光与影的艺术及术语

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1、光与影的艺术及术语然界的光源　　自然界始终充满着光线，，即使在“漆黑”的夜晚也会有微弱的光线照射着周围的环境，他们有的是月光或者星光，如果没有月光和星光，至少也会有天空和云层的散射光线存在，所以，绝对的黑暗在生活中是不存在的，即使有，那也只是视觉上的假像。猫和人对黑暗的感受不相同，甚至在光线充足的环境里，对亮度的视觉感受也不是恒定不变的。人的瞳孔在放大和收缩时对光的感受也不相同，这也是为什么人从亮处突然走进暗处会感到一片漆黑的原因，这也是摄影为什么存在曝光不足和曝光过度的原因所在。但在三维软件的虚拟摄像机中是不会有这个现象的，场景的亮度完全由光源来控制，但这是否就简化了对光源的控制

2、呢？回答是否定的，要解释其中的原因，我们还要先来分析一下真实世界的光照模式。　　光线照射的两种方式　　想象自己站在阳光明媚的草原上，周围没有任何遮挡物。这时太阳是一个直射光源，它直接照亮你的身体和周围的草地，草地接受到太阳的光照后，会吸收一些光线，并漫反射出绿色的光线（注意，这绿色的光线也是太阳光里的一部分），这部分光线间接增强了太阳光的强度。如果在这个地方放一把遮阳伞，当你走进伞的阴影里时，对你而言，太阳光便不再是直射光源，此时照射你的都是来自天空和草地的漫反射光线。为了区别这两种不同的光照形式，我们把太阳光称为直射光照，把天空和草地的反射光称为间接光照，这两种光我们把它们统称为

3、入射光，自然界的物体就是被这两种光照亮的。　　虽然两种光照产生的效果不同，但它们其实都是来自于太阳的光线，只是光线走的"路径"不一样，这就是真实世界的光照方式。在真实的世界里，天空是不会自己发光的，它必须依靠太阳的光能，而在三维软件中，通常把天空光也作为一种独立的光源。因此，在这里我们把天空光也称为直射光源，它可以不依靠太阳而独立存在。由于天空光是一种非常特殊的光源，我们将在下一小节“渲染软件的光源类型”中详细介绍它。　　在分析真实世界的两种光照形式后我们了解到，应该还存在一种间接光照。其实依靠传统的渲染技术是不可能实现间接光照的照射效果的，它需要一种称之为“Radiosity”的

4、渲染技术。现在一种采用GlobalIllumination技术实现间接光照效果的软件正在逐步取代传统的光照效果，与传统的光照相比，它的出现从根本上解决了光线照射的两种方式的问题。首先，我们依然可以使用传统光源来模拟真实世界的直射光源，然后利用GlobalIllumination技术可以在前者的基础之上添加天空光照和来自环境的散射光线。　　光线反射的两种形式　　我们都知道，当光线照射到物体上时物体会吸收一部分光线，还会反射一部分光线，这个反射光也分为两种形式。第一种前一小节已经提到过了，就是漫反射。物体表面的固有色就是由漫反射光射入我们的眼睛决定的，在真实世界中，物体除了固有色之外，

5、还应该有高光色，这个高光色就是由于镜面反射产生的，它往往出现在光滑的表面上。对于镜面反射，它的原理是，由于反射跟入射光线的夹角相等，所以平滑的表面会把入射光线集中的向另一面反射，这时反射的能量很高，就形成了明显的高光。但不是所有的物体表面都会形成高光，既然它是由于光滑度产生的，那么，在粗糙的物体表面，高光就不再有了，那是不是粗糙的表面就不反射入射光线了呢？不是的，是由于反射光线不再集中的向一个方向反射，所以它的能量被分散掉了，整齐的入射光线照在粗糙的表面上被反射到了各个方向，这时由于反射光线和入射光线总是跟表面法线的夹角相等这一特性造成的，这种反射在物理学上称之为”漫反射“。这样，

6、镜面反射和漫反射就形成了光线反射的两种形式。不要小看这两种反射形式的存在，它跟三维软件中的材质有着密切关系。试想一下这样一幅图像，有从左到右三个材质球，左边红色球体是Lambert材质，在同样的光照条件下，它的表面上没有高光，使它看起来没有旁边的两个球体光滑，它模拟的是漫反射的效果；中间黄色的球体是典型的Blinn材质，它有明显的高光，这个高光就是模拟镜面反射的效果，黄色的固有色就是表面吸收光线之后散射出来的光色；右边蓝色的球体是一种比较特殊的反射现象，它的材质名称叫Anisotropic（各向异性），可以说三维软件里的光源是以真实光源为依据的，材质也是一样。　　在这里要特别指出的

7、是，Radiosity的渲染技术在计算间接光照的时候，它其实只计算了散射光的间接照射效果，也就是物体表面固有色对周围环境的影响，对于镜面反射，Radiosity还是没有能力计算，它需要Caustic特效才能实现。现在越来越多的渲染程序支持Caustic特效，不过渲染出这种效果往往需要很大的代价（当然是指渲染时间），好在它只会在透明物体和有强烈反射的物体上出现。了解了真实世界的光照和反射形式，才能理解渲染程序中光源和材质的重要性，才可以根据场景的需要科学地把握最终的图像