maya材质灯光教程：渲染概述

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本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有第1章渲染概述渲染是动画制作的最后一道工序，可以将三维场景中的场景模型、角色模型和光影效果等转化输出成最终的图片或者视频。本章主要内容：渲染概述Maya图层及分层渲染设置本章学习重点了解渲染的概念掌握Maya渲染设置掌握Maya分层渲染流程和技巧1.1.渲染简介随着计算机硬件配置迅速地发展，CPU、显卡、内存等不断升级，场景中的效果实时显示已经成为可能，但显示效果仍旧有很大缺陷，这种显示仅是通过硬件着色（Shade）使物体有了基本的属性及纹理，而渲染（Render）表现了更丰富细腻的效果。图1-1便是实时显示与渲染效果的对比。a)渲染前的场景b)渲染后的图片图1-1渲染前后效果对比 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有从图中可以看出，未经渲染的场景显然不能与渲染后的效果相比。Shade和Render在三维软件中是两个完全不同的概念。Shade仅是一种显示方案，只是简单地将指定好纹理贴图的模型和灯光效果实时地显示出来。在Maya中，还可以用Shade表现出简单的灯光、阴影和表面纹理效果，这对硬件的性能也绝对是一种考验，但硬件设备无论如何强悍，都无法将显示出来的三维图形变成高质量的图像，这是因为Shade采用的是一种实时显示技术，硬件的速度条件限制它无法实时地反馈出场景中的反射或折射等光线追踪效果，以及光能的传递和透明物体的透光效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像文件、视频信号或者电影胶片，这就必须经过Render渲染器。几乎所有的三维软件都有内置渲染器，也有很多专门作为渲染器单独发行的独立软件，大都为大型三维软件提供接口，这些插件有的可以独立使用，也有的可以加载到三维软件内部以内置插件的形式使用。不管是内置渲染器还是独立渲染器，归纳起来大概有以下几种计算方法：行扫描光线跟踪光能传递1.1.1.渲染程序介绍现在三维渲染的相关程序也呈现出百花齐放的状态，出现很多种类，例如：MayaSoftware、MayaHardware、MayaVector、MentalRay、RenderMan、IlluminateLabsTurtle和V-Ray等等。各个程序的计算方式不同，所以各具优势，实现效果方面也各有见长。1.MayaSoftware和MayaHardwareMayaSoftware和MayaHardware属Maya自带的渲染器，分别指Maya软件渲染和硬件渲染，二者的区别在于Software渲染器可以进行精确的光线追踪（Raytrace）计算，可以计算出光滑表面的反射、折射和透明效果，而Hardware渲染器就没有这方面的计算功能。相对来说Hardware要比Software计算速度快很多，但质量却与Software相差很大，当然可以根据制作的不同需求选择使用。图1-2为Software与Hardware渲染器的对比。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有a)Software渲染器渲染效果b)Hardware渲染器渲染效果图1-2Software与Hardware渲染器2.MayaVectorMayaVector是在Maya程序中以插件形式存在的程序，是一个用来进行矢量效果渲染的程序，它的渲染效果如图1-3所示。a)未渲染的场景图b)矢量渲染器的渲染效果图1-3矢量渲染器的渲染效果3.MentalRayMentalRay是德国MentalImage公司最引以为荣的产品。作为业界公认的唯一一款可以和RenderMan相抗衡的电影级渲染器，MentalRay凭借其良好的开放性和操控性被集成到Maya等三维制作软件中，是一个专业的3D渲染引擎。它可以生成令人难以置信的高质量真实感图像，它的光线追踪算法特别出众，优化得非常好，是目前计算光线追踪速度最快的软件。利用这个渲染器，我们可以实现反射、折射、焦散和全局光照明等其他渲染器很难实现的效果。由于卓越的性能和渲染质量，该渲染器也在大部分电影生产过程中使用，例如 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有《黑客帝国》、《蜘蛛侠》等都使用过这个渲染器。图1-4便是MentalRay渲染器的渲染效果图。