欢迎来到学术参考网
当前位置:发表论文

三维环境光影的研究与在三维渲染中策略分析

发布时间:2015-10-10 09:42


题    目  三维环境光影的研究与
在三维渲染中的实践   
学    院  艺术设计学院       
专    业  动画                
班    级  动画071            
学    号  107084003           
学生姓名  李巧亚              
指导教师  徐振东              
完成日期  2010年6月1日     


三维环境光影的研究与在三维渲染中的实践
                                      ——以《小小羊蒂米》为例
摘 要:在动画教学中,光影一直作为场景设计的一部分来进行讲解。而在实际创作中。由于自身所具有的独特魅力与灵活性,光影已经渐渐成为展现现代动画影片魅力不可或缺的视觉亮点。对于光影运用技巧的总结和探讨,有利于形成动画影片独特的视觉风格和韵味,也能明显提升动画片本身的艺术品位和商业价值。
关键词:动画 三维 光影 实践
  

Abstract
Teaching in the animation, lighting has been designed as part of the scene to conduct talks. In the actual creation. Because of its charm and the unique flexibility to display modern lighting has gradually become an indispensable visual animated film highlights charm. Lighting techniques for the use of summary and discussion is conducive to the formation of the unique animation style and visual charm, but also significantly enhance the art of animation itself, taste and commercial value.
Keywords: Animation 3D lighting practice

目 录
摘  要
Abstract
一、 三维环境光影的研究 3
1.1布光原理 3
1.2灯光的作用 4
1.3灯光设计 5
1.4光效果 6
1.5光与影 7
二、 光影在三维渲染中的实践 8
2.1三维动画的优点 8
2.2《Timmy Time》的制作流程 9
2.3三维光影的种类 10
2.4定格动画《小小羊蒂米》灯光分析 12
2.5《Timmy Time》三维灯光设计 12
2.6《Timmy Time》三维材质的编辑 13
2.7用《小小羊蒂米》作为毕业设计参考的好处 13
三、 结 语 15
致  谢 16
参考文献 17


一、 三维环境光影的研究
1.1布光原理
灯光用于形成动画场景的光环境,众所周知视觉产生的三个条件是:可见光、客观对象、健康的眼睛,这三个条件在观看过程中缺一不可,所以灯光是构成动画场景的重要环境要素之一。
  在自然世界中,太阳的白色光是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫多种单色光混合而成的复色光。牛顿的三棱镜光谱分解实验便能说明这一点,太阳的白色光被三棱镜分解成为连续的光谱(这是由于不同单色光有不同的波长、频率的结果),如图1-1所示,被分解后的单色光通过三棱镜之后只偏折角度而不再被分解。
 
图1-1  三棱镜光谱分解实验

动画场景中景物的固有色彩完全是因为选择性的反射或透射单色光的结果。如图1-2所示。
  
     图 1-2  光的选择性反射原理                  图1-3 混色原理
所谓互补色光是指如果两种色光混合之后形成白色的复色光,这两种色光就互为补色光,它们的混色规律如图1-3所示。
1.2灯光的作用
(1)陈述故事,说明剧情 
场景灯光的最重要作用是陈述故事,   灯光有助于观众理解剧情并被动画画面所感染。
(2)确定画面中重要表达的部分
(3)勾勒动画场景中景物的造型结构,强化立体感和质感效果
(4)交代故事发生的背景信息
场景灯光用于交代故事发生的季节、时间、气候、地理、环境、历史等背景信息。如:春夏秋冬的光色变化;不同时间的不同光照强度和角度;阴、晴、鱼、雾的天光变化;高低错落的地理条件;或辉煌灿烂、或幽暗阴霾的环境效果;火光、烛光、电灯等不同历史时期的光源属性。
(5)增加动画场景的真实感、空间感、深度感、层次感
(6)创造动画场景的戏剧化气氛,便于动画角色情感的交流
让观众体验动画中所表现的欢乐、忧伤、痛苦、恐惧的气氛。下面这张是《飞屋环球记》老先生乘坐自己的飞屋遇到暴风雨之后初到一个陌生而又不可思义地方,此时人物的心情是恐慌的与惊讶的,蓝色调的光影给人一种恐慌感和神秘感,这与接下来当看清这是什么地方的灯光形成了强烈对比此时的心情也是非常惊喜的,灯光的明快与心情的这种惊喜兴奋完全吻合,更容易表达要告诉观众的东西,更能感染观众。

