毕业论文-灯光与材质在三维动画中的艺术表现

灯光与材质在三维动画中的艺术表现摘要：灯光材质是三维动画制作当中最富有魅力的部分，质感通过照明得以体现，灯光需要材质反映出其作用，在调整灯光的同时要注意不断调整材质的颜色，使二相互协调。好的灯光材质效果可以使一部动画片具有极强的艺术感染力，在表现不同气氛效果的同时渗透出艺术的吸引力。关键词：三维动画；灯光；材质；渲染艺术；影视特效今天，高新科技正从各方面改变着人们的生活。借助先进的科技，全新的艺术表现形式不断推出，开辟了许多前所末有的新领域，在这样的氛围中，三维艺术应运而生，它是艺术与技术的完美结合，随着三维技术的日新月异，它已成为一种前沿的艺术表达形式。在三维动画创作中，造型是基础，而材质及环境的烘托是表现作品思想的重要手段，材质与环境的表现全靠色彩及光影的交叉作用。我认为灯光、材质是三维动画制作当中的非常有魅力的部分，不同的灯光、材质可以使同一部动画作品具有不同的效果和氛围，而且好的灯光、材质效果可以使一部动画作品具有更强的艺术感染力，在表现三维动画效果的同时也更能够渗透出艺术的吸引力。本文将通过个人在三维动画创作中的实例以及从中的感受，对灯光、材质在三维动画创作中的表现艺术进行论证。一、在毕业创作过程中的灯光使用以及个人对场景灯光的看法灯光是一个较灵活及富有趣味的设计元素，它是气氛的催化剂，是动画风格的焦点及主题所在，也能加强现有动画空间的层次感。动画制作中光线的应用模拟了摄影中光线的设置，由于我的毕业创作创建的是一个三维的空间，如果要合理表现这个空间的结构，透视关系就需要合理分布光线.。在现实生活中，光的分布是相当复杂的。大自然中的很多光感现象与人类肉眼所看到的有一定差别，譬如，在阳光的照射下，我们用肉眼看到海水的颜色是蓝色，当捧起时，它的颜色发生了变化，变成清澈、透明的。在动画制作中，光照的角度反映出透视角度，相机的透视角度需要配合不同的灯光。现实灯光与MAX里的灯光有很大的差别。现实灯光的具有衰减性、漫反射性、染色性，在MAX里需要用衰减功能、灯光阵、有色灯光进行模拟，例如，要模拟彩灯或日出时的阳光，就要调整灯光的颜色。另外，灯光配合环境特效可以产生特殊的效果，例如，配合环境中的体积光可以模拟舞台追光灯的效果，而泛光灯配合特效中的发光效果(Glow)可以模拟普照大地的太阳，配合环境雾效，甚至还可以制作出灯光穿过大雾的投影特效。通过毕业创作的实际操作，我认为在三维动画场景布光时应当考虑如下几个问题： （一）考虑场景中的环境是什么类型的。比如场景所表现的是一天中的什么时间；天空是晴空万里还是阴云密布；还有，在环境中有多少光反射到四周。需要考虑场景的光线来自于哪里，即何谓主光源，该光线的质量如何。这就要求在场景中使用多个光源的时候，必须要弄清楚哪一个是主光源？还要确定是否使用彩色光线，彩色光源对于场景氛围的渲染具有非常重要的作用。在我们的毕业创作中，根据剧情的需要，我们制作了六个场景，第一个场景为室内，剩下五个场景为室外，六个场景的布光也各不相同。但是动画作品的格调、氛围都为了追求协调统一，也为了表现剧情氛围，所以我们需要表现的是夜晚景色，在整体色调上就比较暗，虽然第一个室内场景为暖色调，其它五个室外场景为冷色调，但是也使它们形成了协调统一的效果。第一场景室内由一个主光泛光灯控制整体色调与亮度，再由其他一些辅助灯光具体表现一些物体细节，窗外照进室内的光线更以与室内整体色调稍微偏重的颜色，使其在场景局部与整体之间也产生一些对比，这样画面看起来就不会显得单调。室外五个场景的处理上，由于需要考虑整体动画色调的统一，所以每个场景中都使用一个相同主色调的灯光下，再通过改变灯光细节来处理处不同场景的不同性格，第四、五场景是一个墓地的整体效果和细节表现，需要突出的是一种紧张、恐怖的气氛，所以多以冷色调且纯度比较高的绿色灯光为主，并在此基础上加以部分补色灯光（红色火焰）来刺激观众的视觉感受，第二、三、六场景突出的是一种壮观的场景气氛，所以在主灯光上也做了适当的调试，使其主灯光的绿色纯度降低，再加以色盘较近的浅蓝色灯光颜色，使画面更加的和谐漂亮。这样的处理就使得此次毕业创作的动画片在整体上有一个统一的色调、氛围，但又使每一个场景具有各自独特的“个性”，等等。（二）灯光宜精不宜多。过多的灯光会使工作过程变得杂乱无章，难以处理，画面的显示与渲染速度也会受到严重影响，这就要求只有必要的灯光才能保留。