图1-4MentalRay渲染器的渲染效果4.RenderManRenderMan渲染器具有高超的渲染质量及快速的渲染能力，广泛应用在高端运动图像的生产制作过程中，尤其是在处理复杂模型、复杂场景渲染时，其速度与质量更为突出。在当今的动画电影和影视特效等高端领域，RenderMan渲染器是必不可少的一个渲染解决方案。图1-5为RenderMan渲染器的渲染效果图。图1-5RenderMan渲染器渲染效果5.V-RayV-Ray是由Chaosgroup和Asgvis公司出品，在中国由曼恒公司负责推广的一款高质量渲染软件。V-Ray是目前业界最受欢迎的渲染引擎之一，该软件凭借良好的兼容性和开放性 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有使其能够更好地以插件形式同多款三维软件相结合，例如，除可以作为Maya的插件外，还可以同3dsMax结合应用于建筑设计方面，它的渲染效果见图1-6。图1-6V-Ray渲染器的渲染效果6.IlluminateLabsTurtleTurtle（海龟）渲染器和各种三维软件都有着良好的结合，其功能强大并且使用方便。该渲染器的特色在于其渲染速度可以优化得非常快。Turtle渲染器在渲染大场景时非常有效，它的光线处理和色彩的鲜艳程度都要胜过三维软件自带的渲染器。缺点在于对三维软件的程序纹理贴图的支持不够，很多情况下并不能对它的材质球使用程序纹理贴图。图1-7是Turtle渲染器的渲染效果图。图1-7Turtle（海龟）渲染器的渲染效果1.1.2.初识Maya渲染过程及设置下面将介绍渲染的基本过程。（以下以MayaSoftware渲染为例加以说明）。首先，必须定位三维场景中的摄像机，此点同实际拍摄一样，也涉及摄像机的位置动态，反映影片的分镜和整体节奏。在Maya中有四个默认的摄像机，但一般情况下，渲染使用的摄像机是这四个之外单独设置的。因此在渲染之前应先确定和设置好哪个是最终渲染的 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有摄像机，然后确定场景当中所有的模型都已有材质贴图属性，并且打好灯光，已经加入了必要特效的。然后在Maya主界面的状态栏里点击图1-8中框选的快捷命令，进入RenderSettings（渲染设置）选项盒进行相关设置。图1-8点击渲染设置快捷命令进行设置展开图1-9中的渲染设置选项盒，对红色框选的部分进行参数设置。其中，Common选项卡的选项设置如图1-9a所示，MayaSoftware选项卡中的选项设置如图1-9b所示。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有a)Common选项卡b)MayaSoftware选项卡图1-9渲染设置选项盒下面逐个讲解各选项的作用。RenderUsing：用来选择渲染器，可选择MayaSoftware／MayaHardware／MayaVector／MentalRay。1.Common选项卡这是通用属性选项卡，用来进行一些渲染器的常规设置。（1）ImageFileOutput该卷展栏用于设置输出图像的相关内容，下面是各选项的具体作用。Filenameprefix：设置输出文件的名称。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有Frame／Animationext：设置是渲染单帧还是序列，并设置整个文件命名的构成格式。Imageformat：设置输出文件格式。Startframe：设置渲染的起始帧。Endframe：设置渲染的结束帧。Byframe：设置帧的间隔。Framepadding：设置帧数位（渲染输出序列的位数）。打开ImageFileOutput卷展栏后会出现RenderableCameras选项，用于设置渲染的摄像机。其中RenderableCamera用于设置渲染的摄像机，Alphachannel／Depthchannel用于设置渲染输出的通道。（2）ImageSize这个卷展栏用于设置输出文件的尺寸、分辨率和像素比等。Maintainratio：设置输出文件的维持比例。Width／Height：设置输出文件的宽和高。Sizeunits：设置尺寸单位。Resolution：设置输出文件的分辨率。Resolutionunits：设置分辨率单位。Deviceaspectratio：设备输出的像素比。Pixelaspectratio：像素比率。介绍完Common选项卡后，让我们来看看第二个属性选项卡MayaSoftware。