知識點二 燈光基礎

1．燈光的概念

燈光在渲染中占據非常重要的位置，和現實世界一樣，沒有光就看不到物體，也看不見任何色彩。燈光對于場景氛圍的渲染起到了決定性的作用，不同的布置燈光的方法將會產生不同的效果。場景中的反射和折射效果，以及燈光霧、輝光、耀斑都是利用燈光產生的效果。如果要想在Maya中創(chuàng)建逼真的畫面，就需要模擬現實世界的光線傳輸，但不是簡單的照搬。

要想熟練地運用布光技術，需要長期地積累經驗，還要學習一些攝影、舞臺燈光以及電影中布置燈光的技術。

2．燈光的創(chuàng)建及種類

當打開Maya創(chuàng)建新場景的時候，Maya會自動創(chuàng)建一套自帶的燈光效果。一旦手動創(chuàng)建新的燈光時軟件會自動關閉默認的燈光效果，也可以手動關閉默認燈光。

（1）手動關閉默認燈光方法操作步驟如下。

01 選擇【Window】>【Rendering Editors】>【Render Settings】命令，也可以單擊工具欄上的【RenderSettings】圖標按鈕，分別如圖1-1和圖1-2所示。

02 在彈出的【Render Settings】對話框01的【Common】選項卡下的【Render Options】擴展欄里取消選中【Enable Default Light】復選框，如圖1-3所示。

圖1-4為選中【Enable Default Light】復選框且不創(chuàng)建任何燈光的情況下對一個圓球物體進行渲染的效果；圖1-5為取消選中【Enable Default Light】復選框且不創(chuàng)建任何燈光的情況下的效果。從圖1-5可以看出取消選中后變成全黑，表示沒有燈光照射到物體上。

創(chuàng)建物體后按【5】鍵可以在場景窗口看到默認燈光的硬件渲染效果，也可以選擇場景窗口菜單欄上的【Lighting】>【Use Default Lighting】命令。如果在場景中創(chuàng)建了自定義燈光，按【7】鍵可以在場景窗口中看到硬件渲染自定義燈光的效果，也可以選擇場景窗口菜單欄上的【Lighting】 >【Use All Lights】命令，如圖1-6所示。在場景中選擇一盞燈光，選擇【Lighting】>【Use Selected Lights】命令，則可以在場景中顯示被選中燈光的照射效果。選擇【Lighting】>【Use No Lights】命令，將會顯示如圖1-7所示的效果，雖然是不使用任何燈光，但是硬件渲染不會使場景變全黑，而是變成沒有陰影效果的材質貼圖顏色。只要場景中有一盞燈光開啟了陰影效果，【Lighting】>【Shadows】命令將變?yōu)榭捎脿顟B(tài)，選擇【Shadows】命令后場景將會顯示硬件渲染場景的陰影效果。

用軟件渲染和硬件渲染的效果相差會很大，所以場景中的硬件渲染效果只是作為參考的，最終的效果還要看軟件渲染的效果。硬件渲染只支持漫反射、透明、高光點、陰影等效果，不支持反射、折射等一些需要大量計算的效果。

（2）在Maya中創(chuàng)建燈光有以下兩種方法。

① 使用Maya菜單欄命令創(chuàng)建燈光，選擇【Create】>【Lights】命令，如圖1-8所示。在子菜單里有6種燈光類型：【Ambient Light】（環(huán)境光）、【Directional Light】（方向光）、【Point Light】（點光源）、【Spot Light】（聚光燈）、【Area Light】（面積光）、【Volume Light】（體積光）。選擇其中任何一個命令將會在場景中創(chuàng)建一盞相應的燈光。

② 選擇【Window】>【Rendering Editors】>【Hypershade】（陰影材質編輯器）命令，如圖1-9所示。單擊【Hypershade】窗口左邊【Create Maya Nodes】下拉列表中【Lights】前面的三角圖標展開【Lights】子目錄，里面也有相同的6種燈光類型，如圖1-10所示。單擊其中任何一種燈光圖標按鈕將在場景中創(chuàng)建相對應的燈光類型。

