单元16 渲染基础1.doc

第十六单元 渲染基础1
本单元主要内容：
一、第一个渲染
二、渲染介绍
三、灯光
四、材质
五、渲染训练

我们要用渲染软件渲染出逼真完美的图象，包括VFR也是一样，都必须先了解影象图象品质的三个要素：光线、材质和贴图，其中又以光线最为重要，一个场景的光照度会影响所有物体的颜色、阴影、反射、折射等这些表现物件真实度的元素。
VFR是一套具备全局照明（Global Illumination——简称GI）功能的渲染软件，使用者可以不用像早期的渲染软件那样为了控制整个场景的照明，而必须花很多时间调整灯光位置与亮度。
全局照明的概念非常简单，想象一间没有开灯的室内空间有一扇窗户，室外的自然光就可以从这扇窗户进入到室内来，室内就不会因为没有灯光照明而变成全黑的空间，所以全局照明被形容成“懒人灯光”，目的求是让使用者以最自然的光线、不需要花很多时间调整灯光的方式就可以得到更好的照明效果。
VFR还另外支持HDRI（High Dynamic Range），也有文章称作HDRI(High Dynamic Range Image），指的都是高动态范围贴图照明这项技术。以一般的24bit图像，每个像素为8bit的RGB图像（Low Dynamic Range Image）来说，能够描述最亮的白色为R255，G255，B255，这个亮度与户外太阳光的亮度还是差了数千万倍以上，HDR则是一个可以描述比一般图像的亮度范围（最暗至最亮）更广的图像，也就是说，HDR图像拥有更多控制光线亮度的能力。HDR是一种很特殊的图像文件，通常是利用专业的照相器材所拍摄的360度拱形或环形的照片，之后透过专业的光线描述软件将其转换成最高96bit的全景图片。HDR的优点就是可以直接以这种全景图片作为渲染场景的光源，模拟拍摄HDR图像时候的场景照明，HDR图像文件也可以用来渲染场景的环境背景。
VFR也支持一般的图象文件作为全局照明的光源使用。
即使如此，HDR图像文件能够描述的环境照明还是有限的，以HDR或是一般图像文件模拟的环境光源通常只是拿来作为辅助整个场景的照明使用而已，在VFR里打上主要灯光并调整设置仍然是相当重要的工作。后面将会详细说明关于光线、材质与贴图的使用方法。
一、 第一个渲染

1、打开文件夹“第一个渲染”，打开文件“渲染上手.3dm”文件，渲染要求：
（1）给场景桌面着色；
（2）为杯子选择玻璃材质、为碟子和勺子选择陶瓷材质。
（3）使用默认的参数进行渲染，获取你的第一张渲染图片。
（4）保存渲染图片。
2、操作步骤：
（1）开启vray渲染器。

（2）点击Vray for rhino工具条上的“M”，或者如图点击菜单。

（3）弹出的这个就是“材质框”。把鼠标放到“Scene materias”文字上，点鼠标右键，在弹出框中点“add material ”，再点“add vraymtl”。

（4）这时图中新增了一个“Defaultmaterial ”的材质项,然后把鼠标移到上面点右键，然后点“RENAME”，即重命名。这里我命名为“BEIZI”（杯子）。虽然这一步不是必要的，但为了清晰易读，还是重命名为好。

（5）然后在鼠标右键菜单中点“IMPORT”，它的意思是从其它地方调入一个“材质”进来。

（6）这是自动打开Vray For Rhino自带的材质库，当然你可以打开你收藏的其它材质。这里选择一个“玻璃材质”。

（7）可以点这里，预览一下这个材质的模样，通常这里只能作个初步估计。

（8）然后点击图中这项，这样就完成对杯子的材质附着。这一步与前面第3幅图中选择杯子前后照应，就是说材质要一个一个地附着的要渲染的对象上，不“附着”就看不到材质效果。
技巧：另一个问题，前面我这个杯子是一个实体，比较好选择，但可能许多新手朋友画的图是无法合并起来的大量曲面，这个需要一个曲面接一个曲面地“附着”材质吗？这个倒不是这么麻烦，可以把要渲染同一材质的所有曲面转换到另一图层中，然后点图中的“APPLYMATERIAL TO LAYER（S）”，这样就可以把材质以“图层”为单位进行附着。

（9）同样的方法，新建材质“DIEZI”（碟子），然后同样从外面调入一个材质进来。选择Vray For Rhino自带材质库中的“磁器”。

（10）刷新材质预览框，观察到这个磁器材质显得黄色过了。点“DIFFUSE”（材质漫反射）下的“COLOR”（颜色）。在弹出的颜色框中，选择“白色”，确定。

（11）下面为勺子附着材质，先选择上。

（12）虽然可以同前的方法另外找一个材质来附着。为了简便些，就直接选择刚才的“DIEZI”（碟子）上的材质，仍然点这里，就附着给勺子了。

（13）前面的杯、碟、勺，都是使用同样形式的方法来附着材质的，即从外面找一个现成的来使用，或者在现成的材质上进行修改参数。
下面这个陪衬物就用另一种方法来制作材质，还是先选择上。

