因为Render和Shade值两个词在三维软体中是截然不同的两个概念，虽然它们的功能很相似，但却有不同。Shade是一种显示方案，一般出现在三维软体的主要视窗中，和三维模型的线框图一样起到辅助观察模型的作用。很明显，著色模式比线框模式更容易让我们理解模型的结构，但它只是简单的显示而已，数位图像中把它称为明暗著色法。在像Maya这样的高级三维软体中，还可以用Shade显示出简单的灯光效果、阴影效果和表面纹理效果，当然，高质量的著色效果是需要专业三维图形显示卡来支援的，它可以加速和优化三维图形的显示。但无论怎样优化，它都无法把显示出来的三维图形变成高质量的图像，这时因为Shade采用的是一种即时显示技术，硬体的速度限制它无法即时地反馈出场景中的反射、折射等光线追踪效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像档、视频信号或者电影胶片，这就必须经过Render程式。

Shade视窗，提供了非常直观、即时的表面基本著色效果，根据硬体的能力，还能显示出纹理贴图、光源影响甚至阴影效果，但这一切都是粗糙的，特别是在没有硬体支援的情况下，它的显示甚至会是无理无序的。Render效果就不同了，它是基于一套完整的程式计算出来的，硬体对它的影响只是一个速度问题，而不会改变渲染的结果，影响结果的是看它是基于什么程式渲染的，比如是光影追踪还是光能传递。

1.渲染的基本过程

首先，必须定位三维场景中的摄像机，这和真实的摄影是一样的。一般来说，三维软体已经提供了四个默认的摄像机，那就是软体中四个主要的视窗，分为顶视图、正视图、侧视图和透视图。我们大多数时候渲染的是透视图而不是其他视图，透视图的摄像机基本遵循真实摄像机的原理，所以我们看到的结果才会和真实的三维世界一样，具备立体感。接下来，为了体现空间感，渲染程式要做一些“特殊”的工作，就是决定哪些物体在前面、哪些物体在后面和那些物体被遮挡等。空间感仅通过物体的遮挡关系是不能完美再现的，很多初学三维的人只注意立体感的塑造而忽略了空间感。要知道空间感和光源的衰减、环境雾、景深效果都是有著密切联系的。

渲染程式通过摄像机获取了需要渲染的范围之后，就要计算光源对物体的影响，这和真实世界的情况又是一样的。许多三维软体都有默认的光源，否则，我们是看不到透视图中的著色效果的，更不要说渲染了。因此，渲染程式就是要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。和真实世界中光源不同的是，渲染程式往往要计算大量的辅助光源。在场景中，有的光源会照射所有的物体，而有的光源只照射某个物体，这样使得原本简单的事情又变得复杂起来。在这之后，还要是使用深度贴图阴影还是使用光线追踪阴影？这往往取决于在场景中是否使用了透明材质的物体计算光源投射出来的阴影。另外，使用了面积光源之后，渲染程式还要计算一种特殊的阴影－－软阴影（只能使用光线追踪），场景中的光源如果使用了光源特效，渲染程式还将花费更多的系统资源来计算特效的结果，特别是体积光，也称为灯光雾，它会占用代量的系统资源，使用的时候一定要注意。

在这之后，渲染程式还要根据物体的材质来计算物体表面的颜色，材质的类型不同，属性不同，纹理不同都会产生各种不同的效果。而且，这个结果不是独立存在的，它必须和前面所说的光源结合起来。如果场景中有粒子系统，比如火焰、烟雾等，渲染程式都要加以“考虑”。

2.智能光

我一直认为，自然界的光是具有智慧的，它像一个魔法师，把世界变得缤纷绚丽，甚至离奇古怪，而渲染程式中的光就显得笨拙的得多了，程式虽然提供了足够多的光源类型来让我们模拟真实世界的光源，但就其本质来说，都只解决了光源的直接照射问题，而真实世界中的照明不是这样的，它还存在再次反射的现象，也就是通常所说的的光能传递，现在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能传递相混淆，他们虽然在原理和结果上非常相似，但是算方式却不一样。

光的“智慧”还体现在它的反射和折射质量上，这个质量并不是指渲染图像的质量或者光线追踪的正确与否，而是指是否能自动完成与光线的反射和折射有关的所有效果。Caustic特效的产生成为了高级渲染程式的一个重要标志。Cau-stic是一种光学特效，通常出现在有反射和折射属性的物体上，比如透明的圆球、凸透镜、镜子、水面等，它包含聚焦和散焦两个方面的效果。