這6種燈光中Spot Light應用最廣泛，可以設置的屬性也最多。Maya中的燈光有通用屬性和特殊屬性。通用屬性在每一種燈中都有，特殊屬性只有一種或幾種燈光才擁有。

3．Spot Light（聚光燈）

Maya中的聚光燈光很像手電筒、探照燈、汽車照明燈等。光從聚光燈的原點產生光線，呈圓錐體的形狀向外發(fā)射。雖然在場景中聚光燈的形狀是有限的，但光線可以無限遠地發(fā)射，且燈光的縮放不會影響燈光的強度。

選擇【Create】>【Lights】>【Spot Light】命令或在【Hypershade】窗口創(chuàng)建一盞“Spot Light”，按【Ctrl+A】組合鍵打開新建燈光的屬性編輯面板，在面板上選擇【spotLightShape1】選項卡，如圖1-11所示。

（1）所有燈光通用屬性。

① Type（燈光類型）（見圖1-12）

在【Type】下拉菜單中有6種燈光類型，這里的燈光類型和創(chuàng)建燈光類型的種類是一樣的。因此在創(chuàng)建了一盞燈光后，如果想改變燈光類型可以在這里修改。注意，不要對已經進行屬性設置的燈光改變類型，因為有些燈光的屬性是獨有的，不能從一種燈光直接轉換到另一種燈光。

② Color（顏色）

燈光的顏色可以通過顏色拾色器選擇一種顏色設置；還可以給Color屬性設置紋理貼圖，這就像幻燈片投影儀一樣，把紋理投射到場景中。

設置燈光紋理貼圖的操作步驟如下。

01 單擊【Color】后面的按鈕。

02 在彈出的【Create Render Node】對話框中選擇一張紋理貼圖或File紋理。如圖1-13所示，選擇一張【Bulge】紋理投射到場景中。

03 把聚光燈朝向物體，然后渲染場景。圖1-14所示為將一張【Bulge】紋理貼圖連接到燈光的【Color】屬性后照射場景的效果圖。

在Maya中可以對屬性進行設置關鍵幀。若想制作燈光顏色從紅色變成綠色的效果，操作步驟如下。

01 單擊【Color】后面的顏色拾色器按鈕，如圖1-15所示。

02 在彈出的【Color Chooser】對話框中選擇紅顏色，然后單擊【Accept】按鈕，如圖1-16所示。

03 右鍵單擊【Color】屬性，從彈出的快捷菜單中選擇【Set Key】（設置關鍵幀）命令，如圖1-17所示。

04 重復步驟02和03，選擇綠顏色并設置關鍵幀即可。

③ Intensity（強度）

設置燈光的強度即燈光的亮度。其實燈光照射到物體上的亮度是由【Intensity】的數值和【Color】中的灰度值v的乘積決定的。例如，當【Color】的v值為0.5, 【Intensity】值為2時，光線照射在物體上的強度是1。

④ Illuminates by Default（默認照明）

如果選中此復選框，燈光將照亮所有包含在【Default Light Set】（默認燈光組）里的物體。如果取消選中此復選框，燈光將只照亮和它相連的物體。默認此復選框是選中的。

⑤ Emit Diffuse（產生漫反射）

選中此復選框，燈光照射到物體后將產生漫反射并產生顏色。圖1-18所示為選中【Emit Diffuse】復選框的效果，如圖1-19所示為取消選中【Emit Diffuse】復選框的效果。

⑥ Emit Specular（產生鏡面反射）

若選中此復選框，燈光照射到物體后將產生鏡面反射并產生高光。圖1-20所示為取消選中【Emit Specular】復選框的效果。

⑦ Decay Rate（燈光衰減率）

在現實世界中，燈光在傳播過程中隨距離的增加而燈光強度逐漸衰減。但在Maya中燈光默認是不會產生衰減的，即不管物體距離燈光有多遠都和初始時的強度是一樣的，若要產生衰減必須在【Decay Rate】下拉菜單中選擇一種衰減方式。