（14）同前的方法，新建材质，命名为“ZUOZI”（桌子）。点点“DIFFUSE”（材质漫反射）下的“COLOR”（颜色）旁边的“M”，这个“M”通常是指这里可以插入图片进来。

（15）弹出这一个框，点类型（TYPE）旁边下拉窗口中的“BITMAP”，即要插入的类型是一张“图片”的意思。

（16）然后对话框变成这样了，点这里的“M”符号，即从你电脑中找一张图片。

温馨提示：这个图片是你自己收藏的，凭喜欢选择一张。切记一点，Vray For Rhino对中文路径并不支持，所以为了保险起见，图片及文件路径不要用汉字，这个一定切记！
（17）刷新预览一下。

（18）将材质附着在桌子。

（19）点“渲染”观察一下，感觉“ZUOZI”（桌子）的图案不妥，立即中止渲染。

（20）重新打开这个位置，调整这两个参数。简单的解释一下，刚才这是两个数是“1”，这里修改为“8”，表示每一边增加为8个，这样就显得密集了。当然，这两个参数也可一大一小，这样图案就显得狭长。

（21）到此结束，就完成了材质的制作与附着。下面调整一点渲染参数，打开这个对话框。渲染参数的调整，是个高深的学问，本着简单易行的原则，就从最简单的调整开始。

（22）打开对话框中的这一项卷展栏，去掉“GI”下“ON”的勾勾。“GI”的意思是全局照明，它的调整很复杂，这里干脆先不用，以求尽快上手。

（23）渲染观察一下，观察效果。

（24）为了便于观察和修改渲染，系统默认渲染的图片是非常小的（手机大小），当觉得满意后，就打开渲染参数框中这个位置，选择一个大一些的渲染图片尺寸。

（25）渲染获得结果。

二、渲染介绍
什么是渲染？
什么是“渲染”，最简单地说就是给物体附着上材质，然后放到光线下去展示，所以渲染的核心也就是调整“材质+光线”的过程。我们先给杯子附着材质，先选择杯子。

V-Ray提供了四种：Light Cache（灯光缓存）、Photon Map（发光贴图）、Irradiance Map（光子贴图）、Quasi Monte-Carlo（真蒙特卡洛引擎）渲染引擎，每个渲染引擎都有各自的特性，使用者可以依据场景的大小、产品类、建筑景观类、图片尺寸以及对品質的要求，互相搭配不同的渲染引擎以及参数设定去计算最终的图片。
V-Ray的材质设置相当灵活，除了常见的漫射、反射、折射，还增加有自发光的灯光材质，另外还支持透明贴图、双面材质、纹理贴图以及凹凸贴图，每个主要材质层后面还可以增加第二层、第三层来得到更真实的效果。利用光泽度的控制也能计算如磨沙玻璃、磨沙金属以及其他磨沙材质的效果，更可以透过光线的分散（sub-surface scatter--SSS）计算如玉石、蜡、皮肤等表面稍微透光的材质。默认的多个程序控制的纹理贴图可以用来设置特殊的材质效果。
最快的算图速度
最让使用者津津乐道的就是V-Ray的算图速度非常快，一般在关闭默认灯光、打开GI，其它都使用V-Ray默认的参数设置，就可以得到逼真的透明玻璃折射、物体反射以及非常高品质的阴影。即使是最花时间计算的景深（depth of field）、光线焦散（caustics）、透光（translucent）效果也都能在很短的时间计算出结果。
更棒的是每个渲染引擎計算的光照资料都可以单独储存起來，这在切换使用不同著色引擎或是另外要计算大尺寸图片时候可以直接拿来套用而无须再次重新计算，这样便可省下非常可观的计算时间、提高作图效率。
V-Ray是目前市售的高阶算图软件中占有率最高、最容易上手、计算速度最快的渲染产品，无论您渲染的是产品设计或是建筑设计图片，如果您希望能在渲染品质和算图速度之间取得完美的平衡，更希望能享受算图的乐趣，我们强力推荐您采用V-Ray for Rhino！

三、灯光
回答两个问题：
1、什么是灯光？
2、灯光在渲染中有什么样的作用？
1、 灯光类型
（1）矩形灯光、聚光灯、点光源、太阳光、管状灯、平行光。
（2）天光
（3）带发光层的材质（但是发光层的材质在渲染过程中要注意不显示的在渲染范围）
（4）HDRI贴图

2、 灯光添加
（1）利用天光，然后添加1~2个矩形灯光作为辅助灯光，矩形灯光与渲染对象成45度，同时设置矩形灯光的强度。必须加一个地面（平面或曲面），否则会一片黑