另外还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，这样会使画面的显示与渲染速度提高，加快我们制作动画的速度和效率。在毕业创作中，我们为了提高制作效率与渲染速度，都是先把每个场景的主灯光整体制作了一下，然后再根据不同的镜头走势，进行非常具体的添加、删除、隐藏等手段，在对画面整体的画面效果影响不大的情况下，我们尽量使用一盏灯光，以此来加快制作渲染速度，提高我们的动画制作进程。当然，如果场景需要一些灯光进行特别表现的有时候，我们认为使用多个灯光也是非常必要的。如我的作品第一场景中，在处理窗外照进室内的丝丝光线时，我们为了体现这种光线的效果，先是以一盏聚光灯加光效Volume Light来表现它的效果，但是板缝之间的亮度却达不到预想的要求，最后只得每个板缝之间又另加了一个“光能学“线灯光来加强它，不过这样画面的渲染时间会大大增加。为了提高速度，有些镜头使用不到时我们就会把这些灯光进行删除，以提高渲染速度；场景中的的人物也以灯光排除的方法，单独给其的灯光，以减少渲染时间；还有就是显示器与蜡烛的灯光也不是用真正的灯光搞定，而是以自发光和灯光特效Glow来实现的，用自发光贴图去做会方便得多，效果也很好，这样渲染速度就加快了许多。另外还需要注意，切忌随手布光，这样会使灯光使用的成功率降低。场景灯光制作中对于可有可无的灯光，一定要坚决予以删除。 （三）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。根据动画场景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，等等，这些都决定着动画场景的氛围，以及渲染所需的时间。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。在场景二中，怪兽打斗那段所采取的明暗分布就是以近景暗，中景亮，远景暗的手法来体现画面层次的；场景六中也是采用了同样的手法，而场景一则是采用以室内吊灯为中心逐渐衰减的手法搞定，至于物体投影，虽然添加后效果非常的好，但是由于考虑到渲染时计算量过大渲染时间过长，为了能如期的完成作品所以只在场景二里的几个镜头里添加了投影。（四）在灯光中表达出一种基调，对于整部动画作品是至关重要的。灯光有助于表达一种情感，并且能够引导观众的眼睛到达特定的位置；灯光可以为动画场景提供更大的深度，展现更为丰富的层次。所以对于灯光效果的形成，应该先调整角度定下主格调，再调节灯光的衰减等属性来增强真实感。最后再调整灯光的颜色做更为细致修改。如果要真实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。在平日工作中，动画创作者多看些摄影用光的书，多做试验对于动画制作是很有帮助的。不同场合下的布光用灯也是不一样的，在三维动画的制作中，为了表现出一种恐怖阴森的效果，往往会把一些主灯光的颜色设置为淡淡的深绿色或深蓝色，可以达到材质不容易做到的效果。总之，只要多实践、敢于实践，掌握用光的精髓就只是时间问题了二、在毕业创作过程中的材质制作以及个人对场景材质的看法材质是什么？简单的说就是物体看起来是什么质地。材质可以看成是材料和质感的结合，是对真实材料视觉效果的模拟。在渲染程序中，它是场景物体表面各可视属性的结合，这些可视属性是指场景物体表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。正是有了这些属性，才能让我们识别三维中的模型是什么做成的，也正是有了这些属性，我们计算机三维的虚拟世界才会和真实世界一样缤纷多彩。场景不同，环境不同，视角不同，灯光不同，材质的表现形式也不尽相同。不同质感的物体是由于使用不同的材料制作而成的，观察和亲身体验是做好材质的第一步，用眼可以观察色和光线，用手感受物体的粗糙程度和纹理的变化。物体的质感是千差万别的，同样是金属制品，有的光洁如新，有的却锈迹斑斑，同样是玻璃制品，有的晶莹剔透，有的却色彩斑斓，自身纹理丰富而且反射的环境图案随着造型而扭曲变形，不同造型的玻璃制品折射程度也不同。材质制作是一个十分重要的范畴,它包含很多需要理解和钻研的东西,不像建模,可以纯粹靠耐心和毅力来完成,再精细的模型如果缺乏了精彩的表面质感,也会显得空泛而经不起久久揣摩,相反材质是一种表面质感的魔术,我们不光可以用精彩的材质来弥补模型精度的不足,甚至可以用材质来代替建模。