2.MayaSoftware选项卡该选项卡用于软件渲染设置，当切换到其他渲染器时此选项卡就会改变。下面介绍各选项的具体作用。（1）Anti-aliasingQuality此卷展栏用来设置渲染时的抗锯齿参数，控制渲染的画面质量。NumberofSamples：渲染采样的次数。Multi-pixelFiltering：像素过滤次数。ContrastThreshold：对比阀值。（2）FieldOptions用于场景的场设置。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有（3）RaytracingQuality光线追踪设置。Reflections（反射）：控制光滑物体对外界环境的反射次数。Refractions（折射）：控制透明物体的折射次数。Shadows（阴影）：用来控制光线计算时透明物体产生阴影的追踪次数，次数越多就越接近真实物体的阴影效果。图1-10是该选项值不同的情况下显示的不同渲染效果。a)Shadows值为零时的渲染效果b)Shadows值为10时的渲染效果图1-10因Shadows值不同表现出不同的渲染效果Bias（偏移）：相对物体的自身位置计算偏移，从而产生不同的影子效果，如图1-11所示。a)Bias值为零时的渲染效果 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有b)Bias值在0~1范围内时的渲染效果c)Bias值为1时的渲染效果图1-11因Bias值不同表现出不同的渲染效果（4）MotionBlur运动模糊，用来控制运动物体的模糊效果。（5）RenderOptions渲染设置。（6）MemoryandPerformanceOptions内存使用设置，用来优化内存使用的设置。（7）IPROptionsIPR实时渲染设置。（8）PaintEffectsRenderingOptions笔刷特效渲染设置。1.1.3.最终渲染Maya的渲染可分为单帧渲染和批量渲染。1.单帧渲染通过Maya菜单栏上的Window＞RenderingEditors＞RenderView命令，或由图1-8 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有中Maya主界面状态栏上的快捷命令可以进入图1-12所示的RenderView渲染窗口，点击（高质量渲染）、（选区渲染预览）或（控制实时预览）渲染单帧图片以查看渲染效果。快捷命令的功能如下。a)通过菜单命令进入渲染窗口 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有b)渲染窗口图1-12渲染窗口及进入该窗口的命令2.批量渲染当所有渲染之前的准备和设置工作完成后，可以点击左上角的Rendering（渲染）模块菜单切换到渲染模块，点击Render＞BatchRender命令后面的设置块，打开批量渲染属性设置选项盒，如图1-13所示。图1-13批量渲染属性设置选项盒选项盒中各选项的含义如下。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有Useallavailableprocessors：使用所有处理器进行渲染。Numberofprocessorstouse：设置处理器的使用数量。Batchrenderandclose：批量渲染并关闭Maya。Batchrender：批量渲染。Close：关闭选项盒。开启Useallavailableprocessors选项，点击下边的Batchrenderandclose或者Batchrender按钮即可开始批量渲染。或者在不开启这个选项的前提下，设置处理器的数量后进行批量渲染，处理器的数量越多，渲染的速度就越快。1.2.Maya图层及分层渲染设置Maya中有Display和Render两种图层类型。Display图层是使用图层的方式来管理场景中的模型是否显示在场景当中，这样可以更好地对模型进行调解和管理，当然应该注意如果某一图层的内容被关闭显示，该图层包含的内容也不回会被渲染输出。Render类型的图层用来控制分层渲染，这个图层类型功能也是控制渲染输出设置，但不同的是在控制渲染输出分类的同时还可以进行特殊设置，以满足后期合成的不同需要。例如，可以将高光、反射、固有色等分开设置渲染。1.2.1.图层的设置及使用1.Display图层的使用（1）创建图层点击Maya窗口右上角的显示和隐藏通道和图层命令图标，如图1-14所示，展开对应的通道栏和层编辑器，如图1-15所示。图1-14显示／隐藏通道和图层命令图标开启层编辑器上方的Display选项，然后再点击面板上方的创建图层按钮，即在层编辑器中创建一个图层，如图1-15所示。