三维动画制作课程设计报告.doc

XX大学XXX学院

三维动画制作（Maya）课程设计报告

题目名称 三维动画片段———布光与渲染

姓 名
专 业
班 级
指导教师

20XX年X月XX日

课程设计任务书
一、目的：
1、巩固和验证所学的理论知识，加强对Maya三维动画的创作过程的理解，实现与理论教学的衔接。熟悉掌握制作Maya三维动画片的制作过程。
2、能够熟练掌握Maya软件的基本操作，并了解Maya三维动画的制作流程。
3、掌握Maya三维动画的基本制作方法，提高学生利用Maya软件进行三维动画制作的能力。
4、掌握Maya材质灯光的使用及后期的渲染输出。
二、要求：
1、题材选择
Maya场景灯光设定及渲染输出
2、设计要求
（1）根据设计内容，进行前期准备。
（2）材质灯光：为场景添加合适的材质灯光。
（3）注意镜头的运用：场景中注意使用摄像机。
（4）渲染输出：最终按照镜头设定分层渲染出序列帧。
三、时间与地点：
时间：20XX.X.XX—20XX.X.XX
上午8：00—11：30， 下午13：30—15：30
地点：实验楼409
四、进度计划：
20XX.X.XX—20XX.X.XX，共2周30学时。
1、1月10日：确定选题
2、1月11日——1月13日：素材准备
3、1月14日——1月18日：灯光设置
4、1月19——20日：渲染
5、1月21日：撰写报告

目 录

一、maya灯光介绍 1
1、聚光灯 Spot Light 1
2、点光源 Point Light 1
3、环境光 Ambient Light 1
4、面光源 Area Ligh 2
5、方向光 Directional Light 2
二、 制作步骤 3
1、分析素材 3
2 、打光前的准备 3
3 、布光 3
4、 分层渲染 4
5、后期合成 4
三、maya分层渲染 4
1、分层渲染 4
2、分层渲染的重要性 5
四、小结 6
1、Mental ray渲染器 6
2、 布光注意事项 6
致 谢 8

一、maya灯光介绍
1、聚光灯 Spot Light
聚光灯在一个圆锥形的区域均匀地发射光线，可很好模仿类似手电筒和汽车前灯发出的灯光。聚光灯是属性最多的一个灯光，也是最常用的一个灯光，从很多国外的资料上我们可以知道，很多国外三维设计师喜欢用聚光灯作为照明场景的主光源，这是因为聚光灯可以很容易地被定位和控制（当然在我们的实际生产当中应该根据不同的场景、不同的实际情况、不同的要求来活用MAYA4.0的五种灯光，而不应该迷信某一种灯光的搭配方式或使用方法）。
2、点光源 Point Light
点光源从光源位置处向各个方向平均招生，可以用来模拟灯泡和蜡烛。点光源的投影有透视效果，与Ambient Light和Directional Light不同的是， Point Light有“Decay Rate”,即可以调节灯光的衰减率（Spot Light和AreaLight也可以调节衰减）。点光源在很多时候适合用来作辅助光。在许多翻译过来的MAYA资料中可以发现，很多国外作者把点光源的阴影称为“发散阴影”，这正是因为点光源有强烈的透视效果，个人人为，此特性可用于模拟室内场景中透过窗户射向室内的夕阳光
3、环境光 Ambient Light
环境光最大的特点是其具有“双重性格”，具体体现在环境光的“Ambient Shade”参数的运用上，通过调节此参数（后文参数解析部分会系统论述）可以使环境光表现出有向性和无向性。环境光在具体使用中最大的作用是模拟大气中的漫反射、对整个场景进行均匀照明。一般情况下，环境光不会被考虑作为场景照明的主光源，环境光一般会和其他光源联合作用（例如环境光有时候可以和平行光共同模拟阳光）。
4、面光源 Area Ligh
我们生活的环境是一个三维世界，在我们生存的空间中，任何一个东西都有自己相对的三维值，也就是说，在我们已知空间中，大多数物质都是三维的。毫无疑问，在现实生活中的光源都是三维的。然而在MAYA软件包里，我们并找不到一个真正意义上的“体积光源”，最接近“三维光源”的就是我们现在要介绍的这个二维光源--面光源，也叫区域光（表面上好象聚光灯也是一个面光源，而实际上MAYA软件定义的聚光灯是一个限定了照射范围的点光源）。正因为面光源与其他光源有着这种本质上的区别，所以面光源的光线质量也与其他光源的光线质量有着本质上的区别。面光源发出的光线质量以及所投射的阴影质量都是MAYA4.0所有默认灯光中最好、最接近真实效果的，但是在做动画项目的时候，面光源存在一个致命缺陷--耗费相对较长的渲染时间。正因为这样，所以面光源一般在做静祯的时候被广泛采用，而做动画片的时候则用聚光灯取代面光源。由于考虑到我们的生产进度，所以在生产过程中尽量不要使用面光源，争取通过细调参数来实现其他灯光对面光源的模拟
5、方向光 Directional Light
方向光仅在一个方向平均地发射灯光，它的光线是互相平行的，使用方向光可以模仿一个非常远的点光源，例如从地球上看太阳，太阳就相当于一个点光源，所以方向光常用来模拟阳光的照明效果。在一个场景中，同一盏方向光投射的所有阴影都在同一方向上，而且都是该物体的正交投影，所以我们不需要考虑Directional Light和被照射物体的相对位置，唯一要考虑的就是方向光的方向。由于方向光对局部区域的定位或限制没有点光源或聚光灯那样容易，因此它早室内场景的灯光设置中经常做为配合或辅助光源来使用，而不作为主要光源。在大的室外场景中，可以从若干个不同的角度发出多个方向光作为整体的辅助光源，虽然每盏方向光都可能非常微弱，但是他们用此种方法联合作用的时候可以模拟出大气光的效果。代替空气中的太阳光。