 
 
(7)光影的明暗变化层次还会使画面具有一种音乐般的视觉节奏和韵律
1.3灯光设计
在动画场景灯光设计之初,首先要研究剧本获得整体的设计构思,了解故事情节、剧情的基本走向、角色性格、角色情绪发展、角色动作、角色的造型特点、角色之间的关系、景物构成、时间和地点等,确定一场戏的情绪、戏剧的视觉风格,研究如何使观众获得你所预期的戏剧感受。动画场景灯光设计受到片种、类型的影响。
动画场景的灯光设计主要从以下几个方面入手。
(1)确定光源的属性
光源的属性包括:灯光类型、光线强度、灯光色彩等。
动画中的灯光类型主要包括泛光灯和聚光灯。泛光灯提供给场景均匀的照明,这种光源没有方向性,向各个方向均匀地发射出灯光,照射的区域比较大,是针对于全部场景的均匀照射光源;聚光灯发射类似于光锥的方向灯光,在照射范围之外的景物不受该聚光灯的影响,聚光灯的光束分为硬边光束和散边光束。
光线强度、灯光色彩由光源的类型决定,
(2)确定光源的投射方位
  灯光可以用来塑造动画角色。对角色施加特定角度的光,可以戏剧化地改变观众对动画角色的认识。如下图,脚光可以扭曲角色的特征,产生恐怖的戏剧化效果。
 
这是《飞屋环球记》里的反面角色出现的第一个镜头就是运用脚光来表现角色,给人一种恐惧感。
另外,要注意不同镜头之间的光源的照射方位应当统一。
 
1.4光效果
动画中的光分为自然光和人造光。自然光包括阳光、天光、月光、星光,属于平行光。人造光就复杂的多,可以分为面光、线光、点光;或者分为漫射型、间接照明、半间接照明、直接照明、半直接照明、光束、辐射;要想在动画场景中真实表现光的各种效果,就要将光的型、色、照度、投射方式、主次关系、投射方向等各方面的因素综合考虑。
所有的灯光效果都应服从于剧情,不应当喧宾夺主。
动画灯光还可以创造场景氛围,成为场景构成的有机组成部分,表现诸如快乐、狡诈、邪恶、残暴、亵渎、欣喜等情绪。
相信看过《料理鼠王》的人都会被里面的氛围所感染,下图是男主角在工作受到挫折的时候的灯光表现,周围的灯光都是模糊昏黄的含着一种感伤的氛围,寂静和阴冷,这 个场景真实的感染者每一个人,表现的男主角很可爱,让每个观众都产生这样的疑问,这只老鼠会留下来会相信他吗尤其是第二张图的灯光和镜头的运用是那么完美和那一段悲哀的背景音乐,主角是那样的绝望在镜头里渐渐远去…..这一切是那样的感染人。
 
 
下面是《料理鼠王》中另一个反面角色“刻薄”刚刚出现的灯光打法,我们不难看出每一个反面角色人们都习惯运用脚灯的打法,来体现角色的恐怖感。
 
1.5光与影
光影随形,光影的合理搭配可以帮助塑造型体,表现景物的材质和色彩,强化空间感和体积感,突出重点,增强画面的对比效果。影的形成和光线对景物的投射有着必然的关系,如图这也是很经典的灯光打法来衬托表现一个人的强大未见其人先见其影。
 
