insight自学材料 (18千字)

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发信人:cah
时 间:2001-8-13 16:10:26
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自学材料

第一章　　　  前言

一.　自学材料如何组织

自学材料提供给您有关大恒光照专家介绍性的认识.它描述了使用所有大恒光照专家特性的典型过程.渲染材质灯光以及日光建模.与文件其他部分的可选链接提供深入彻底的详细步骤说明.您可以按他一步一步走或者跳过继续下一步.

程序按3D VIZ标准用户界面.如果您使用3D MAX或自定义的用户界面一些3DS系统对话框可能以不同的方式进入.

第一课: 大恒光照专家渲染器：您可以在以下课程中学会更多的大恒光照专家渲染选项

第二课: 调整材质：从第一课的例子提高大恒光照专家材质.表现了一个使用在室内建筑模型中的基本材质的例子.

第三课：透明反射和反光：讲述更多关于材质和渲染的事项.详细说明如何使用相应的大恒光照专家材质和渲染选项作出象透明、折射、镜面反射、反光映色这样的好效果.

第四课: 光源与单位：介绍您认识大恒光照专家光源.进一步解释为什么合适的系统单位设置在大恒光照专家渲染中是十分重要的.

第五课：建模 日光：表现一个大恒光照专家中的日光模式的例子.

开始之前假设您已经安装了大恒光照专家并得到注册码，推荐您在开始自学前看一下以下几部分.

一.　 概述


  

大恒光照专家是3D Studio MAX 和3D Studio VIZ中的一个插件，是一个将球形照明技术和追溯光影追踪功能和在一起的强大图形生成工具.大恒光照专家主要特性是精确的模拟间接照明.这对于渲染建筑模型和和室内是尤其合适的.尤其室内有很多表面是由其他表面广泛的反射间接照明的.下图说明了大恒光照专家的这种应用.

大恒光照专家提供真实的反向光影支持镜面重现与镜面反射并有透明、散射和折射效果.,在下图中，水被以菲涅尔和反射系数定义为一种材质.


  

  
大恒光照专家支持3D Studio MAX中已有场景的灯光和标准材质.除了3D自身的光源类型外，大恒光照专家也支持灯光光照曲线表，而且它允许场景中任意形状的自发光.并且提供日光的完全支持.


  

这些为大恒光照专家提供了全面而强大的照明设计、场景可视和分析工具.大恒光照专家与3D Studio MAX综合起来给您提供所有的基本系统功能以及常用选项、条款和动作序列的方便操作.

大恒光照专家开发成功了名为“前向蒙特卡罗光影追踪”的球形照明技术。这项技术基于场景照明问题的解决方案，通过生成相应的事件（光线生成，反射，折射，吸收等）使用任意生成器模拟场景中的光线传播.这种方法对任意复杂的场景实现照明几乎没有潜在的建模限制.光线照射在场景表面相互作用的所有细节都可以计算进去.这种方法提供对漫反射和镜面点和局域光源方向光源和任意自发光等的统一处理方法.它计算了生成光线的相互作用直到光线被吸收或超出场景.它自动生成如光源和镜面的高光效果 两种不同材质间反射和折射集中造成的反光 颜色从一个表面映到相邻表面的映色效果.这些效果在使用其他渲染技术时如果没有特别的解决办法是几乎无法达到的.

使用蒙特卡罗方式时，光源和场景中的任何表面是没有什么主要分别的.这使得可以很容易的给自发光物体分配任意的光能.相对于光源来说，自发光物体以普通的方式与光线互相作用(不仅发光而且进行反射 折射和吸收光线.)

大恒光照专家提供场景渲染和分析的强大工具:光照贴图.光照贴图在场景中的所有表面积累光能接下来它将其形象化分析并渲染.当光照贴图被单独观察，多个场景图片可以使用相同的贴图被渲染.

结果是使用大恒光照专家是您在习惯的3D系统中创建真实而精确的效果图的良机.