二、 制作步骤
1、分析素材
拿到素材后看到素材摄像机里有两个人物，一背一正，这是一格典型的镜头，和观众的互动比较明显，分析所给的参考图，看到阴影的方向，确定主光源，然后分析参考图，确定背光和辅光，看到人物脸部和衣服上比较亮，需要局部打光。
2 、打光前的准备
运行maya软件，执行file菜单，在下拉列表中选择project,在下拉列表中选择new,在弹出的对话框中设置存储位置和文件夹，文件夹名称选择默认。
3 、布光
⑴确定主光
把得到的素材光球导入，打开所给镜头，选择file菜单，在下拉列表中选择imput,在弹出的对话框中选择要导入的光球，利用移动工具把光球放在合时位置。
调整光球的属性参数：选择光球的上半部分的一个小平行光，按向上的箭头，从而选择整个上半光球调整其合适的光的强度（按理说天光要强一些），光的颜色，其他选择默认即可。用同样的方法调整下半光球的属性，按理说光的强度比天光要弱一些。选择光球上的平行光，根据阴影的方向，调整其合适的强度，方向，颜色，至此主光完成。
⑵确定补光
根据参考图知，人物的背部有光，光的方向与主光相反，由此该打一盏与主光反方向的背光。背光比较柔和均匀，选择使用平行光，调整平行光的属性参数（方向，大小，强度，颜色，边缘硬度，开口大小等）。
根据参考图知，人物的帽子和衣服边缘有光，因此该根据帽子光和衣服光的方向，确定一个辅光。辅光的强度比较硬，选择使用聚光灯局部打亮，调整聚光灯的属性参数（方向，大小，强度，颜色，边缘硬度，开口大小等）。
⑶确定局部光
根据参考图知，人物的脸部比其他地方偏亮，应该打光照亮人的脸部，个人选择聚光灯，根据需要调整两盏聚光灯属性参数（方向，大小，强度，颜色，边缘硬度，开口大小等）。
4、 分层渲染
⑴确定各层灯光，在col层加所有的灯光，在shadow层只加主光。其他层保持默认。
⑵设置渲染参数
Occ层和dep 层用mental ray 渲，其他的用maya software渲，其他的各层设置一样：
在commen里设置file name prefix 为默认或自己命名，image format 为tga,frame range为1到113，其它默认即可。
⑶在图层面板中点选中render ，选中要渲染的层，把其他层最左边的按钮关闭，然后选择rendering 下render菜单，在下拉列表中选择batch render 命令，便开始渲染，用同样的方法渲染其他层。
5、后期合成
1、将maya中渲染出的mesterlayer，occ文件导入fusion中。
2、用鼠标左键连接mesterlayer，occ。然后再在其中间插入BC节点。
3、将dep文件导入fusion中，应用bins.
4、打开bins对话框，选择tools中的Deep Pixel-Depth Blur，设置参数。
5、连接dep、Depth Blur，点击pick按钮，在画面中选取通道，调整参数，设置景深，使画面有纵深感。
6、添加SV节点，设置路径，名称。
7、渲染输出 tga格式。

