内容发布更新时间 : 2024/11/19 5:54:33星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
三维动画中灯光与渲染的探究与实现
第1章 绪论
1.1 三维动画的概念
三维动画又称3D动画它是计算机科学，计算机图形学与传统视听传媒艺术形态结合的艺术形式，通过使用多样的表现手法，营造了较为真实的画面效果。一个简单的三维动画流程就是通过在计算机中建立一个虚拟的世界，再根据需要建立模型场景等等，然后按照要求设定特定的运动轨迹，摄像机镜头的摆放，最后贴上材质，打上适当的灯光，进行渲染即可。可以这么说，三维动画就是艺术与技术机密结合后得到的产物。由于三维动画比平面动画更加直观，更能使得观赏者享受到一种身临其境的感觉因此现如今在原创动画片中占据了相当大的比重，近几年来，国产的优秀动画片也才开始用了此技术[2]。
1.2 灯光与渲染技术的背景
动画制作精力了从逐帧制制作到计算机二维制作一直到当前的三维动画制作。而三维场景中为了达到最终想要得到的真实效果就是需要建立不同的灯光。灯光，目的是最大限度地模拟自然界的光线类型和人工光线类型。在三维软件中自带灯光基本只有六种，目标聚光灯，目标平行光，自由聚光灯，自由平行光，泛光灯，天光。但在实际应用中为了能够达到好的效果，需要自行设定灯光。渲染是指根据场景的设置，灯光，材质等等由程序绘制出一幅效果图或者动画。
1.3 研究的意义和目的
在三维动画的飞速发展中，为了使得作品能够脱颖而出，人们不单单追求剧本的独特性以及模型的精致性，越来越多的人们开始审视画面的质量的逼真性。灯光和渲染此时就成为了整部动画作品制作中不可或缺的一个重要部分了。
在制作过程中，若能够合理的灯光布局，结合自然环境中明暗关系，同时准确地根据剧本的风格灵活地使用灯光，即可奠定作品的气氛。这样有着精湛的灯光布局，这样子的作品使得观众身临其境。整部作品的灵魂就可以得到充分地体现。灯光可以认为是三维动画的灵魂，它不仅能够创造特定的环境气氛，而且它能够把这种气氛赋予感染力的在荧屏上表现出来，产生完全不一样的场景感觉。灯光的照明总体控制着场景换面的效果，从而可以突出主题，渲染气氛。灯光，物体和动画相结合可以产生很好的三维效果，灯光有助于表达特定的情感，能吸引观众的眼球到特定的位置，对整个动画有非常重要的作用。
与此同时，三维动画的渲染也比一般二维动画有着更强的表现力，三维动画渲染结合
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本科生毕业设计(论文)
灯光，材质，贴图，渲染参数等渲染技术，同时渲染的图像有着许多的现在特性，有些特性只与一个算法相关，有些可能与多个有关 ，合理地分析不同渲染器所用的算法，在质量和时间都兼顾的条件下，充分地提高工作效率。也是必不可少的一步。
1.4 论文组织
第1章主要简介三维动画的概念以及发展背景，渲染和灯光技术在国内外的发展研究此问题的意义和目的何在。
第2章主要简介三维动画中灯光技术的运用，软件灯光的几种基本种类的介绍，3dmax中布光的要求，分层渲染技术和常见渲染器介绍。
第3章主要简介三维动画中渲染技术的技术体现，详细介绍在作品中运用到得V-Ray渲染器在场景中的使用，灯光的表现和渲染手法对传统动画的启发等。
第4章主要通过作品中来展示灯光和渲染的具体体现。
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三维动画中灯光与渲染的探究与实现
第2章 用于三维动画中灯光的技术
2.1 三维软件中灯光种类的简介
在三维软件在3dmax中可提供以了几种灯光例如环境光、泛光灯、平行光、聚光灯、天光。
