計算機三維產(chǎn)品渲染研究范文

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《廣東石油化工學(xué)院學(xué)報雜志》2014年第二期

1攝影棚模式的產(chǎn)品渲染

以圖1所示的計算機輔助三維產(chǎn)品設(shè)計流程為依據(jù)，重點分析渲染過程中的攝影棚搭建和燈光的布置。

1．1模型制作以圖4所示的玩具車為例進行產(chǎn)品渲染的研究。用三維軟件進行建模時，先拍攝該玩具車的正面、左右側(cè)面、背面、頂面和底面的照片，并經(jīng)過圖片整理后作為正交視圖的參照，將極大的提高建模的效率和準確度。

1．2虛擬攝影棚的搭建和攝影機設(shè)置以多少長寬比的畫面來展示玩具車模型，模型的位置和方向如何擺放?這個就屬于構(gòu)圖的問題。將被攝體視為長方體進行擺放，必須表現(xiàn)出三個面的明暗反差，才能體現(xiàn)出被攝體自然的立體感，如圖5a。有兩種方法進行攝影棚和攝影機的設(shè)置:方法一，先建立一個半封閉的C型空間作為玩具車拍攝的攝影棚，并將攝影機正對于背景墻，在垂直方向上移動攝影機，最后旋轉(zhuǎn)玩具車模型，如圖5b所示;方法二，先按照構(gòu)圖需要調(diào)整好攝影機與玩具車模型，再建立C型攝影棚，并將攝影棚的背景墻正對于攝影機。其中，方法一調(diào)整攝影機比較費事，但很容易建立攝影棚;方法二容易調(diào)節(jié)攝影機，但攝影棚不易擺正。還要注意的是，攝影棚平面的轉(zhuǎn)折處必須光滑過渡，這樣渲染得到背景效果才好。調(diào)整好“模型－攝影機－攝影棚”三者的關(guān)系后，再進行畫面的縮放與平移，得到如圖5c所示的構(gòu)圖，左側(cè)留白多些，表達出車頭繼續(xù)向前的動態(tài)趨勢。

1．3燈光設(shè)置和測試渲染確定好了構(gòu)圖以及攝影棚后，就開始進行燈光的布置。在此，先討論在白色(或者淺色)背景下渲染玩具車的布光方式，借鑒于Eberhard［5］中燈光的布置方式為圖3所示的兩側(cè)布光。利用渲染器軟件Vray的矩形光，模擬柔光箱的均勻柔和照明，并能得到軟陰影效果。對于其他渲染器，如果不提供矩形光源，也可以利用泛光燈進行燈光陣列進行模擬，陣列中的每個泛光燈取消“不衰減”選項，并設(shè)置其燈光的照射范圍。Vray中矩形燈光需要設(shè)置的選項是:位置(與玩具車模型的距離)、方位(與攝影機的夾角)、大小尺寸(長與寬)、燈光顏色、燈光強度，并取消“不衰減”選項。所設(shè)置的燈光的效果，必須經(jīng)過多次的調(diào)節(jié)才可能滿足設(shè)計者的要求，所以要進行相應(yīng)的測試渲染。測試渲染以渲染速度為主，主要分析光影的效果，以小尺寸分辨率輸出(本文采用300*200的像素)，降低渲染參數(shù)，并賦予整個場景一個灰色材質(zhì)(俗稱素模)。從測試渲染的結(jié)果反饋，再修正燈光的參數(shù)，特別是燈光的強度、燈光的照明亮度和燈光的尺寸及位置。在正交視圖中創(chuàng)建矩形燈光，光照方向垂直于攝影機方向，能保證此矩形燈光從攝影棚的正左側(cè)照射，操作簡單可行，如圖6左所示。圖6中部為左側(cè)燈直接照射的測試渲染結(jié)果，背光面漆黑一片;圖6右部為開啟了全局照明的結(jié)果，光線在物體之間反彈而照亮了背光面。只在左側(cè)布置一個矩形光，是難以照亮玩具車整體的，所以在右側(cè)也設(shè)置一個矩形光，如圖7左所示。注意此右側(cè)光源的方向也要正對于玩具車，并將其燈光強度設(shè)置為左側(cè)光源的三分之一，這樣能夠產(chǎn)生主次分明的照射效果。圖7中部為左右兩側(cè)燈光直接照射的渲染測試結(jié)果;圖7右部為開啟了全局照明的結(jié)果。除了利用改變左右兩側(cè)光源的強度大小來產(chǎn)生主次分明的照射效果外，還可以通過設(shè)置兩側(cè)燈光不同的光照顏色來產(chǎn)生冷暖漸變的色彩效果。

1．4材質(zhì)設(shè)置燈光設(shè)置完畢，就可以進行材質(zhì)的設(shè)置。玩具車為塑料材質(zhì)，具有反射效果，并具有較弱的反射模糊。黃色、橙色和藍色三種塑料材質(zhì)，除了顏色之外的其余參數(shù)都一樣。作為車輪的黑色塑料材質(zhì)，其反射效果比其他塑料材質(zhì)弱。攝影棚背景布，賦予純白色材質(zhì)，且沒有反射效果。圖8所示為設(shè)置好材質(zhì)后的渲染效果，左圖中兩個燈都是白色，右圖中右側(cè)光源為暖橙色。