比如，本人作品中的人物模型和场景模型都是采用了大量的凹凸贴图来实现物体细节的。就连特效也是多采用透明贴图来完成，因为我的场景模型中本身所占用的系统资源就已经很多，如果再采用3D粒子系统加以特效，那么这样的一般家用电脑是很难承受的，但是材质贴图却给我们解决了这个难题，使场景不用使用太多的资源也能实现同样的效果。同时我们也必须有这样的认识，贴图也不是万能的，有些镜头的走势还是需要其他一些手段来实现的，可以说是他有自身的优势，同样也有它的弊端，就看动画创作者是如何使用了。一个模型物体可以有一种材质，也可以为它指定多种材质叠加的效果。当然，一个场景也就可以包含更多种的材质，这在3dsmax中是没有限制的，现在电影和动画中的无数特技效果已经向我们证明，理论上我们是可模拟出任何真实效果的，甚至创造出一个并不存在却是真实的虚拟世界，只要想像力丰富。材质的编辑像是一道智力题。首先我们要做一个生活的留心者，认真地观察生活中任何一个细节，在制作材质的过程中，将观察到的细节利用起来，通过材质编辑实现需要的效果。这个实现过程是充满趣味同时又让人兴奋的，它看来复杂，实际上又有规律可循的。三、在三维动画创作中灯光与材质需要同时调整且应相互协调三维动画制作其实就是使用虚拟场景来再现真实世界的一个过程。在三维动画中，材质与灯光是密不可分的。单一材质在不同光照条件可以呈现出丰富的色彩变化。对于一种材质，设计师要在虚拟场景真实再现现实，不但要了解它的物质属性还要了解它的受光特性，熟悉不同光照环境中材质的变化。例如，设计师制作一个场景中的玻璃材质时，就要想到使用怎样的纹理、反光和凹凸值等,这样才会在灯光的照明下，显得更加真实，同样，创建照明系统的时候也要考虑什么样的光照强度、角度、色彩和光照范围才能更好地表现材质及物理特性。材质与光线的强度、光线衰减、光线的颜色都有很大的关系。光线照射到物体上的时候，物体会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色，这些漫反射出来的光色到达我们的的眼睛之后，就决定物体看起来是什么颜色，这种颜色在绘画中称为“固有色”，也称为过渡色，这些颜色处于光线和材质表面不垂直的区域。光线照射不到的地方就是材质表面的阴影色，在光线和材质表面垂直的区域形成高光。过渡色和阴影色都不同程度地影响了材质表面自身纹理色彩，过渡色是区分材质表面纹理色彩的主要依据。被漫反射出来的光色除了会影响我们的视觉之外，还会影响它周围的物体，这就是光能传递。不同的材质，在相同强度光线照射下，所表现的光感是不大相同的，当材质受不同颜色的光线照射时，其表面颜色也会发生很大的改变。自然界的大多数物体通常会遮挡光线，当光线可以自由的穿过物体时，这个物体肯定就是透明的。这里所指的“穿过”，不单指光源的光线穿过透明物体，还指透明物体背后的物体反射出来的光线也要再次穿过透明物体，这样使我们可以看见透明物体背后的东西。由于透明物体的密度不同，光线射入后会发生偏转现象，这就是折射。比如插进水里的筷子，看起来就是弯的。不同的透明物质其折射率也不一样，即使同一种透明的物质，温度的不同也会影响其折射率，比如当我们穿过火焰上方的热空气观察对面的景象，会发现有明显的扭曲现象。这就是因为温度改变了空气的密度，不同的密度产生了不同的折射率。正确的使用折射率是真实再现透明物体的重要手段。由此可以看出，如果在编辑材质时忽略了光的作用，是很难调出有真实感的材质的。因此，在材质编辑器中调节各种属性时，必须考虑到场景中的光源，并参考基础光学现象，最终以达到良好的视觉效果为目的，而不是孤立地调节它们。光与阴影在动画效果中起着至关重要的作用。质感通过照明得以体现，动画场景中建筑物的外形和层次需要阴影来烘托。建筑效果的真实感在很大程度上取决于细节的刻画，细节的刻画则需要通过灯光与阴影的关系来调整，动画建筑物的效果不仅仅取决于灯光，还需要材质来反映出灯光的作用。在调整灯光的同时要注意不断调整材质的颜色，使二相互协调。综上所述，我认为灯光与材质的表现在三维动画创作中占据着非常重要的位置，可以说它们的作用在三维动画创作的过程中是不可或缺的。所以我们应当对灯光和材质有个充分的认识，在创作过程中能够熟练地掌握使用它们的技能，这对于动画创作者来说是非常重要的。参考文献； 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