在动画场景设计过程中,对光影的处理具有较大的自由度。
光影的表现对于画面上不同位置的角色要有所区分,一般地,近景的物体光影对比强烈,远景的物体光影对比弱化,主景物的光影对比较强,配景光影对比较弱。
影子还是角色表演的一个重要组成部分,还可以强化剧情发生的时间和地点环境,并且强调戏剧作品的风格和其中的故事情节。还有很多不同风格的动画在这里就不一一说了。
景物与光源之间的相对距离,景物和光源之间的相对高度,都直接决定影面的长度,例如,正午的太阳,光源比较高,则景物的影面被压缩;早晨和傍晚的太阳,光源比较低,则景物的影面被拉伸。所以影面的形状和投射方向可以直接交代动画场景的时间变化。
二、 光影在三维渲染中的实践
2.1三维动画的优点
随着科学技术的进步,特别是计算机技术的飞速发展、计算机动画的出现,不仅逐步摆脱了繁重的手工动画制作,并且以简单、高效、更具表现力的特点,得到越来越广泛的应用。
相对于传统动画来说耗资源小,
计算机三维动画是三度空间中创作的立体形象及其运动的动画。三维计算机图形与动画在表现材料和光照、空间及动感等方面都占有优势。计算机动画广泛应用于广告、影视制作、艺术设计、网络传播、游戏、多媒体课件和虚拟现实等领域中。
电脑制作动画可以任意发挥你的想象力。做出很真实的效果。
2.2《Timmy Time》的制作流程
(1)规划好时间。
(2)首先确定自己要做什么动画片,确定剧本,角色设计,分镜设计,动画片风格。由于是拿定格动画《小小羊蒂米》作为模板,所以前期没有做太多的工作。
(3) 根据场景建模,角色建模。
 
(4)给场景和角色制作贴图,给场景的调好材质。
    
(5)给角色和道具做骨骼绑定。
    
(6)按照《小小羊蒂米》动画的分镜复制出相应镜头的场景mb文件,把角色匹配到各个场景,并分别给角色打关键帧做动作,一个一个场景调好动作。设计好相对应的摄影机。
(7)给每个镜头打灯光,由于每个镜头是分开的灯光相对比较好打。
  
(8)设置渲染输出属性,名称、大小、输出质量、渲染镜头、渲染起始和结束帧、格式和存放位置等。
(9)打开后期软件,把序列帧合成未压缩的AVI一个个镜头文件,最后把这些avi镜头文件合成未压缩的文件(这样做只是为了减少意外发生)。做一下片头片尾并输出未压缩的avi文件。
(10)找到音乐,并编辑它的长度,匹配到第9步合成的视频里面去,并在后期里调整视频的颜色,调整到最佳。然后输出成品。
2.3三维光影的种类
在三维软件中,灯光有环境灯光(Ambient Light)平行光(Directional light)点光源(point light)、面光源(Area Light)
聚光灯(Spot light)体积光(volume light)。
 
不同的渲染器还拥有不同的灯光,照明方法应该大体是一样的。(我不知道这样说对不对,学生学的有点浅请谅解),比如说mentary里可以用图片照明,用一张图片可以照亮场景,mentary全局照明等。具体的应用要根据动画的剧情需要来打灯光。
 
还有很多属性就不在这里一一说了,光线
影子有Depth map and raytraced shandows两种形式,下图是两种光影的对比,应用还是要根据剧情来定。
 
我知道的三维灯光技术的基本知识就这些了,很惭愧之学了一点皮毛的东西,更深层次的知识还有待以后的不断学习,总结经验。期待将来能做出好的东西。
2.4定格动画《小小羊蒂米》灯光分析
《小小羊蒂米》是一部启蒙教育片,本片的主人公蒂米(Timmy)是肖恩的侄子。这只小小羊已经长大,告别了奶嘴并进入了幼儿园。本季的故事围绕Timmy与一群小朋友在幼儿园的趣事而展开。在那里,Timmy学会了如何与他人分享,合作,热心助人,犯了错就坦率承认。
从《小小羊蒂米》的剧情可以看出场景的灯光应该是明快的。灯光特效视剧情而定,在这部动画片里做光影特效的不多。灯光在这部片子里起到照明和渲染出明快气氛的作用。
 
2.5《Timmy Time》三维灯光设计
在自己的短片《Timmy Time》中我用了最传统的灯光打法三点光照,(就是一盏主光源两盏辅光源打法)。根据摄像机机位只追求一个摄像机渲染的灯光效果,这样不仅仅避免了很多灯光打法问题,是这个短片制作简单化,其原因之一有摄影机都是静态的。在这里设计好灯光的参数,不同的镜头都打相同的灯光,匹配好就行了。
在学习中我们也学需要不断精益求精,在做起事情上来讲也许技术不够高只要达到效果就好,用最短的时间做到想要的效果。下面是效果图
 
