计算机三维产品渲染研究范文

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《广东石油化工学院学报杂志》2014年第二期

1摄影棚模式的产品渲染

以图1所示的计算机辅助三维产品设计流程为依据，重点分析渲染过程中的摄影棚搭建和灯光的布置。

1．1模型制作以图4所示的玩具车为例进行产品渲染的研究。用三维软件进行建模时，先拍摄该玩具车的正面、左右侧面、背面、顶面和底面的照片，并经过图片整理后作为正交视图的参照，将极大的提高建模的效率和准确度。

1．2虚拟摄影棚的搭建和摄影机设置以多少长宽比的画面来展示玩具车模型，模型的位置和方向如何摆放?这个就属于构图的问题。将被摄体视为长方体进行摆放，必须表现出三个面的明暗反差，才能体现出被摄体自然的立体感，如图5a。有两种方法进行摄影棚和摄影机的设置:方法一，先建立一个半封闭的C型空间作为玩具车拍摄的摄影棚，并将摄影机正对于背景墙，在垂直方向上移动摄影机，最后旋转玩具车模型，如图5b所示;方法二，先按照构图需要调整好摄影机与玩具车模型，再建立C型摄影棚，并将摄影棚的背景墙正对于摄影机。其中，方法一调整摄影机比较费事，但很容易建立摄影棚;方法二容易调节摄影机，但摄影棚不易摆正。还要注意的是，摄影棚平面的转折处必须光滑过渡，这样渲染得到背景效果才好。调整好“模型－摄影机－摄影棚”三者的关系后，再进行画面的缩放与平移，得到如图5c所示的构图，左侧留白多些，表达出车头继续向前的动态趋势。

1．3灯光设置和测试渲染确定好了构图以及摄影棚后，就开始进行灯光的布置。在此，先讨论在白色(或者浅色)背景下渲染玩具车的布光方式，借鉴于Eberhard［5］中灯光的布置方式为图3所示的两侧布光。利用渲染器软件Vray的矩形光，模拟柔光箱的均匀柔和照明，并能得到软阴影效果。对于其他渲染器，如果不提供矩形光源，也可以利用泛光灯进行灯光阵列进行模拟，阵列中的每个泛光灯取消“不衰减”选项，并设置其灯光的照射范围。Vray中矩形灯光需要设置的选项是:位置(与玩具车模型的距离)、方位(与摄影机的夹角)、大小尺寸(长与宽)、灯光颜色、灯光强度，并取消“不衰减”选项。所设置的灯光的效果，必须经过多次的调节才可能满足设计者的要求，所以要进行相应的测试渲染。测试渲染以渲染速度为主，主要分析光影的效果，以小尺寸分辨率输出(本文采用300*200的像素)，降低渲染参数，并赋予整个场景一个灰色材质(俗称素模)。从测试渲染的结果反馈，再修正灯光的参数，特别是灯光的强度、灯光的照明亮度和灯光的尺寸及位置。在正交视图中创建矩形灯光，光照方向垂直于摄影机方向，能保证此矩形灯光从摄影棚的正左侧照射，操作简单可行，如图6左所示。图6中部为左侧灯直接照射的测试渲染结果，背光面漆黑一片;图6右部为开启了全局照明的结果，光线在物体之间反弹而照亮了背光面。只在左侧布置一个矩形光，是难以照亮玩具车整体的，所以在右侧也设置一个矩形光，如图7左所示。注意此右侧光源的方向也要正对于玩具车，并将其灯光强度设置为左侧光源的三分之一，这样能够产生主次分明的照射效果。图7中部为左右两侧灯光直接照射的渲染测试结果;图7右部为开启了全局照明的结果。除了利用改变左右两侧光源的强度大小来产生主次分明的照射效果外，还可以通过设置两侧灯光不同的光照颜色来产生冷暖渐变的色彩效果。

1．4材质设置灯光设置完毕，就可以进行材质的设置。玩具车为塑料材质，具有反射效果，并具有较弱的反射模糊。黄色、橙色和蓝色三种塑料材质，除了颜色之外的其余参数都一样。作为车轮的黑色塑料材质，其反射效果比其他塑料材质弱。摄影棚背景布，赋予纯白色材质，且没有反射效果。图8所示为设置好材质后的渲染效果，左图中两个灯都是白色，右图中右侧光源为暖橙色。

