控制，直接進行渲染就可以得到黃昏的光照效果。仔細(xì)看一下墻上的顏色偏黃紅色、陰影柔軟、對比度低，這與真實情況的光影效果一致。

圖：使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為黃昏時間 

 
圖：墻上的顏色偏黃紅色、陰影柔軟、對比度低，這與真實情況的光影效果一致 

　　5.夜晚
　　夜晚沒有太陽的照明，但天空依然是會微微泛光，主要的光源是大氣散色的陽光、月光、星光等。所以要注意的是天空并不是黑色的，可能會帶點深藍或深紫色，因此主體顏色也會偏冷調(diào)，但由于照明設(shè)備的關(guān)系，可以替主體營造出非常特別的視覺效果。

圖：夜晚沒有太陽的照明，但天空依然是會微微泛光，主體顏色會偏冷調(diào) 

        在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為夜晚時間，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整曝光控制，直接進行渲染就可以得到夜晚的光照效果。仔細(xì)看一下天空的顏色偏藍，整體效果帶點冷感、陰影不明顯、對比度低，這與真實情況的光影效果一致。

圖：使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為夜晚時間 

  
圖：天空的顏色偏藍，整體效果帶點冷感、陰影不明顯、對比度低，這與真實情況的光影效果一致 

　　6. 陰天
　　陰天的太陽被云層所遮蔽，但視云層的厚薄程度不同，陽光可以有不同的穿透效果。當(dāng)云層較厚時，因為大部分的陽光都被遮蔽，所以整體天空呈現(xiàn)比較灰暗的效果；當(dāng)云層較稀疏時，有部分的陽光可以穿透云層，天空可能會偏藍或是出現(xiàn)陽光光束。整體的光線與陰影都比較柔和、對比度較低、色彩飽和度也不高。

圖：陰天的太陽被云層所遮蔽，天空呈現(xiàn)比較灰暗的效果，整體的光線與陰影都比較柔和、對比度較低、色彩飽和度也不高 

　　在3ds Max中使用Daylight System（日光系統(tǒng)），切換為mr Sun與mr Sky并設(shè)定為下午時間，缺省的Sky Mode（天空模式）為Haze Driven，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整曝光控制，直接進行渲染就可以得到晴朗下午的光照效果。如果切換Sky Mode（天空模式）為Perez All Weather，但其他參數(shù)都不需改變，就可以看見整體效果變得比較灰暗不清，帶點冷感、陰影不明顯、對比度低，這是因為天空的清透程度降低了，因而影響圖面結(jié)果，與真實情況的陰天光影效果一致。而適當(dāng)?shù)恼{(diào)整mr Sky Perez Parameters還可以設(shè)定出不同的天空型態(tài)。

圖：缺省的Sky Mode（天空模式）為Haze Driven，適當(dāng)?shù)恼{(diào)整曝光控制，直接進行渲染就可以得到晴朗下午的光照效果 

  
圖：切換Sky Mode（天空模式）為Perez All Weather，其他參數(shù)都不改變，整體效果變得比較灰暗不清，帶點冷感、陰影不明顯、對比度低，與真實情況的陰天光影效果一致。

        [未完待續(xù)]