浅析三维角色渲染中光的作用

姚又龙

摘要：在数字化浪潮的冲击下，光的艺术表现已不仅仅局限于传统美术的范畴，更是大量应用于三维角色的渲染和输出上。因此，探讨光在三维角色渲染中的作用，成为了重要的三维影像研究课题。这些研究涉及到光的来源，光对形体的塑造、对氛围的烘托、对基调的强化等等，这也说明光在三维角色渲染中起到了重要的作用，并指引着我们创造出更好的三维角色渲染。

关键词：三维;三维角色渲染;光的作用

三维角色渲染决定了三维角色的最终展示。无论你使用什么软件制作角色模型最终与观众见面的都是角色展示影片亦或角色静帧作品。因此从某种程度上说渲染决定了三维角色的出路。光在这个展示过程中起到了极其重要的作用，光的温度，光的色调，光的明暗，都会让你的角色熠熠生辉，脱胎换骨。一个没有经过任何修饰的裸模角色，和一个用光效精心雕琢的三维角色有着完全不同的渲染效果。读懂了光，用好了光，你创作的三维角色才有生命，才有活力。

十年前我刚刚踏入三维制作领域就开始关注光在角色渲染中的作用，并最终将光的作用和这些角色的性格、内心联系到一起。创造出一些惊人的视觉效果。当然数字角色渲染涉及到绘画构图、电影艺术等多项综合艺术。本文将重点探讨光在三维角色渲染中的作用。

一、三维角色渲染中光的来源

谈到三维角色渲染就不能不提目前主流的三维制作软件（国内主要使用3dmax和MAYA），其软件内自带的虚拟灯光主要有以下几种：平行光、聚光灯、面光源、点光源和环境光。这几种光源几乎可以模拟现实中所有的灯光环境。我把这些通过三维软件模拟的光效称之为软件光。

软件光与物理光的不同在于物理光是靠距离以及光源功率的强弱来控制灯光强度的。其特点是可控性强，更直观，但需要设备和场地，成本比较高，设置及准备时间长。现实中，我们经常看到打着各种背景灯进行广告拍摄的视频制作者。他们往往需要较大的场地以满足拍摄效果和灯光设置的需要。而软件光是靠计算机软件程序的运算获得，不需要真实设备和场地，完全靠计算机模拟。因此操纵更方便，设置更简单，成本也更低（有一台电脑就够了）。

软件光查看效果需要通过软件渲染器，数据量较大的情况下，软件渲染速度会放慢，因此软件光在效果的查看上不如物理光直观。也就是说软件光渲染效果的好坏会受到计算机性能的影响。

尽管软件光与物理光使用工具和运行原理不同，但软件光是对物理光的模拟，二者在布置和使用上基本是一致的，只不过一个在现实生活中使用，一个在软件中使用。想要掌握好软件光的打光方式和照明效果，首先要对现实中物理光的属性和打光技巧进行深入研究，然后再通过软件中的灯光设置和练习，不断积累软件光的数值调试经验。已达到自己想要的角色渲染效果。

二、三维角色渲染中光的作用

1.对角色形体的塑造

对三维角色形体的塑造是三维角色渲染中光的重要作用之一。灯光一直是摄影和绘画中形体塑造的手段。而这种塑造的方法也延伸到三维角色制作领域（图1-1）。

经典的三点光照法就是灯光塑形的经典范例，并被广泛使用在三维角色渲染当中。“对物体的照明最流行、最吸引人的方法之一就是采用传统的好莱坞光照模式的三点光照方法。三点光照可以很容易地用光模拟物体模型，通过渲染的图像表现物体完整的三维形状。三点光照的变量调涨能够在任何物体（从小道具到电影明星）上投下令人满意的光效果。”[1]

三点光照中的“点”实际上指的是光在三维角色渲染中充当的三种“角色”，每个角色都有其特定的功能。

主光，这种光生成角色的主要光亮部分，并确定光照的主要角度。主光通常比照射物体的其他光要亮些，而且往往在场景中投射出最深、最清晰的阴影。

辅助光，这种光使主光形成的光亮部分便柔和并延伸开，使物体的更多部分可见。辅助光可以模拟反射光源或次要光源对角色的影响效果。

背光，这种光可以生成“明确的边界”，帮助人们从视觉上将物体与背景区分开。并能使角色的头发生成反光的效果，并且添加一个明确的边界来显示物体结束而阴影开始的地方。

通过对三点光照的研究我们可以看出光在角色形体塑造中的重要作用。通过合理的灯光布局，能够完美的塑造角色形体。而三维角色渲染无论是在影片还是在静帧作品中都大量使用传统电影中的三点光照去塑造三维角色的形体，也是三维角色渲染中最常用的方法，所以对角色的形體塑造是光在三维角色渲染中的重要作用之一。