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有图注可参考右图图1-15层编辑器层编辑器中的各项说明如下。图层名称：用来区分每个图层的内容。图层颜色：用来控制模型的显示线框颜色，不同图层中的模型显示不同颜色。可通过双击图层的方式打开图层设置选项盒进行设置，如图1-16所示。图1-16图层设置选项盒及模型显示线框颜色图层显示类型：Maya的显示图层中有三种显示类型，默认的Normal模式可对模型直接进行操作。R（reference）参考模式，以实体模式显示模型，但模型不能直接修改或移动。T（template）模板模式，以灰色线框的形式显示模型，模型也不能直接修改或移动。可通过双击图层显示类型的方格转换模式，也可以在图层设置选项盒中的Displaytype选项中选择，如图1-17所示。如需要大量教程请加QQ:4008988090或者登录幸星动画学院网站。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有a）模板显示模式b）参考显示模式图1-17不同的图层显示模式（2）添加物体到图层选择一个或者多个场景中的模型，然后右键点击欲加入模型的图层，选择AddSelectedObjects，即完成模型的添加。开启或关闭图层前面的V，通过模型是否显示来检查是否已经将被选模型成功放入图层中。（3）从图层中移出物体选择一个或者多个场景中的模型，右击模型所在的图层，选择RemoveSelectedObjects。（4）选择图层中的模型直接右击图层，选择SelectObjects，即可选择所有已在图层中的模型。（5）删除图层选择欲删除的图层，点击键盘右键选择DeleteLayer即可。2.Render图层的使用在图层面板上方开启Render选项，便可以切换到Render（渲染）面板的设置窗口。Render面板的基本操作与Display相似，这里不再多做介绍，下面看看图层的创建和功能构成。渲染图层设置窗口中，都是用来创建图层的选项。用于单独设置图层中模型的材质，该设置不会影响其他图层中该物体的材质设置。点击后会自动弹出Hypershade（超级图表），如图1-18所示。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有图1-18由层编辑器进入超级图表可以打开渲染图层属性编辑器。用来设置图层是否被渲染，是单层渲染还是全局渲染和是否使用图层材质覆盖等。此图层是在创建分层时自动创建的，里面包含所有模型最开始的属性设置。用来打开渲染设置选项盒，可以针对当前图层设置，而不影响其他图层的渲染设置，如图1-19所示。图1-19从快捷命令进入渲染设置选项盒1.2.2.分层渲染设置利用Render图层的渲染Presets（预设）功能对场景进行分层渲染。【例1-1】预设分层 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有这里本书以角色为主讲解预设分层的方法。1)首先打开一个场景，如图1-20所示。图1-20打开卡通场景2)将角色和背景分别分层，如图1-21所示。图1-21将角色和背景分层3)然后了解一下渲染图层的预设。右击渲染图层会弹出快捷菜单，鼠标移动至Presets命令后，再次出现子级命令组，其中包括下面的7个命令。LuminanceDepth：深度。Occlusion：Occ阴影，模拟光线传递时产生的细节阴影。Normalmap：法线图。Geometrymatte：集合体遮罩。Diffuse：固有色。 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有Specular：高光。Shadow：阴影。4)接下来将角色图层进行细分，具体分层渲染效果如图1-22所示。a）Shadow渲染效果b)Specular渲染效果c）Normal渲染效果d）Occ渲染效果 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有e）Diffuse渲染效果图1-22分层渲染效果5)随后按照上面角色的图层设置方式也为背景分层。6)最后将渲染出来的所有单层文件导入后期软件中进行合成，如图1-23所示，最终效果见图1-24。图1-23导入后期软件合成 本书为幸星在百度文库公开文章，版权属于幸星国际动画学院所有图1-24后期合成后的最终效果图本章习题独立创建三维场景，进行分层渲染设置练习，从而达到熟悉整个渲染流程设置过程的目的。