三、maya分层渲染
1、分层渲染
分层渲染也叫分通道渲染（可想而知可以分开渲染每一个通道），分层渲染是把场景中不同的或相同的物体按不同的方式分配到图层上，由不同的层分类渲染！我们可以单独分层渲染颜色、阴影、高光、反射等。
2、分层渲染的重要性
在计算机图形使用于动画和电影之初，计算机的性能限制了渲染能力，为了使计算机能完成预期的工作，人们不得不将一个场景分为几部分进行渲染。分层渲染可以减轻渲染对于机器的压力另外在处理分层素材时我们会像在photoshop中处理图层一样方便快捷，对于画面中不同元素的色彩明度等信息可以轻松的作修改，这样就可以减少在三维软件中的修改工作。

四、小结
1、Mental ray渲染器
Mental ray作为Maya内置的一个渲染器，可以完成Maya Software渲染器无法实现的顶级效果，尤其是高现实效果的渲染。
IFF文件格式作为Maya内置的文件格式，其对Mental ray的支持良好，可通过Mental ray渲染生成Z深度通道。
Mental ray在Maya中可导出专有文件格式（.mi）。Mental ray支持Maya中的三种几何体模型：polygonal (多边形), free-form objects (自由形态物体NURBS 曲线曲面), 以及subdivision surfaces(细分表面)
Mental ray需要占用计算机1333端口，在开启Mental ray渲染之前，先要保证机器上的防火墙软件允许该端口的开放。
Mental ray支持Maya材质和灯光，并配备了大量的专属材质灯光，可与Maya材质灯光进行节点相连，实现特殊效果。
2、 布光注意事项
1）灯光要体现场景的明暗分布，要有层次性，切不可把所有灯光一概处理。根据需要选用不同种类的灯光，如选用聚光灯还是泛光灯；根据需要决定灯光是否投影，以及阴影的浓度；根据需要决定灯光的亮度与对比度。如果要达到更真实的效果，一定要在灯光衰减方面下一番功夫。可以利用暂时关闭某些灯光的方法排除干扰对其他的灯光进行更好地设置。
2）灯光宜精不宜多。过多的灯光使工作过程变得杂乱无章，难以处理，显示与渲染速度也会受到严重影响。只有必要的灯光才能保留。另外要注意灯光投影与阴影贴图及材质贴图的用处，能用贴图替代灯光的地方最好用贴图去做。例如要表现晚上从室外观看到的窗户内灯火通明的效果，用自发光贴图去做会方便得多，效果也很好，而不不要用灯光去模拟。切忌随手布光，否则成功率将非常低。对于可有可无的灯光，要坚决不予保留。3）布光时应该遵循由主题到局部、由简到繁的过程。对于灯光效果的形成，应该先调角度定下主格调，再调节灯光的衰减等特性来增强现实感。最后再调整灯光的颜色做细致修改。如果要逼真地模拟自然光的效果，还必须对自然光源有足够深刻的理解。多看些摄影用光的书，多做试验会很有帮助的。不同场合下的布光用灯也是不一样的。在室内效果图的制作中，为了表现出一种金碧辉煌的效果，往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的橘黄色，可以达到材质不容易做到的效果。

致 谢

在这次课程设计的撰写过程中，我得到了许多人的帮助。
首先我要感谢我的老师在课程设计上给予我的指导、提供给我的支持和帮助，这是我能顺利完成这次报告的主要原因，更重要的是老师帮我解决了许多技术上的难题，让我能把灯光及渲染做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。
其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计商的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做设计的环境。
最后再一次感谢所有在设计中曾经帮助过我的良师益友和同学。

参考文献

[1]《maya8.5动画制作标准教程》 尹武松 北京科学出版社 2008版
[2]《Maya2009完全自学手册》 田展铭 兵器工业出版社 2009版
[3]《Maya角色动画规律及设定》 杨桂民 人民邮电出版社 2009版
[4]《Maya2009中英文命令速查手册》 铁钟 清华大学出版社 2008版
[5]《maya基础与应用实用教程》 谭浩强 清华大学出版社 2009版

指
导
教
师
评
语

评语：

成绩： 指导教师 年 月 日

审
核
意
见

签章 年 月 日
备 注

9