二. 特性

大恒光照专家插件提供以下主要特性:

　　　　　　  #　　 通过反向光影追踪再生成镜面反射和折射效果渲染场景

　　　　　　  #　　 以前向蒙特卡罗光影追踪法计算光照贴图提供效果图中间接光照的效果.

　　　　　　  #　　 高级日光建模

　　　　　　  #　　 3D自身光源类型外的任意发光强度的光源(光照曲线表)

　　　　　　  #　　 支持已有场景的自身灯光和标准材质

大恒光照专家继承了Inspirer的渲染和照明模拟能力. Inspirer是一个成熟的建筑和光照设计图形系统.您可以在网站中找到每一课的场景。

三. 大恒光照专家建模

特殊之处:

　  使用大恒光照专家渲染效果图是通过模拟真实模型实现的.这也就是为什么使用大恒光照专家渲染前必须要设置每个元素的真实参数.这涉及到实体、单位、材质和照明。未经初步的参数调整直接渲染3D场景会导致图像不真实，下面指导大恒光照专家建模。

大恒光照专家中创建实体:

　  您需要注意大恒光照专家中创建您自己的模型.要得到有效的处理和效果图控制面数和如何生成表面形态、结构和设定相互关系是必要的.

1. 避免表面交迭

  例如 在一个公寓模型中，每个房间的地板应该是单独的，所有的房间地板定义为一体会导致”灯光泄漏”.表面交迭也会导致”物体表面瑕疵”。

2. 保持多边形(polygon)数目最少.使用０优化修改器并应用光滑组来减少光滑表面的面数.不这样会导致三角面边缘可见。

3. 有大于1的折射率的实心透明物体必须是有效的实体，例如玻璃板必须做成相距正确距离的单独的两个平行表面

4. 有大于1的折射率的实心透明物体只有定义成一个单独的物体时才被处理。 例如：您想定义一个眼镜的镜片，镜片的两个面必须加成一个物体， 使用3D中的Attach命令完成。

5. 极薄的透明物体同样支持.比如一个薄的玻璃窗可以定义为一个矩形，参看下边的这种物体的材质参数.

6. 当定义自发光物体时，合适的设置表面法线是很重要的.您可以定义一个大恒光照专家材质可以沿法线方向或反向设定自发光方向.

四．单位与刻度:

渲染前将设置系统单位刻度设为模型的真实尺寸，在3DStudioVIZ中通常在Menu> Tools > Options...,MAX中选择menu>Customize > Preferences > General对话框.例如 如果模型以米为单位则应将长度单位设为米

五．定义大恒光照专家材质:

1.　大恒光照专家只支持标准和符合/子材质与大恒光照专家材质.定义的其他材质类型被忽略.

2.　标准材质的折射率被忽略.对一个折射率大于1的实心透明物体来说 您应该定义大恒光照专家材质并勾选“实心”选项

3.　对一个极薄的透明物体(象玻璃窗)使用标准材质并将透明度设为小于100,或者使用大恒光照专家材质设定适当的菲数并不勾选实心(Solid)选项

4.　对象镜面的物体定义镜面反射(Specular Reflection)接近100的大恒光照专家材质.

5.　没有镜面属性的不透明物体的颜色由它的漫反射(Diffuse)颜色决定.镜面反射光线的颜色由材质的镜面(Specular)颜色决定透明物体的颜色是它的过滤(Filter)色.

六．设置大恒光照专家灯光

大恒光照专家根据强度以勒克斯 (lux)为单位处理平行光,以流明为单位处理其他类型的光。

1.　 对已有的3D场景在大恒光照专家渲染器舒卷栏中调整灯光强度 参见”灯光强度控制”的参数.

2.　默认情况下,大恒光照专家忽略灯光的衰减(Decay)设置,灯光根据精度倒数的平方削弱.如果您想使用3D衰减设置 在大恒光照专家渲染舒卷栏中检查”使用衰减设置”选项.

3.　 在以新方式创建的场景中,最好使用大恒光照专家光源.这使您单独为每个光源设置强度并以IESNA格式使用光照曲线表.

参见“创建大恒光照专家光源”“大恒光照专家光源参数”“为大恒光照专家光源指派光照曲线表”。

第一课 欢迎使用大恒光照专家渲染器


  

　　  　　 大恒光照专家渲染器渲染，渲染质量高级，使用光照贴图，亮度60%

其他按默认值我们希望您已经下载并安装了大恒光照专家 现在检查一下您的场景.在这一课 您要学到如何：

#　　 为大恒光照专家调整3D场景

#　　 设置大恒光照专家渲染器的基本选项

明确的是我们将处理室内的场景渲染 .max文件.您可以按相同步骤处理您的场景：

1. 重要的是系统单位刻度(Systems Unit Scale)在场景中的使用.选择menu > Customize > Preferences菜单下自定义参数选择转换成普遍的标签.检查自动单位转换(Automatic Unit Conversion)选项.想了解更多请参看“关于单位” 第四课也有有关讨论

2. 从3D文件夹下大恒光照专家目录下的自学材料子文件夹打开场景室内渲染.max文件。您可以在自己的场景中重复相同步骤.场景中的材质是标准材质..如果您用的场景已经用一种而有间接光照的渲染器渲染过就太好不过了.当然大恒光照专家支持几乎任何场景，但是它的优点主要体现在这种场景中.