环境光是对场景中的全部物体的所有部位均匀照明的灯光。默认的环境光色是接近黑色的深灰色。它位于主命令菜单中渲染/环境，可以用色块来选择标准颜色或调整RGB值来调整环境光的颜色，颜色越淡则环境光越亮。一般情况下为了对比与调节模型材质色彩经常用环境光进行参照。在室外场景中环境光的RGB通常设置为（84,213,250）。
环境灯光示设计如图2-1所示。
图2-1 环境光设计图
泛光灯是一种点光源，它可以均匀地向四周照射，用于场景中普通照明，它位于灯光/泛光灯，是一个黄色小菱形图标，刻一张主命令面板的泛光灯参数区设置其参数并用选择移动命令将黄色的散射光图标拖动到适当位置，这样透视图中的光线随着散射光的移动而产生变化。
平行光是指向太阳那样的从无限远处照射过来的光源。它又可分为两种，即目标平行光和自由平行光。如果要在场景中表现激光束或阳光照射效果，就可以使用此灯光。它位于灯光/平行光，同时在主命令板上设置定向光的各个参数，与泛光灯一样可以使用选择移动按钮，在各视图中调整定向光源与目标的位置和角度。
聚光灯是从一点发出的光束，离光源越远光束会变得越宽，它有一个照亮的照射中心，在一定的范围内产生衰减。聚光灯有两种，即目标聚光灯和自由聚光灯。它们的区别是目
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标聚光灯有明确可调整的目标，而自由聚光灯设有可调整的目标。创建聚光灯的方法和创建定向光一样。
天光它是一个专门模拟地球上某地某时真实太阳光的外挂程序，用于模拟太阳光，且产生真实的阴影效果[3]。
2.2 灯光布局的研究
3dmax可谓主流的三维动画制作软件，基本的布光原则也是相通的。灯光的设置方法是没有固定死板的，因个人而言都有着一定的差异性。在布光前应该对所需要的画面的明暗色彩分布有一定的设想，并要考虑到后续动画制作程序的简便性与时效性，有几点基本的规则是一定的。
第一，布光时要注意给灯光的设置留有一定的可调节的余地，便于产生微妙的光影的变换。一定要避免灯光太亮，这样会适当整个场景缺了层次感，出现了曝光的现象会显得画面十分生硬。
第二，场景中的灯光不宜太多。过多的灯火会使得工作过程的复杂度加大，很难处理画面，最重要的是过多的灯光直接影响到了渲染的速度。保留必要的灯光就行。有时可能通过材质贴图来代替灯光，比如在台灯的材质可以将调节自发光参数就可以达到满意的效果了。
第三，场景中要能到体现出灯光的明暗分布，具有一定的层次感是最好的。在灯光放置中设置灯光的衰减参数，就是设置对应灯光开始淡入或淡出的距离。这样也便于突出主体和真实感。就像遵守现实世界中近浓远淡，近暗远亮这个常识，这样就便于达到三维的目的。
第四，遵守现实生活中灯光的形式，其实软件中的灯光并没有真实灯光的特点，它并不懂得阴影的重叠，当多个灯光同时使用时，要注意投影的准确位置。努力实现对影调的总体设计，尽量避免与现实相背离的事情发生[4]。
2.3 渲染器的探究
如今渲染器除了三维软件自带的渲染器重，还有许多渲染器受到广大三维制作者的青睐，例如V-Ray 就是常见的一种渲染器并可以和3dmax软件很好的相兼容。它是由chaosgroup和asgvis公司出品的。V-Ray 渲染器是个具有模拟现实光照的全局光渲染器，在静帧的图片以及动态画面。同时，它拥有的照明的仿真功能可以帮助操作者完成类似照片的图像。它也可以表现出高级的光线跟踪，以及散射的效果。这些是3dmax自带的扫描线渲染器所没有的。同时，它用于自己的材质例如发光材质，VR_材质包裹器，VR_混合材质，覆盖材质等。假若在V-Ray渲染器中选用V-Ray材质可以获得更好的照明效果，较快的
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