就目前的情况来说，衡量一个渲染程式里的光源是否具有“智慧”，不是看它的光源类型有多么丰富，或者说，已经与直接照明没有什么关系了（所有的渲染程式都能很好的解决直接照明的问题），而是与光源的间接照明有密切的关系。无论是天空光还是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物体上产生的效果，它们是光线的Diffu-se、Radiosity、 Reflection和Refraction产生的结果，产生这些结果的自动化程度越高，即不需借助任何辅助光源，我们就可以把该渲染程式的光源看成是有“智慧”的。需要注意的是，并不是说不能自动产生间接照明效果的渲染程式就是低级的。我们依然可以使用辅助光源来模拟那些间接照明的效果，作为渲染的图像来说，我们关心的仍然是图像所显示的效果，而不是产生结果的方法。

3.材质的真相

材质是什么？简单的说就是物体看起来是什么质地。材质可以看成是材料和质感的结合。在渲染程式中，它是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性，才能让我们识别三维中的模型是什么做成的，也正是有了这些属性，我们电脑三维的虚拟世界才会和真实世界一样缤纷多彩。

这就是材质的真相吗？答案是否定的。不要奇怪，我们必须仔细分析产生不同材质的原因，才能让我们更好的把握质感。那么，材质的真相到底是什么呢？仍然是光，离开光材质是无法体现的。举例来说，借助夜晚微弱的天空光，我们往往很难分辨物体的材质，而在正常的照明条件下，则很容易分辨。另外，在彩色光源的照射下，我们也很难分辨物体表面的颜色，在白色光源的照射下则很容易。这种情况表明了物体的材质与光的微妙关系。下面，我们将具体分析两者间的相互作用。

4.色彩（包括纹理）

色彩是光的一种特性，我们通常看到的色彩是光作用于眼睛的结果。但光线照射到物体上的时候，物体会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色，这些漫反射出来的光色到达我们的的眼睛之后，就决定物体看起来是什么颜色，这种颜色在绘画中称为“固有色”。这些被漫反射出来的光色除了会影响我们的视觉之外，还会影响它周围的物体，这就是光能传递。当然，影响的范围不会像我们的视觉范围那么大，它要遵循光能衰减的原理。另外，有很多资料把Radiosity翻译成“热辐射”，其实这也蛮贴切的，因为物体在反射光色的时候，光色就是以辐射的形式发散出去的，所以，它周围的物体才会出现“染色”现象。

5.光滑与反射

一个物体是否有光滑的表面，往往不需要用手去触摸，视觉就会告诉我们结果。因为光滑的物体，总会出现明显的高光，比如玻璃、瓷器、金属………而没有明显高光的物体，通常都是比较粗糙的，比如砖头、瓦片、泥土………这种差异在自然界无处不在，但它是怎么产生的呢？依然是

光线的反射作用，但和上面“固有色”的漫反射方式不同，光滑的物体有一种类似“镜子”的效果，在物体的表面还没有光滑到可以镜像反射出周围的物体的时候，它对光源的位置和颜色是非常敏感的。所以，光滑的物体表面只“镜射”出光源，这就是物体表面的高光区，它的颜色是由照射它的光源颜色决定的（金属除外），随著物体表面光滑度的提高，对光源的反射会越来越清晰，这就是在三维材质编辑中，越是光滑的物体高光范围越小，强度越高。当高光的清晰程度已经接近光源本身后，物体表面通常就要呈现出另一种面貌了，这就是Reflection材质产生的原因，也是古人磨铜为镜的原理。但必须注意的是，不是任何材质都可以在不断的“磨练”中提高自己的光滑程度。比如我们很清楚瓦片是不可能磨成镜的，为什么呢？原因是瓦片是很粗糙的，这个粗糙不单指它的外观，也指它内部的微观结构。瓦片质地粗糙里面充满了气孔，无论怎样磨它，也只能使它的表面看起来整齐，而不能填补这些气孔，所以无法成镜。我们在编辑材质的时候，一定不能忽视材质光滑度的上限，有很多初学者作品中的物体看起来都像是塑胶做的就是这个原因。