3. 如果当前系统单位刻度与场景单位不符，您最好选择单位刻度选择调整文件，单位刻度。

4.  
  

　  以3D自己的渲染器渲染的场景

5.将大恒光照专家设置为当前渲染器.

6.打开渲染场景对话框 将输出尺寸设为320*240

7.一旦您已经将大恒光照专家设为当前渲染器,大恒光照专家舒卷栏中会出现在该对话框中,在普通的参数下.打开对话框察看大恒光照专家参数.

8..不改变大恒光照专家渲染器参数,直接点击”渲染”按钮.

注意:请在注册后进行渲染


  

在默认参数下,渲染不用预算间接光照(光照贴图),默认的渲染质量是草图,即提供快速渲染没有反锯齿功能.下图是高级的有反锯齿功能的渲染质量.

渲染质量高级，有反锯齿功能

现在使用光照贴图计算渲染场景.

9.首先关闭环境光(将其设置为黑色).可以在渲染菜单下进入环境对话框.大恒光照专家光照贴图实际上就是正确的环境光.虽然大恒光照专家支持3D本身的环境光,大多数情况下,如果您使用了光照贴图,环境光还是多余的.

10.打开在大恒光照专家渲染器舒卷栏中的渲染场景对话框检查使用光照贴图选项是否勾选.点击”渲染”,现在渲染从计算光照贴图开始,并显示在单独的窗口中.

您可以看到这时场景亮了些因为间接光照被计算进去了

11. 打开渲染场景对话框,并将渲染质量设为高级(取代草图),这样提供了反锯齿功能渲染并比草图渲染时要多花费几倍的时间.

注意光照贴图不被重新计算.大恒光照专家使用先前的计算结果.相应的图片显示在上方

12.当选然完成,打开渲染场景对话框并改变亮度.图形几乎立刻更新改变亮度.您可以试验调整亮度和饱和度微调按钮得到合适的场景.

参见”效果图中色彩饱和度于亮度”与”效果图反锯齿修正”

13. (可选的)选择菜单中文件下以其他名称另存场景。您会被询问是否保存光照贴图，选择“是”。

在第二课中，您可以看到通过使用大恒光照专家材质提高场景效果的实例.

第二课　　 调整材质


  

　　　 大恒光照专家渲染+大恒光照专家材质，有光照贴图，描绘度=2,渲染质量高级

让我们继续使用第一课的场景并且看一看如何使用大恒光照专家材质提高效果

1．  确认在参数设定对话框中”自动调整单位”选项已勾选(参见第一课)

2．载入材质.max

一．　  加入镜面反射

　  场景包含几个象金属与大理石这样在现实中有一些镜面反射的材质，为了模拟这种情形，应该使用大恒光照专家材质.

3.　  激活材质编辑器 材质浏览器中打开场景材质列表并选择符合/子物体材质

它包含了四个材质 其中的三个:金属 大理石和绿色石应该有一些镜面反射

4.　选择金属材质按下面重新定义:

#　将类型有标准改为大恒光照专家并将以前的材质作为子材质

#　设定镜面反射100%

#　其他材质照旧

　  如果您打开基本的标准材质,您可以看到镜面色是黄色.在模拟过程中,反射光线的颜色与镜面颜色混合在一起.所以设置这种颜色提供了金属表面的金色.

　  参见”大恒光照专家材质”与”如何在大恒光照专家中调整材质”

5.　对绿石材质重复第4步操作,这种材质的镜面反射值设为15.保留其他材质

6.　对大理石材质重复第4步操作 这种材质的镜面反射值设为15.保留其他材质

对大理石材质关闭反射贴图(光影追踪).大恒光照专家支持大恒光照专家材质镜面反射系数大于零时反向光影追踪的直接反射.

大恒光照专家不支持光影追踪的材质和贴图 这要使用3D自己的渲染器渲染

7.　在材质浏览器中选择地面材质 这种材质应用于地面，重复第4步操作，这种材质镜面反射值设为15

8.　在材质浏览器中选择MARBLE2材质，这种材质应用于柱子，重复第4步操作，这种材质镜面反射值设为15

9.　打开渲染场景对话框，在大恒光照专家渲染器舒卷栏中将描绘度至少设为1（最好2或3），这在渲染过程中模拟反射时十分必要的.更多信息参看”描绘度”

10. (可选的)将渲染质量设为高级.

