三维动画设计技术探讨-毕业论文

本科毕业论文(科研训练、毕业设计)题 目：三维动画设计技术探讨姓 名：学 院：软件学院系：软件工程专 业：软件工程年 级： 学 号： 指导教师（校内）： 职称： 年 月摘 要三维动画作为近年来新兴的电脑技术,发展势头迅猛,已经在许多行业,例如电视广告,游戏片头,企业代言人,房地产广告,尤其是在电影电视广告领域里,得到了广泛的应用。借助于三维动画技术，我们可以看到，历史古迹的三维仿真再现、环境建筑动画的浏览、电影特技的运用。“生活中有的能做，生活中没有的也能做”，三维动画正以独有的魅力被人们所认识和利用。随着计算机硬件的不断发展与进步，三维动画设计技术的发展也将越来越快。本文通过对三维汽车广告的设计制作，详细介绍了三维动画的基本概念以及现代三维动画技术在广告应用中的技术优势，研究三维动画设计技术在现代广告中的应用状况，预见三维动画技术在广告应用的发展前景，同时，探讨三维动画的技术工具以及实现方法。关键词 三维动画 3ds Max 技术实现Abstract3D cartoon as a new and developing computer technology in recent years, having got broad application in a lot of industry, such as the television advertising, game titles, enterprise spokesman, real estate advertisement etc, especially in film-television advertising field. By means of 3D cartoon technology, we can see many things which cant appear again, just like the historical site of 3D simulates being, the browsing of environment building cartoon, the film trick applying etc. In the life has can do, in the life no also can do. 3D cartoon is now being known and using by the people with its special charm. Along with the computer hardwares unceasing development and progress, the 3D cartoon design technology will develop more and more quickly.This article introduced the 3D cartoons basic concept in detail as well as the application of the modern 3D cartoon technology in the advertisement by the 3D car advertisements design, and research 3D cartoon design technology in the modern advertisement application condition, foresee the development of 3D cartoon technologys application in the advertisement. At the same time, Investigate and discuss the process of manufacture 3D cartoon as well as the realization method of 3D cartoon technology.Key words 3D cartoon 3ds Max technology39目 录引 言6第一章 概述71.1三维动画概述71.1.1 动画71.1.2 模型与空间81.1.3 关键帧81.1.4 运动控制81.2 传统动画与现代三维动画91.3 现代三维动画的应用优势10第二章 设计方案112.1 设计目标112.2 软件工具112.3 关键问题12第三章 设计方案分析与实现133.1 创建模型133.2 材质贴图和灯光213.2.1 材质和贴图213.2.2 灯光系统253.3 动画控制293.4 渲染输出293.4.1 渲染器303.4.2 动态着色313.4.3 渲染设置313.4.4 环境和效果313.5 后期合成34第四章 环境支持355.1 硬件环境355.2 软件环境35第五章 结论36致谢语37参考文献38ContentIntroduction6Chapter 1 Outline71.1 3D cartoon outline71.1.1 Cartoon71.1.2 Model and space81.1.3 Key frame81.1.4 Movement control81.2 Traditional cartoon and modern 3D cartoon91.3 The preponderance of modern 3D cartoon application10Chapter 2 Design proposal112.1 Design goal112.2 Software