6.透明与折射

自然界的大多数物体通常会遮挡光线，当光线可以自由的穿过物体时，这个物体肯定就是透明的。这里所指的“穿过”，不单指光源的光线穿过透明物体，还指透明物体背后的物体反射出来的光线也要再次穿过透明物体，这样使我们可以看见透明物体背后的东西。由于透明物体的密度不同，光线射入后会发生偏转现象，这就是折射。比如插进水里的筷子，看起来就是弯的。不同的透明物质其折射率也不一样，即使同一种透明的物质，温度的不同也会影响其折射率，比如当我们穿过火焰上方的热空气观察对面的景象，会发现有明显的扭曲现象。这就是因为温度改变了空气的密度，不同的密度产生了不同的折射率。正确的使用折射率是真实再现透明物体的重要手段。

在自然界中还存在另一种形式的透明，在三维软体的材质编辑中把这种属性称之为“半透明”，比如纸张、塑胶、植物的叶子、还有蜡烛等等。它们原本不是透明的物体，但在强光的照射下背光部分会出现“透光”现象。

通过上面简单的描述，相信大家已经进一步瞭解了光和材质的关系，如果在编辑材质时忽略了光的作用，是很难调出有真实感的材质的。因此，在材质编辑器中调节各种属性时，必须考虑到场景中的光源，并参考基础光学现象，最终以达到良好的视觉效果为目的，而不是孤立的调节它们。当然，也不能一味的照搬物理现象，毕竟艺术和科学之间还是存在差距的，真实与唯美也不是同一个概念。

7. 关于摄像机

一幅渲染出来的图像其实就是一幅画面。在模型定位之后，光源和材质决定了画面的色调，而摄像机就决定了画面的构图。在确定摄像机的位置时，总是考虑到大众的视觉习惯，在大多数情况下视点不应高于正常人的身高，也会根据室内的空间结构，选择是采用人蹲著的视点高度、坐著的视点高度或是站立时的视点高度，这样渲染出来的图像就会符合人的视觉习惯，看起来也会很舒服。在使用站立时的视点高度时，目标点一般都会在视点的同一高度，也就是平视。这样墙体和柱子的垂直轮廓线才不会产生透视变形，给人稳定的感觉，这种稳定感和舒适感就是靠摄像机营造出来的。

当然，这种放置摄像机的方法不见得也适合表现室外的建筑，摄像机的位置必须考虑观察者所处的位置和习惯，否则画面会看起来很别扭。在影视作品中，摄影机的自由度会大得多，为了表现特殊的情感效果。有时会故意使用一些夸张、甚至极端的镜头，要注意区别对待。

那么，在三维软体中的摄像机除了影响构图之外，还有其他的作用。景深效果和092;动模糊。应该说这两种特效都是和摄像机密不可分的，因为摄像机（或照相机）都有光圈和快门，而光圈和快门就是产生景深效果和092;动模糊的直接原因，所以，092;用好这两种特效是再现真实摄像效果的必要手段。

三维软体里的摄像机，除了上面提到的内容外，还有更复杂的部分，那就是摄像机的092;动。如果你的工作不会涉及到动画制作，可以忽略与摄像机092;动有关的内容，但不论怎样，花点时间看看摄像方面的书籍是很有帮助的。要知道影视作品和我们平时照相不同，照相注重构图和用光，影视作品更讲究镜头的?#092;动和镜头的切换。所以，如果你要092;用好你的“虚拟摄像机”，就必须参考专业类的书籍，千万不要再凭自己的想像，否则，费了好大的劲儿制作好了模型，设置好了光源，把最难调的材质也调好了，还设置了动画关键帧，本来应该有个好的渲染结果了，却因为使用了“蹩脚”的摄像机镜头和092;动方法而导致剪辑师无从下手，结果前功尽弃。当然，这种结果在三维动画制作中并不多见，原因是三维动画制作通常都是先有了分镜头脚本（也叫故事板）才开始制作的。每个分镜头脚本中都注明了该用什么样的镜头以及如何092;用镜头，但这并不表示我们可以不用去学习镜头语言，假如你对镜头一无所知，那该怎样才能看懂分镜头脚本呢？

8. 光与影的艺术

“光与影的艺术”常用来作为摄影类书籍的主题。在摄影专业中，光线是一种使影像投射到胶片上的能量，那么在三维图像中呢？是否可以理解为光线是一种使影像投射到虚拟胶片上的能量？电脑也可以产生照片一样的图像，正是因为这样，使电脑图像成为另一种新的艺术表现形式，它和传统的摄影在用光上有著很多相似之处；不同的是，摄影的用光都是基于真实的光源，而在电脑中都是虚拟的光源，它只对电脑中的虚拟物体产生作用。本章将以自然光源为起点，逐步引入并深入介绍CG光源的特点和应用技巧。