11. 在一般的参数舒卷栏将输出尺寸设为320*240

12. 渲染.

您可以看到光照贴图没有被再计算,因为”使用旧的光照贴图”选项被勾选.我们忽略由改变材质属性造成的间接光照 这样提高图形生成的速度

当然,积累的这种改变也许会使图中的甚至某一点变得真实 因此我们应该在最后渲染时重新计算光照贴图

有的情况下,由于间接光照的不同造成三角面间不理想的明显边界,看天花:


  

  

　　　　　　  问题:天花上的三角阴影

在这种情况下,这个问题是由模拟光源的自发光多边形造成的.它与天花实体交叠并且在天花上投射黑色三角阴影.这里我们可以简单的通过设置多边形材质透明解决问题.

13.　 选择SELF_ILLUM材质 将不透明度设为0,渲染场景

这种情况就不会再投射三角阴影了,问题解决了

14.　 (可选的) 改变大理石 大理石2,绿石材质的镜面反射值 并渲染场景或部分

二.　 定义实心透明物体

　  现在要学习如何在大恒光照专家中模拟透明物体.在这个场景中只有一个透明材质,连接几个物体的玻璃.在默认情况下,大恒光照专家在模拟标准透明材质时忽略折射.只有透明度和过滤色计算在内.所以这些物体在预先的渲染图片中不形象

15.　在原有玻璃材质的基础上创建大恒光照专家材质 选择”实心”选项并设菲数100%,保留原始材质的其他参数.参见”实心”与”菲数”参数各章节

16.　  
  

渲染包含桌子的场景片断(使用局域放大渲染)

桌子是真正的实心物体，所以渲染图片是正确的

三．定义极薄的玻璃板

　  场景也包括几个定义为不透明贴图的玻璃片，还有一种透明物体，极薄的玻璃平面。这类物体应该被定义为或者有合适不透明参数的标准材质或者菲数为0并关闭“实心“选项的大恒光照专家材质。

　  重点：使用大恒光照专家材质的实心选项会导致不正常的渲染，象左图不合适的折射率



实心的透明片　　　　　　　　　　　　　  使用标准的透明材质

左图以如下设置生成小片的材质“类型=大恒光照专家。菲数100，打开“实心”（错误），右图以原来的小片材质生成

四．渲染光照贴图

　  如上所述，预先渲染中我们忽略了改变材质参数导致的间接光照的改变。如果总的材质参数改变很大，间接光照应该被重新计算，现在我们要做的：

17．打开渲染场景对话框并在大恒光照专家渲染器舒卷栏中点击“重置光照贴图”，这使接下来的渲染重新计算光照贴图作为选择，您可以不选择“使用旧的照明贴图”选项，这样大恒光照专家会在每次渲染时重新计算光照贴图。

五．控制映色

　  在渲染光照贴图时，支持映色。如果表面颜色饱和度高，并且光照强烈，这种效果可以在某些地方强烈的体现。您愿意的话可以减少它。

18．在大恒光照专家渲染器舒卷栏中，将映色设为75%(注意这种参数的改变只在重新计算光照贴图后体现效果。

19. 点击渲染按钮开始渲染


  

第四课 透明,反射和反光
大恒光照专家渲染+大恒光照专家材质，计算光照贴图，细分=0.5%,描绘度6,渲染质量高级

大恒光照专家渲染器使您在渲染图片时有更多的选项，透明、折射、镜面反射、反光、映色

在这一课，您可以从3D教程中的一个场景开始，这个场景创建了反光，阴影和映色效果通过人工模拟灯光和Raytrace材质

您可以看到大恒光照专家如何通过模拟真实的灯光，实体和材质属性生成这些效果。我们将定义两个大恒光照专家材质玻璃和铬合金，并将它们应用在球体上。我们去掉人工灯光设置并让大恒光照专家自己重新渲染出这种真实的效果

1．  确认已勾选参数选择对话框中“自动单位转换’选项（见第一课）

2．  打开场景

3．  按SHIFT+R打开渲染场景对话框

4．  在一般的参数面板，将输出尺寸设为320*240

5．  点击渲染


  

这是由3D自己的渲染器渲染的，使用带颜色的灯光和特殊设计的阴影贴图造成反光和映色效果

让我们看一下，大恒光照专家如何模拟这些效果

6．  将大恒光照专家设置为当前渲染器，使用默认参数


  