1．5最終渲染經(jīng)過燈光和材質(zhì)的多次調(diào)節(jié)，測試結(jié)果達到預(yù)想的效果，就可以進行最終的渲染。首先，根據(jù)實際打印要求將渲染設(shè)置中的輸出尺寸調(diào)大(在此為2400*1600像素);將圖像采樣器中的最小、最大范圍值提高到1和4，這樣能夠獲得細膩的畫面，陰影過渡也很真實;再將全局照明發(fā)光貼圖中的最小、最大比率設(shè)置為－1和1，模型細分提高到100，燈光緩存中的細分值提高到1500，采樣大小設(shè)置為0．005;最后，將每盞燈光的細分值提高到20，將材質(zhì)中有反射模糊的細分值也提高到20。

1．6Photoshop后期處理一張圖沒有經(jīng)過后期工作的話，是不能說完成任務(wù)的。利用萬能的Photoshop，可以對渲染完的圖片進行亮度/對比度、色彩平衡、色階等等諸多方面的調(diào)整，還可以進行添加文字等操作。再按照不同材質(zhì)渲染出相應(yīng)的色彩通道圖，在Photoshop利用這些色彩通道圖就可以對玩具車的各個部分進行單獨調(diào)整。

2黑色背景的燈光設(shè)置

以上所討論的在白色(淺色)背景下進行產(chǎn)品渲染的布燈方式適用于大多數(shù)場合，渲染得到的干凈清爽畫面能很好的表現(xiàn)出產(chǎn)品的造型、材質(zhì)和細節(jié)等。但是，黑色的畫面卻能產(chǎn)生突出、穩(wěn)重、高貴的效果。接下來將以叉車為例，討論在黑色(深色)背景下，如何借鑒玄的理論來運用襯托光。叉車車身和支架以黑色為主，又由于是深色背景，攝影師通常都會希望通過類似于一定的“光環(huán)效果”來烘托產(chǎn)品，同時能夠?qū)⑤喞蠢粘鰜恚@里所需要的就是一盞背景燈將車子的背景墻打亮(注意不是背光燈，背光燈是從背后打到物體上，但所起到的作用有些相似)。在物體的背部放置一盞矩形燈，如圖9左圖所示，專門照亮叉車后面的背景墻。這盞燈的亮度不能太強，照射的范圍也不能太大(與背景墻的距離)，效果如圖9中圖所示，將叉車的上半部從黑色背景中勾勒出來即可。接下來可以在頂部放置一盞大面積的矩形燈作為頂部照明，渲染效果如圖9右圖所示。因為背景為全黑色，在地面上的陰影是看不到的，為了表現(xiàn)出立體感，在叉車下放置一個平面，賦予模糊反射材質(zhì)，就能夠產(chǎn)生叉車的倒影，效果很好。除了頂部照明效果之外，在布置了背燈之后，可以通過左右側(cè)放置矩形燈光進行照明。如圖10所示，第1幅圖是在突出背景之后放置了左側(cè)燈，第2幅圖是左右兩側(cè)都放置了燈光(右邊強度較弱)，第3幅圖增加了頂部照明(強度更弱)，第4幅圖是為了突出立體感而增加了模糊反射的地板。這三盞燈，都要排除對背景墻和地面的照明，才能保持畫面的純黑色。最后，進行Photoshop后期處理，可添加文字說明等。

3實景匹配

除了渲染出畫面干凈整潔的產(chǎn)品效果圖之外，還常常需要將渲染的產(chǎn)品放置在實際照片中去，這就是實景匹配。實景匹配要處理好兩個方面，一個是透視匹配，另外一個是光影匹配，這樣才能夠“以假亂真”。如圖11所示，左圖為拍攝所得照片，準備將叉車“停放”在地坪上，在3D軟件中，將此照片作為背景圖，根據(jù)照片中的面包車實際尺寸7005*2040*2645mm建立一個輔助長方體，利用軟件的透視匹配工具，將此長方體和照片中的面包車進行透視匹配，匹配正確后將自動創(chuàng)建一個攝影機。如圖15中圖所示，將兩量叉車放置在和輔助長方體同一個水平面上，依照面包車位置進行擺放，并利用平行光模擬太陽光進行渲染。如圖15右圖所示，將此兩輛叉車靠近攝影機進行渲染，結(jié)構(gòu)更加清晰。這種方法，用于透視匹配的輔助長方體是關(guān)鍵因素之一;再根據(jù)照片中的陰影來判斷太陽照射的高度和方位，從而獲得真實的陰影，是真實匹配的關(guān)鍵因素之二。同樣，以一塊“無光/投影”材質(zhì)的地面來接收叉車的陰影。

4結(jié)束語

基于攝影棚模式的產(chǎn)品渲染，首先創(chuàng)建虛擬攝影棚環(huán)境，調(diào)整好攝影機和產(chǎn)品位置，再以兩側(cè)矩形燈光照明結(jié)合頂部反光板照明，并賦予材質(zhì)和調(diào)節(jié)較少的渲染設(shè)置參數(shù)，就能夠渲染出精彩產(chǎn)品效果圖。對于黑色背景的渲染，以一盞背景燈將產(chǎn)品從黑色環(huán)境中烘托出來，再添加左右側(cè)和頂部光照，并增加模糊反射的地板。最后還介紹了實體匹配的方法，以達到身臨其境的效果。在白背景下拍攝白色物體，雖然能使整體變亮，但可能會出現(xiàn)立體感喪失、背景和被攝體混為一體的情況。采用兩側(cè)打光，其中一側(cè)的為輔光，采用非白色系，或者強度低于主光的白色，這樣能夠表現(xiàn)出被攝體的立體感。

作者：雷鴻源單位：廣東石油化工學(xué)院機電工程學(xué)院