9. 自然界的光源

自然界始终充满著光线，即使在“漆黑”的夜晚也会有微弱的光线照射著周围的环境，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。但在三维软体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。

10. 光线照射的两种方式

想像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，而在三维软体中，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“渲染软体的光源类型”中详细介绍它。

      在分析真实世界的两种光照形式后我们瞭解到，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”的渲染技术。现在一种采用Global Illumination技术实现间接光照效果的软体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Global Illumination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。

11.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，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，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，它跟三维软体中的材质有著密切关系。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），可以说三维软体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式支援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。瞭解了真实世界的光照和反射形式，才能理解渲染程式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效果。

12. 自然光源和人工光源

       在我们的生活中，光线无处不在，可是被称为光源的并不多，因为只有能够自发光的物体才能称之为光源。但是在三维世界里便有了特例，比如月亮，它自己不发光，靠反射太阳的光线来照射物体。严格来说它不是光源，但实际上在三维世界它也起到了光源的作用。通常把光源分为自然光源和人工光源。自然光源有太阳、月亮、星光，也包括闪电，甚至连萤火虫也是。其实在特殊的时刻，自然光照明也是充满情调的，这种情调往往来自于光源在特定时刻的色调。比如太阳在初出和将要落山的时候，桔红色光芒照射大地，这时给人的感觉和太阳在正午时分是截然不同的。所以，很多摄影师都避免在正午的时候到户外摄影，除了会引起曝光方面的问题外，色调与氛围也是很重要的一个原因。与朝阳的红调不同，夜晚的月光总是把世界渲染得神秘、朦胧、和浪漫，所以年轻的朋友一般都会选择有月亮的夜晚约会（美其名曰“步月”），特别是月圆之夜。

        人工光源的起源可能要追溯到燧人氏钻燧取火的时代，现在所指的人工光源主要是电灯，可以说，由于人工光源的出现，才会使得照明效果变得复杂起来，它除了给我们带来光明之外，也为生活增加了些许情趣，所以现在我们对光源的要求已经不以照明为简单目的了，而是更多地追求它的艺术效果。很多城市都实施过“亮起来”工程，就是用人工光源来装点我们的城市。其实仔细想想，人工光源在很大程度上实际是在模仿自然光源，比如在迪厅的灯光就象闪电一样，咖啡屋的灯光就像星光，客厅的灯光很明亮，像太阳一样，而卧室的灯光也朦胧得像月光一样………在三维软体中，光源虽然没有自然光源和人工光源之分，但都是在模拟这两类光源产生的，而且越是优秀的作品，越能把握光源的“情感”问题。

       光源的衰减问题 在使用三维软体类比光照效果的时候，最难的还不是光线的漫反射和Caustic，因为很多渲染程式都已经把这个过程“人工智慧”化了，难的是正确表现光线的衰减，真实世界的光源是随著距离的增加按反向平方衰减的，而三维软体中的光源却需要我们人为地调节衰减，很多朋友在调节光源的时候忽略了这一步，这是一个非常不好的习惯，特别是在做室内设计的时候，这个问题尤其突出。

       由于很多渲染程式没有提供Radiosity，所以它不能计算物体表面在接受光照之后，散射光线对周围物体的影响，因此，如果按真实光源的方式来衰减，那么场景就会很暗。为了解决这个问题，多数三维软体都采用了一种折衷的方式，就是用线性衰减，这种衰减方式比真实情况简单，但存在的问题是光线照射的聚光区不够真实，也就是由于衰减不够快使得聚光区产生类似“曝光过度”的现象，特别是场景中有很多辅助光源的情况下更容易发生这种情况。在Lightscape中即使把光源的亮度提高几倍，它也不会在聚光区产生生硬的光斑，，它总是显得非常有层次。其实在其他三维软体中也可以产生这样的效果，笔者喜欢把光源的衰减由线性衰减改变为反向平方衰减，然后使用Multiplier参数（在 MAX中）或者Intensity参数（在Maya中）来调节光源的亮度，这时光源投射的聚光区会很有层次，要产生好的效果，必须配合相应的辅助光源，而且千万不要忽视辅助光源的衰减问题。

     3DMAX渲染小知识，你学到了多少呢？相信自己一定可以成3DMAX高手。

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