  

　 现在，重新定义场景属性

7．  删除反光的灯光

8．  创建两个大恒光照专家材质，按下列指示一个赋予合金球，一个赋予玻璃球

合金球：

　　　 #　　 选择当前不使的标准材质

　　　 #　　 设为Blinn 或 Phong的Shader类型

　　　 #　　 将漫反射（Diffuse Color）颜色设为黑色并将镜面颜色（Specular Color）设为接近白色(229, 229, 229)

　　　 #　　 设定合适的镜像级（Specular Level）和光泽度（Glossiness）

　　　 #　　 改变材质类型从标准到大恒光照专家，保持原来定义的标准材质作为子材质

　　　 #　　 设定镜面反射（Specular Reflection ）100%

　　　 #　　 将材质赋予合金球

玻璃球：

　　　 #　　 选择当前不使的标准材质

　　　 #　　 设为Blinn 或 Phong的Shader类型

　　　 #　　 将漫反射（Diffuse Color）颜色设为黑色并将镜面颜色（Specular Color）设为接近白色(255, 255, 255)

　　　 #　　 不透明度（Opacity）设为0

　　　 #　 　过滤色设为白色

　　　 #　　 设折射率为1.5(在扩展参数中)

　　　 #　　 设定合适的镜像级（Specular Level）和光泽度（Glossiness）

　　　 #　　 改变材质类型从标准到大恒光照专家，保持原来定义的标准材质作为子材质

　　　 #　　 设定菲数(Fresnel Fraction )100%

　　　 #　　 选择实心选项 可以模拟折射现象

　　　 #　　 将材质赋予合金球

9. 打开渲染场景对话框，将描绘度设为6,渲染场景

10.如果亮度不够，增加亮度值，将其设为55



您可以看到球的反射和折射效果 但是透明的玻璃球没有反光.这种效果需要计算光照贴图追踪光影不从相机开始而是从光源开始

让我们看看该怎么做

11.首先设置环境光黑色(选择菜单下渲染中环境一项打开环境对话框

可以在光线模拟的时候使用人工环境光，但不鼓励这样做，因为大恒光照专家自己以精确的计算模拟如果您使用光照贴图

12.删除红色和蓝色的光源.大恒光照专家根据材质和灯光的物理属性模拟映色的效果 所以您无采取人工方式，削减主光源的值到2.5

13.打开渲染场景对话框，检查光照贴图选项，点击渲染

　　　  

　　 　现在，您可以看到玻璃球的反光，但是质量相对地.原因是集中光照贴图的三角面粒度太低

14.　 为了提高图片质量，在大恒光照专家渲染器舒卷栏中的渲染场景对话框中减少细分量到0.5%

15.　 进行渲染。

下面，第四课讲灯光与单位设置  


  

第四课 灯光与单位设置
大恒光照专家渲染器的主要特性是精确的模拟场景光源，但是这个特性的使用需要设置整个场景的合适参数，实体的尺寸，材质性和灯光参数，这一课讲如何设置最佳参数实体。

单位比例与光源参数

一.　 长度单位

1.　　确认参数设置对话框中已打开自动单位转换选项

2.　　打开练习的场景

大恒光照专家可以以任何长度单位工作，主要原则是3D中的系统单位要与当前场景的单位保持一致。让我们看看如果不按这样做会有什么后果。场景载入以毫米为单位，我们以毫米和米为单位分别渲染

3.　　选择菜单下自定义后参数选择并选择主标签 设系统单位比例为米 渲染场景

4.　　设定系统单位为毫米 然后渲染场景



以毫米为单位　　　　　　　　　　　　　  以米为单位

因为灯光强度以物体单位给出，使用同样的光源为使用米而不是毫米的大厅照明即100000米而不是10米，所以右边的图看上去这么黑，这就是为什么要自动转换单元。如果当前的系统单位与文件中的不同，请选择“自动转换单元”。

二．灯光强度单位

　　在大恒光照专家中，光照强度以物理单位定义。点光源（泛光灯，聚光灯）使用流明，方向光使用勒克斯。3D自己的光源可以直接用，默认的以1000倍放缩。

5．打开渲染器舒卷栏中渲染场景对话框

　　在灯光强度控制部分，3D的灯光被放大（您可以按需要调整）。这种方式通常在不预先调整3D灯光时渲染3D场景。

三．衰减设置

　　在默认情况下，3D St