大自然场景的布光及材质详解

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导言：

首先，我为什么想写这一个教程？我想一些火星上的朋友和我一样可能并不是CG行业中的高手，而只是有一台不是很差的个人电脑，有着CG的制作意愿，然后就投身到CG的制作中了。但是这个业余爱好实在需要大量的精力与时间，新手和高手的差别巨大，许多爱好者都没有扎实的基础，看到各种各样的插件，尤其是物理精确的渲染器的惊人效果，都投身到新软件的学习中去了。

其实作为一个业余爱好者，我们的计算机不是工作站，不可能完全应用到那些高级的功能。max本身就是一个相当强大的工具，一个精力有限的爱好者，主要的精力应该放在自身的美术修养和基础知识上，而不是去追赶潮流，一定要用最新的软件。等到你的基础知识扎实了，再用那些高级渲染器就会易如反掌。

这个教程是基于一个外国教程，加上我的一些感受，又加了一点参考资料写出来的，目的在于给奋斗的新手们一点帮助。

第一步

先来看一下我们今天的目标。这是没有用高级渲染器，只是用了scanline的效果。对于新手来说，即是用高级渲染器，也往往达不到这个效果。要实现这个效果，需要美术的功底，另外，就是对max灯光的比较深入的了解。前者我们今天先不涉及，后者则是我们要讨论的。（图01）

图01

第二步

首先，按照一般人的想法，这个场景中只有一个光源，就是阳光。然我们来验证一下，如果简单的打上一个灯，把环境色改成浅蓝色后直接去点那个右上角的白痴茶壶，很好，这是每个人都熟悉的让人看了想吐的所谓默认效果。（图02）

图02

看了这个效果之后，绝大所数的人就开始鄙视Default Scanline，然后就装了Br、Fr、Vr等等，开始研究高级光能渲染器。往往是高级渲染器说明书都背烂了，做出的效果一样的让人想吐（我就是这样的一个蠢人）。这个态度不是一个科学的态度，我们看到自己的效果不理想时，首先要分析一下为什么这样差。让我们仔细分析一下默认的效果为什么看起来失真。（图03）

图03

图3中标出的地方就是为什么这个图看起来失真的第一个原因：在现实生活中，物体的背面不可能是这样深的一致的黑色，一方面，来自周围物体的光线会反弹到这些暗的区域，另一方面，在户外场景中，真实的情况是，阳光进入大气层后，会出现散射的情况，这样，在所有的户外场景中，都有天空光的存在。天空光是一种方向随机的光线，在max中提供了Light Tracer这样的插件进行模拟。而高级渲染器则几乎都提供了这样的天空光模拟。这个场景只是使得正对面的表面被照亮，更接近于在月球等没有大气散射的星球上的情况。关于光线行为的知识，建议新手们找本书研究一下，其实高级渲染器的说明文件也是不错的。

第三步

其次，我们看到，所有的物体的明暗分界线都特别锐利，阴影的分布也特别的尖锐。
好，废话了这么多，我们如何来纠正这个情况：很简单，打灯。我知道这个词很让许多新手紧张，因为下意识中，我们总是觉得灯就是会让场景有人为照明痕迹的东西，应该越少越好。在高级渲染器中，往往也是很少的灯就可以了。

但是请各位记住，max的默认灯光和真实世界中的灯光是大不相同的，max默认灯光不会衰减，即使到了很远的地方，单位面积上的光强还是不变；如果不打开投影，那么连阴影都不会有；光线也不会反弹；总之，他更像是一个光强指向器，而不是真实的光源。这么来说，似乎默认灯光太差了，但是这些特性，正为我们布光留下了很大的自由操作空间。

现在详细讲解一下这个场景中的灯光设置。阳光由directional light模拟，因为阳光正是平行光。光的颜色设为明亮的黄色，就是快到中午时太阳的颜色。关掉它的specular，讲到材质时我会告诉你这样做的理由。现在需要关注的阳光的阴影，这些阴影在图上有大量的显示空间，必须注意。主要要调的选项是在advanced effects中的：Contrast 和Soften Diffusion Edge选项组。这两个参数对于灯光如何影响物体的表面至关重要。对于这个场景，两个值都在30-40左右是合适的。

注意，如果是在不同的天气情况下，这个值需要不同。具体的含义请参见max帮助。
现在要关注的是shadow map的size值，默认值太低了，把它改成3000左右较为合适，这样细节才比较好。Bias值为0, sample range设为8.0时阴影边缘更柔和。（图04）

图04

第四步

物体边缘不再模糊了，光线的色彩也好多了，但是活黑的问题还是没解决。现在来用灯光模拟天空光的效果。最有效的方法是灯光阵列。

在本场景中，我们用四盏omni来模拟天空光。这是要一点技巧的工作，但是，如果你很不愿意手调的话，用一个半球形的灯光阵列就可以了，灯越多，效果越均匀，但是计算时间越多（但比起变态的GI计算，这个几乎可以说是不花时间）。有四项需要注意：