1．5最终渲染经过灯光和材质的多次调节，测试结果达到预想的效果，就可以进行最终的渲染。首先，根据实际打印要求将渲染设置中的输出尺寸调大(在此为2400*1600像素);将图像采样器中的最小、最大范围值提高到1和4，这样能够获得细腻的画面，阴影过渡也很真实;再将全局照明发光贴图中的最小、最大比率设置为－1和1，模型细分提高到100，灯光缓存中的细分值提高到1500，采样大小设置为0．005;最后，将每盏灯光的细分值提高到20，将材质中有反射模糊的细分值也提高到20。

1．6Photoshop后期处理一张图没有经过后期工作的话，是不能说完成任务的。利用万能的Photoshop，可以对渲染完的图片进行亮度/对比度、色彩平衡、色阶等等诸多方面的调整，还可以进行添加文字等操作。再按照不同材质渲染出相应的色彩通道图，在Photoshop利用这些色彩通道图就可以对玩具车的各个部分进行单独调整。

2黑色背景的灯光设置

以上所讨论的在白色(浅色)背景下进行产品渲染的布灯方式适用于大多数场合，渲染得到的干净清爽画面能很好的表现出产品的造型、材质和细节等。但是，黑色的画面却能产生突出、稳重、高贵的效果。接下来将以叉车为例，讨论在黑色(深色)背景下，如何借鉴玄的理论来运用衬托光。叉车车身和支架以黑色为主，又由于是深色背景，摄影师通常都会希望通过类似于一定的“光环效果”来烘托产品，同时能够将轮廓勾勒出来，这里所需要的就是一盏背景灯将车子的背景墙打亮(注意不是背光灯，背光灯是从背后打到物体上，但所起到的作用有些相似)。在物体的背部放置一盏矩形灯，如图9左图所示，专门照亮叉车后面的背景墙。这盏灯的亮度不能太强，照射的范围也不能太大(与背景墙的距离)，效果如图9中图所示，将叉车的上半部从黑色背景中勾勒出来即可。接下来可以在顶部放置一盏大面积的矩形灯作为顶部照明，渲染效果如图9右图所示。因为背景为全黑色，在地面上的阴影是看不到的，为了表现出立体感，在叉车下放置一个平面，赋予模糊反射材质，就能够产生叉车的倒影，效果很好。除了顶部照明效果之外，在布置了背灯之后，可以通过左右侧放置矩形灯光进行照明。如图10所示，第1幅图是在突出背景之后放置了左侧灯，第2幅图是左右两侧都放置了灯光(右边强度较弱)，第3幅图增加了顶部照明(强度更弱)，第4幅图是为了突出立体感而增加了模糊反射的地板。这三盏灯，都要排除对背景墙和地面的照明，才能保持画面的纯黑色。最后，进行Photoshop后期处理，可添加文字说明等。

3实景匹配

除了渲染出画面干净整洁的产品效果图之外，还常常需要将渲染的产品放置在实际照片中去，这就是实景匹配。实景匹配要处理好两个方面，一个是透视匹配，另外一个是光影匹配，这样才能够“以假乱真”。如图11所示，左图为拍摄所得照片，准备将叉车“停放”在地坪上，在3D软件中，将此照片作为背景图，根据照片中的面包车实际尺寸7005*2040*2645mm建立一个辅助长方体，利用软件的透视匹配工具，将此长方体和照片中的面包车进行透视匹配，匹配正确后将自动创建一个摄影机。如图15中图所示，将两量叉车放置在和辅助长方体同一个水平面上，依照面包车位置进行摆放，并利用平行光模拟太阳光进行渲染。如图15右图所示，将此两辆叉车靠近摄影机进行渲染，结构更加清晰。这种方法，用于透视匹配的辅助长方体是关键因素之一;再根据照片中的阴影来判断太阳照射的高度和方位，从而获得真实的阴影，是真实匹配的关键因素之二。同样，以一块“无光/投影”材质的地面来接收叉车的阴影。

4结束语

基于摄影棚模式的产品渲染，首先创建虚拟摄影棚环境，调整好摄影机和产品位置，再以两侧矩形灯光照明结合顶部反光板照明，并赋予材质和调节较少的渲染设置参数，就能够渲染出精彩产品效果图。对于黑色背景的渲染，以一盏背景灯将产品从黑色环境中烘托出来，再添加左右侧和顶部光照，并增加模糊反射的地板。最后还介绍了实体匹配的方法，以达到身临其境的效果。在白背景下拍摄白色物体，虽然能使整体变亮，但可能会出现立体感丧失、背景和被摄体混为一体的情况。采用两侧打光，其中一侧的为辅光，采用非白色系，或者强度低于主光的白色，这样能够表现出被摄体的立体感。

作者：雷鸿源单位：广东石油化工学院机电工程学院