● Linear（線性衰減或一次方衰減）：指燈光強度隨距離的增加呈線性衰減。

● Quadratic（平方衰減或二次方衰減）：指燈光強度隨距離的增加呈二次方衰減。公式為：強度=1/（距離×距離）。這和現實世界中的衰減比較相似。

● Cubic（立方衰減或三次方衰減）：指燈光強度隨距離的增加呈三次方衰減。公式為：強度=1/（距離×距離×距離）。

如圖1-21所示從下到上依次是不衰減、線性衰減、平方衰減、立方衰減。

（2）聚光燈特有或只有幾種燈光具有的特殊屬性。

① Cone Angle（圓錐角）（單位：角度）

圓錐角是光線從聚光燈的原點向外擴散展開的角度?！綜one Angle】的有效值范圍是0.006～179.994，默認值為40。改變錐角的大小時，聚光燈圖標的圓錐角度會實時更新。

② Penumbra（半影）（單位：角度）

【Penumbra】是光束從燈光強度最亮處線性遞減到燈光強度為0的角度。有效值范圍為-179.994～179.994，默認值為0。【Penumbra】和【Cone Angle】一起決定了聚光燈的照射范圍。例如，假設【Cone Angle】值為60，而【Penumbra】值為10，那么燈光的有效照射范圍直徑為80 （60+10+10）°。假如【Penumbra】為-10，那么燈光的有效照射范圍直徑為60°，如圖1-22所示。

③ Dropoff（衰減率）

衰減率是指燈光強度從光束中心沿半徑逐漸減小的速率，有效值范圍為0到無限大的值，滑動條的有效范圍為0～255。

④ Barn Doors（擋光板）（圖1-23所示為現實中燈的擋光板）

展開【Light Effects】（燈光特效）擴展欄，選中【Barn Doors】復選框可以創(chuàng)建聚光燈的擋光板。調節(jié)【Left Barn Door】、【Right Barn Door】、【Top Barn Door】、【Bottom Barn Door】數值移動上下左右四塊擋光板的位置，可以模擬一些形狀特別的燈光束，如方形、半圓形等，如圖1-24所示。

⑤ Decay Regions（衰減區(qū)域）

選中【Use Decay Regions】（開啟衰減區(qū)域）復選框可以進行分段衰減。其下面有三組區(qū)域范圍調節(jié)屬性，每個區(qū)域都有一個【Start Distance】（開始距離）和【End Distance】（結束距離）。它們的屬性值表示距離燈光起點的距離。如果相鄰兩個區(qū)域的End Distance和Start Distance相同的話，將會合并成一個連續(xù)的衰減區(qū)域。如圖1-25所示，左邊為連續(xù)衰減，右邊為分段衰減。

⑥ Light Manipulator（燈光操作器）

選中燈光按【T】鍵或選擇【Display】>【Rendering】>【Camera/Light Manipulator】命令都可以顯示【Light Manipulator】，如圖1-26所示。此時燈光下方有一個像字母Q的操作器，稱為【Cycling Index】（循環(huán)索引）。單擊【Cycling Index】圖標可以循環(huán)顯示【Light Manipulator】。

4．Direction Light（平行光）

平行光可以用來模擬日光和月光的照射效果，圖1-27所示為現實中太陽光照射效果。因為太陽和月亮離地球很遠，光線可以看成是平行投射到地球的。平行光的照射效果與燈光所處的位置和大小無關，只和燈光的方向有關，因此無論燈光位于何處或有多大，只要與此燈光連接的物體都可以被照射到。

Maya中的平行光沒有衰減屬性，所以平行光照射到每個物體的強度都是一樣的。把平行光用在室外的大場景是最適合的了。同時也可以用一些Maya自帶的數學工具來產生衰減。

5．Point Light（點光源）

點光源的光線是從一個點向四周發(fā)射出去的。點光源具有【Decay Rate】屬性，默認是關閉的，想要開啟只要選擇一種衰減模式即可，和聚光燈一樣。移動點光源可以影響照明效果，但縮放不會影響照明效果。圖1-28所示為現實中點光源的照射效果。