2.6《Timmy Time》三维材质的编辑
在材质编辑方面,我觉得灯光体现了物体的材质,但是在三维里也有些材质本身的属性,比如,颜色、高光、环境光、反光、反射能力、等通过改变这些属性体现不同的质感,都要通过光照来体现,《Timmy Time》是一部定格动画,经过对它制作材质的分析,动画片里角色选择了稍稍带一点高光没有反射的材质。道具和场景里面的东西材质都大体相似,只有有的有一点高光,有的没有仅此而已。房子、地面、门的质感用贴图来体现,这部动画是卡通的动画所以在材质和灯光方面在三维里都是相对比较好处理的。
2.7用《小小羊蒂米》作为毕业设计参考的好处
用《小小羊蒂米》作为参考最大的好处是给我一个指引,指引我要去做什么,这不能证明思考的时间少了,只是我认为在有限的时间里不能去思考太多的事情,也许你们会对我的说法有所疑问,那我现在说一下自己的原因吧,首先作为对三维技术学的不是很久的我,还没有能力去按自己的想法去做自己想做的事情 ,很多一部分时间都花在学习软件中。再者就是对自己想法变得太快,今天认为这样好明天就会认为那样好,不确定的脚本,和做不来的技术很是打击自己往下做下去,所以我就只抓学习技术这一块,所以才有了现在的毕业设计。我觉得学东西只要大的范围没有太大出处就行,比如说我是学动画的,学资本研究就没有太大必要了,只要和自己专业有关就永远都不是盲目的学习。学无止境,只要做事情上高效就好了。
另一方面考虑它极大提高了我们对于光和色彩的搭配能力,我们每个人都能看到《小小羊蒂米》是一部颜色非常艳丽但不刺眼的作品,每个颜色都是那样可爱。它的光和影都很明快。《小小羊蒂米》对我们的颜色和灯光设计上是很有启发的。


三、 结 语
塑造空间是光影最基本、最重要的作用。场景的空间感、立体感、结构、层次等都需要光影的展现。除却光影本身能与动画角色或其他具体形象之间相互衬托、遥相呼应,在画面上直接形成一种巧妙的虚实对比外,它对于动画角色以及影片气氛的表现也是属于“随风潜入夜,润物细无声”的。此外,光影那多变的形态本身也具有极强的视觉趣味性,或点、或线、或面,左右横竖都可以充分运用于设计。妙用光影来营造动画影片的多重视觉效果,能增加影片更多的细节趣味与视觉焦点,对于形成动画影片独特的视觉风格和韵味具有积极和鲜明的意义,也明显提升了动画片本身的艺术品位和商业价值。

致 谢
感谢老师们这些年来的教育和培养,使我在专业上有了突破性的进步,也感谢同学们的提出的建议,老师的辛勤教育,使我对今后的道路有了更加明确的目标,受益非浅,特别是在毕业设计的过程中正因为有指导老师的精心指导和体谅照顾使我的毕业设计能顺利完成,感谢学校的精心培育,感谢各位动画系老师的耐心教导,特别感谢动画071班主任、动画061班主任曾老师、方建国老师、徐振东老师、崔老师、杨成老师、林小入老师对我的指导与栽培,感谢彭一老师给我的帮助,谢谢你们。


参考文献
[1] 李铁 张海力.动画场景设计[M]. 清华大学出版社 北京交通大学出版社,2007
[2]  赵丽宏.谈艺录[M] .上海:复旦大学出版社,2009
[3]  王德胜.视觉与快感[M] .安徽:安徽教育出版社,2008
[4]  程建平.音乐与创造性思维[M] .上海:上海音乐出版社,2007
[5]  宗白华.美学与意境[M] .江苏:江苏文艺出版社,2008
[6]  葛颖.漂流在影像的河流上[M] .上海:上海大学出版社,2005

上一篇:表演策略下小剧院舞美

下一篇:浅析唐朝宫廷服装元素的影响力