2.对渲染氛围的烘托

灯光可以烘托画面氛围，例如，在你欣赏电影作品的时候你可以看到黑暗阴沉的气氛也可以感受到舒畅轻松的气氛，所以灯光可以带给人们舒心，也能使人心情低落。其实光线对画面气氛的控制，一直被传统绘画艺术所使用。著名的绘画作品《马拉之死》画面整体处于阴暗的光线之中，气氛阴郁，突出了对马拉之死的哀伤。与绘画作品一样对灯光特性的研究能使我们轻松的驾驭渲染气氛。例如，对灯光的使用能够非常生动的模拟从黄昏到清晨的不同环境气氛。在早中晚三个时段的软件光打光训练中你能通过早中晚色彩冷暖和明度的不同感受到不一样的氛围，例如早上的清冷，中午的明媚和傍晚的宁静。这些不同氛围的体现正是灯光在三维角色渲染中的另一个重要作用。

三、光在三维角色渲染中用于画面的整体效果——基调

三维角色渲染中光的色彩和明度调节是使用软件光的技术核心。因此涉及到一个重要的概念一一基调。

“基调，可以理解为造型艺术作品中的基本调性或主要运动方向及形态特征。通常在一个造型空间内只有一个主要的调性特征。其他造型元素都围绕着这个主要的基本调性特征进行设计、整合、这样才能达到统一协调的艺术效果。”[2]在数字角色渲染中光线的色彩做为角色造型的一个元素，也必须有符合自身特点的基调，这就像一支曲子或者一个主旋律，如果有两个或者两个以上的主旋律的话，人们就会觉得杂乱无章，无所适从。数字角色渲染中用光的目的就是将这些杂乱无章的音符统一在一个整体的范围内。

基调在三维角色渲染中有两个重要作用：色彩整体性和明暗整体性

1.突出色彩的整体性

三维角色渲染中光的使用是对角色和背景素材进行整合的艺术，二者的完美融合是制作人员必须考虑的重要问题。而用光的色彩做基調和配色可以更好的统一渲染画面，因此突出色彩整体性成为光在渲染中的重要作用。在传统绘画艺术中，每一幅画都有一个主色调（主光源的色调），同时在细节上又有很多微妙的色彩（辅光源的色彩），但是这些色彩并没有超出整个画面的基调，因此即保持画面丰富变化又保持了画面的色彩整体性。这种整体的色彩把握在绘画中有广泛应用，对于三维角色渲染则同样适用。在三维角色渲染中光的色彩需要与素材色彩的整体性保持一致，同时又对整个素材的效果产生进一步的促进作用。比如在一幅角色穿着和肤色整体偏紫色的渲染做作品中，往往会有一个偏蓝紫色的光源，或者是顶光或者是背光，以更好的强化画面各要素的色彩整体性，使整幅渲染作品的色调偏蓝紫，色彩更加统一。

2.突出明暗的整体性

我们经常遇到这种问题，在进行艺术创作的过程中，为了突出主要的角色，我们会给主要的角色打明度较高的主光，而照亮辅助素材的光则统一在较暗的范围内。这样做的作用就是主物体得到了突出同时画面的整体对比度也得到了加强，主次分明，而不会因为各种光源过于分散而分不清主次。这种主光和辅光明度的统一我称之为光的明暗整体性。光的明暗整体性在三维角色渲染中有着广泛的应用。

比如图3-1中的咕噜（指环王中非常著名的三维角色），为了突出它的形体结构和性格，制作者特意加强了右侧光和背光的强度，而咕噜身体的其余部分则统

一在一个较暗的氛围中，使得渲染作品主次分明，明暗整体统一，创造出了强烈的视觉效果。这种通过软件光的设置来增强明暗整体性的方法，在三维角色渲染中广泛使用，不仅提高了角色的形体辨识度更进一步放大角色的个性特征，这也充分说明了光在角色渲染效果上的重要作用。

“20世纪90年代初期，美国、加拿大等发达国家开始将计算机技术、多媒体技术与影视制作相结合，使用计算机进行影视节目的制作”[3]，自此之后，角色渲染技术得以飞速发展，光在三维角色渲染中的作用被不断放大，综合起来可以概括为三点：对形体的塑造，对氛围的烘托，以及达到制作者想要的基调（突出明暗整体性和突出色彩的整体性）。这些作用涉及到了渲染效果的方方面面，制作人员需要更加深入的研究光，才能做出更激动人心的三维角色渲染。

参考文献：

[1][美]伯恩：《数字绘图中的光照与渲染》，电子工业出版社，2001

[2]诸迪：《构成新概念》，四川美术出版社，2006

[3]侠客行旋风动画工作室《《3dsmax7游戏片头制作完全攻略》，电子工业出版社，2005