6．Amibent Light（環(huán)境光）

環(huán)境光模擬光線被周圍環(huán)境漫反射后投射到物體上的光線，和點光源一樣不能被縮放。環(huán)境光不能使物體產生凹凸紋理和高光，因此環(huán)境光一般不會用來作為主要光源，而是用來輔助照明之用。

在環(huán)境光的屬性中有一個屬性是其他燈光沒有的，即【Ambient Shade】，如圖1-29所示。當【Ambient Shade】值為1時將變成一盞點光源；值為0時像一個球面光，光線從球面上向內均勻投射到物體上；值介于0到1之間時就是這兩種光的混合體，默認值為0.45。圖1-30所示為Ambient Shade值分別為0.45 、0、1時的效果。

7．Area Light（區(qū)域光）

區(qū)域光的光線從一塊矩形區(qū)域上發(fā)射，它是Maya中唯一一種從具體的形狀上發(fā)射的光，不像其他光的光源不是點就是無限大的區(qū)域。區(qū)域光還有一個非常特別的性能是縮放燈光可以影響燈光的強度，即放大增強燈光的強度，縮小減弱燈光的強度。燈光圖標上有一個指針，用來指明光線投射的方向，如圖1-31所示。

由于區(qū)域光特殊的計算方法使它本身具有衰減特性，開啟衰減屬性，衰減將更強烈。雖然區(qū)域光是從矩形上發(fā)射的，但是燈光投射到物體上時不會出現邊緣很硬的情況，它的邊非常柔和。

區(qū)域光非常適合用于有窗戶或山洞的場景的照明，如圖1-32和圖1-33所示，這是因為區(qū)域光的衰減特性能很好地模擬光從窗戶或山洞外照射進來的漸變衰減效果。

8．Volume Light（體積光）

體積光并不是從一個有體積形狀的物體表面發(fā)射出光線，而是從中心向四周發(fā)射但不會超過限定的體積范圍，只照射到體積形狀內的物體。體積光最大的特點是直觀地控制燈光照射范圍，可以通過縮放工具和改變燈光的形狀來改變燈光的照射范圍。如圖1-34所示，【Light Shape】有4種形狀可選擇：Box（長方體）、Sphere（球體）、Cylinder（圓柱體）、Cone（圓錐體）。

體積光和點光源非常相似，只是體積光可以很好地控制照射范圍，還能靈活地控制燈光的衰減程度。通過改變【Color Range】（顏色范圍）和【Penumbra】（半陰影）來控制燈光強度的衰減漸變。【Color Range】右下方有漸變控制區(qū)，左邊為燈光照射范圍邊緣的顏色和亮度，【Selected Position】（選擇位置）為0；右邊表示燈光中心的顏色和亮度，【Selected Position】（選擇位置）為1。如果有兩種以上不同的顏色點，燈光從原點到終點會產生顏色漸變，如圖1-35所示?！綪enumbra】只有在【Light Shape】為【Cylinder】和【Cone】時才可用。

通過改變【Volume Light Dir】可以控制光線是Outward（向外發(fā)射）、Inward（向內發(fā)射）、Down Axis（沿軸向下）。當選擇Down Axis時燈光圖標中會出現一個箭頭指明燈光的方向，在默認情況下Down Axis指向Y軸的負方向，如圖1-36所示。

【Volume Light Dir】下面的【Arc】（弧度）屬性除了【Light Shape】為【Box】外其他三種都可以用，它用來調整圓的弧度?！続rc】值的范圍是0～360°，默認值為360°，若值為180°將變成半圓，如圖1-37所示。

【Cone and Radius】屬性只有在【Light Shape】為【Cone】時才可用。改變此值將改變圓錐頂點的半徑，【Cone and Radius】默認為0，值為1時頂點的半徑和地面圓半徑相同。圖1-38所示為圓柱體積燈和圓錐體積燈的【Cone and Radius】為1時的對比。