（2）利用天光，然后添加1~2个平面，给其添加发光层，主要作为辅助灯光，发光强度10左右。

（3）利用背景添加HDRI贴图，然后添加1~2个矩形灯光作为辅助灯光，矩形灯光与渲染对象成45度，同时设置矩形灯光的强度。

（4）利用背景添加HDRI贴图，然后添加1~2个发光层平面作为辅助灯光。

灯光的补充知识
1、概况
照明在渲染出图中扮演的角色绝对是最重要的，没有好的照明条件便得不到好的渲染品质。这与拍照时没有良好的光线、没有控制好暴光的条件就无法拍到出色的照片是一样的道理。
与现实世界的照明一样，光线的来源分为直接光源和间接光源：直接光源指的是以灯光指令产生的矩形灯光、点灯光、聚光灯、平行光，并且用来直接照射物体；间接光源则是光源不是直接照射物件的方式达到照明的效果，例如环境光源或者是灯光以绕射（辐射、漫射）的方式到达物体。
这里要注意一点，在设置渲染场景的时候一定要优先设置照明，再设置材质。这样比较容易控制物体材质的效果。这个步骤既是测试白平衡。在不正确的照明下要预知渲染后大致的效果是相当困难的，因为连材质的颜色和亮度都会变的很难判断。
2、室内、室外
面对照明的问题时，先将场景分为室外与室内两种情形来设置。
室外在这里指的是开放的空间，例如将物体放在一个很大的地板上，旁边并没有遮蔽光线的其他物体，调整这种开放空间的照明会容易的多。
室内指的是环境光源有被如墙面这类物体挡住，不是直接影响场景物体亮度的封闭空间，或者墙面开了几个孔或是窗户让某部分环境光源进入场景的半封闭空间，这类空间照明控制就会比较困难。
3、调整亮度的技巧
在渲染之前，应该尽量将场景中所有的物件模型都制作完成才会方便后面对灯光的设置，至于物体数量、摆放的位置、材质种类、颜色甚至尺寸大小的修改都会影响照明，但是只要整体照明控制适当，都还不至于到非要调整亮度的程度。
与拍照一样，先设置正确的白平衡才能正确的测光，得到暴光的结果也才会正确。VFR的环境光与灯光亮度并不是以标准的瓦数或是流明亮度单位作为设置的，所以无法找到一个标准亮度来设置白平衡，只能尽量依据渲染图像的亮度来判断照明是否足够。
设置白平衡时，应该以白色材质（Val180-230之间，而不是全白的Val255）的地板来测试。这是因为目前还是尚未加上灯光的场景，如果直接设置白色时，未来加上灯光后会很容易得到没有层次感的整片白色的地板。所以地板的亮度应该稍微降低一点，这样可以预留亮度空间给之后加上的灯光。
4、HDRI环境光源
除了可以用颜色作为环境光源之外，VFR还支持以HDR图象文件作为环境光源。由于HDR图像是要用来作为环境光源而不是一般的贴图，输入进来之后务必要将UVW改为Environment，右侧贴图则使用默认的Spherical即可，Multiplier强度值可以先使用1的默认值，如果渲染后发觉亮度不对再回到这里增减。
5、位图环境光源
如果没有HDR图像文件，一般的位图也可以直接拿来作为环境光源使用。一般只有24bit深度的位图虽然有无法像HDR图像那样包含更多控制亮度的能力、光源不够明确、阴影更淡等缺点，但是因为取得容易，只要选对位图、强度控制得宜还是可以成为很好的环境光源的。
6、半封闭空间的环境光源
当开始为一个室内空间设置时，在习惯上还是会先开启GI设置环境光源，但是正确的做法应该是先暂停，试着检查一下整个场景到底有多少能让光线进来的开口，包括会被设置为透明材质的玻璃门窗之类等物件，以及使用者希望这个场景最后渲染的图象是不开灯的白天还是加上许多灯光的夜晚，都是可以帮助设置正确的环境光源亮度的参考依据，而不是在场景内是否要加上灯光、数量有多少都完全不知道的情形下就以实验的方式开始作图。
7、间接光源越强时候，光斑越明显，而且只有在使用Irradiance Map算图引擎时才会发生。这是由于Irradiance Map引擎将光线转换至图像像素的成像过程，控制GI光线品质的细分值（Hemispheric Subdivs)以及用来对GI光线照射的点做补差的取样值（Samples）太少的关系。将Subdivs值由默认的50增加到100，并且将旁边的Samples由默认的20增加到40，这样渲染光斑就会减少到几乎没有。

四、材质
回答四个问题：
1、什么是材质？
2、材质在渲染中起到什么样的作用？
3、如何修改材质库的材质？
4、如何自己制作材质？

详细见材质理论文档

五、渲染训练
1、打开文件1进行渲染训练
2、打开文件2进行渲染训练