1.灯光阵列的颜色。在有些灯光阵列比较主要的场景中，整个氛围的运造需要一些色彩，但要具体情况具体分析，本场景中，阳光是主要色彩制造者，所以我们的灯光阵列可以不设颜色。另外就是人的视觉心理感受，以此例来说，阳光的色彩是亮黄色，是暖色，因此即使不在天空光中加入色彩，有阳光投下的阴影会有一种心理上的冷色调，接近于浅蓝的感觉。 基本的原则是主光源冷色调，阴影就会有暖色调的感觉。

2. 灯光的放置，如前所述，如果你利用了很多的灯，这个就不重要了，但是如果像这里只用很少的灯，注意他们的摆放位置。 方法很简单，关掉主光源，移动各个灯，直到整个场景中的物体边缘看起来都被均匀照明就可以了。

3. 灯光强度，这个对于不同的场景有不同的要求。自己调吧。

4. 阴影：注意，在灯管阵列中，阴影是应该被打开的，这样可以模拟天空光在物体互相相对的位置最暗的特点。如果灯比较少，阴影的Sample Range 要设的高一些，这样才可以模拟天光阴影特别柔和的特点。如果你打了一大堆灯，这个设置就次要一些，因为灯互相之间会冲掉对方的阴影。

可以看到效果是不错的，比用高级的渲染器的天光差不了多少，可是后者的那个快啊。（图05、06）

图05

图06

第五步

现在整体的布光差不多结束了。还有最后的一点，就是我们所说的Light bouncing，即周围的物体向向光物体的背面投射光线的现象。这和color bleeding联系比较紧密。在这个场景中，由于物体的尺度相对较大，color bleeding并不明显，因此我们只用模拟一次光线反射就可以了。设置的方法也很简单，以模拟阳光的directional light 轴线为轴，反反向再加一个平行光就可以了。最后的布光图如下。（图07）

图07

最终布光效果。（图08）

图08

第六步

接下来，来讲解材质的设置。

在这个场景中，我们使用了大量的程序贴图。很多的爱好者都没有意识到程序贴图的强大之处：不需要物体自身的 uvw坐标，因此可以避免贴图拉伸的情况；另外，程序贴图有很多的参数可调，要重新设置效果也特别方便，不用在photoshop里呼天抢地。可是这也是他的缺点。你没有办法去仔细控制它的每一个细节，具体的效果只有渲染了才知道。

让我们开始吧！首先是创建一个 RayTrace材质，之所以用RayTrace，因为他比默认的phong,blin等等要先进，计算方法要精确，可以在图上见到巨大的差别。我们要对付的是三个通道Diffuse, Specular，再就是Bump。好，先把bump解决了吧！

把除了地面以外的所有东西先隐藏起来。想一下地面有什么特征才有趣？一个纯色的，没有任何起伏的地面时没有什么意思的，那就像是水泥一样。一个充满了起伏和裂缝的地表才有意思。具体怎么做呢？方法就是把多层的程序贴图混合起来。

首先在bump通道建一个Noise map，钩选Fractal选项，把Size值设小一些以获得更多的细节。把Noise Treshold的最大值和最小值设的比较靠近以增加对比度。现在还不用担心更小的细节，因为我们会在这个Noise下面再嵌套一个noise map。现在点我们的noise map的黑色方块，再给他一个noise map。这个贴图的size值应该更小以便于创造更多的细节，把这个贴图的类型改成Turbulence，这样最终的结果会更有趣。把这个贴图的颜色设成暗灰色。现在退回到我们的最初的noise下面，点白色的按钮，给他一个 Cellular map，把size值改小并且把类型改成Chips。然后把bump通道的输出值改成100。

说了这么多头都晕了，给一个设置图和效果大家看下。（图09、10）

图09

图10

第七步

然后就是更深入的设置了。由于在地面上我们不希望是这样的一个单调的颜色，因此我们接下来要设置diffuse channel&specular channel.我们所有的贴图都使用程序贴图，因此有个复杂的材质树。（图11）

图11

设置完成之后，渲染看下效果。（图12）

图12

第八步

很好，接下来要设置的是石头的材质。仍然是以RayTrace材质为主，用于保证贴图的高光的正确性。好了，下面是石头的材质设置和效果。（图13、14）

图13

图14

第九步

现在接近完成了，这一步要加入一些渲染后效果，如体积光，lens effects,Film Grain等效果。注意Film Grain的值设成0.2,Lens effects中加入Glow特效，体积光设置如下图。（图15）

图15

最终效果。（图16）

图16

最后，给大家一点关于材质设置的建议。我知道有相当多的人对于材质的高光并不在意，但非常遗憾的是，高光是影响一种材质的最敏感部分。我们区分一个物体的表面光泽与质感时，高光有巨大的影响，如下图所示。（图17）

图17

人眼对于高光相当的敏感，因此每当你需要材质高光极为精细时，请使用RayTrace的方法生成真实的高光。最重要的，请大家不要忽视基本功的训练，你会发现，同样的工具，在有的人手中是利器，在有的人手中就无法发挥作用。即使是Defalt Scanline，MAX material，一样可以创造迷人的效果。