tools112.3 Key question12Chapter 3 The analysis and realization of Design proposal133.1 Create model133.2 The material,map and light213.2.1 Matiral and Map213.2.2 Iight system253.3 Cartoon control293.4 Render Output293.4.1 Renderer303.4.2 Dynamic render313.4.3 Render setting313.4.4 Entironment and effect313.5 Later synthesize34Chapter 4 Environment sustain354.1 Hardware environment354.2 Software environment35Chapter 5 Conclusion36Acknowledgement37Reference38引 言三维动画是幻想结构以奇妙形式出现的一种工具。随着计算机科学技术的飞速发展，计算机图形学技术已深深涉及到三维动画创作领域，由此应运而生的这一技术与艺术最完美的结晶，为影像世界开创了一个崭新的纪元。三维动画作为近年来新兴的电脑技术,它发展至今，毫不夸张地说，它已牢牢地占据了现代文化生活的各个领域。特别是对于那些电视机前忠实的观众来说，更是司空见惯。从上世纪70年代后期起,由于电脑技术的完善，一股强烈的数字风吹拂着电影动画制作领域。著名的迪斯尼公司先后制作了一系列完全运用数字技术制作的动画影片。到了90年代。一些经过计算机处理的场景在好莱坞的影片中得到了大量的应用。有些影片不仅场景是虚拟的，角色也是虚拟的。借助于三维动画技术，我们可以看到，历史古迹的三维仿真再现，环境建筑动画的浏览，电影特技的运用。“生活中有的能做，生活中没有的也能做”，三维动画正以独有的魅力被人们所认识和利用。然而这个时期的三维动画作品只能在大型的图形工作站才能完成，因此三维动画技术根本无法普及。三维动画技术的真正发展是在2002年，随着各种三维动画制作软件在PC机上的普遍使用，三维动画业可以说获得了突飞猛进的发展，其应用范围也一再得到扩展。就广告制作后期而言，以PC工作站的能力完全能够胜任。随着PC硬件的发展，三维动画技术必将得到更进一步的发展。本文主要论述三维动画在现代广告应用的技术实现问题。通过介绍三维动画的基本概念以及三维动画在广告应用中的技术优势，研究三维动画技术在现代广告中的应用状况，预见三维动画技术在广告应用的发展前景，同时，探讨三维动画的技术工具以及实现方法。第一章 概述第一章 概述1.1三维动画概述所谓三维动画，又称3D动画，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的新兴技术。三维动画软件在计算机中首先建立一个虚拟的世界，设计师在这个虚拟的三维世界中按照要表现的对象的形状尺寸建立模型以及场景，再根据要求设定模型的运动轨迹、虚拟摄影机的运动和其它动画参数，最后按要求为模型赋上特定的材质，并打上灯光。当这一切完成后就可以让计算机自动运算，生成最后的画面。简单来说,就是利用计算机进行动画的设计,创作与制作,产生真实的立体场景与动画。1.1.1 动画根据人的视觉暂留特性，将连续的静态画面串接在一起，通过快速播放给人带来不断运动的视觉效果就是动画。动画由一系列的单独图像组成，它是通过每秒钟放映若干幅图像而产生动态的画面效果。动画是基于人的视觉原理产生的运动图像，观众在一定时间内连续快速观看一系列相关联的静止画面时，会感觉它是连续运动。通俗的说，动的画面就是动画。因为动画是由一系列静态画面串接而成，所以我们把这些静态画面称为帧。帧是组成动画的基本单元。所谓帧速率是指每秒钟播放的帧数。典型的帧速率范围是2430帧/秒。Flash动画的更新频率一般为12帧/秒，电影的更新频率一般为24帧/秒，电视则为25帧/秒。所有的动画制作要根据不同的播放媒介制定不同的更新频率。研究动画应该从研究人眼开始，人的眼睛是有一定分辨力的，若要使人眼可以看到平滑的运动，动画运动的距离应该在人眼分辨力的7度以下，这样才能不产生跳跃感。由于科技的发展，以现在制作动画的手段，我们可以不必考虑太多这方面的问题，而主要思考点应该集中到创意和创新上。1.1.2 模型与空间模型是指在3DS MAX视窗中创建的一个或者多个几何对象。创建模型作为三维动画的一个主要技术，是制作三维动画的基础。它主要包括动画场景的建立, 动画造型的建立, 动画道具的建立。常见的三维模型除了物体的几何形状，通常还需要保存其他多种信息，例如材料信息，纹理坐标等。计算机生成的二维图形仅在x、y轴有水平和垂直的坐标，而三维图形除了有x、y坐标外，还有z轴的维度来定义深度信息。当光照和纹理应用于三维物体时，这个物体显得比二维的物体要真实得多。而且能在三维空间中穿过或环绕三维模型和图形，就如同在虚拟世界中游览一样。1.1.3 关键帧所谓帧动画，也叫逐帧动画，是指以帧为基本单位组成的多帧动画。帧动画借鉴传统动画的概念，每帧的内容不同，当连续播放时，形成动画的视觉效果。在三维动画中，最常见的是利用关键帧制作动画。人们在计算机的帮助下，定义关键帧，并完成关键帧的画面绘制、着色等处理，然后利用计算机对两幅关键帧进行插值计算，自动生成两幅关键帧之间的画面，这就是三维动画的制作过程。关键帧提高了工作的效率，只要在关键点设置动画，中间的运动效果通过计算机自动产生。1.1.4 运动控制根据动画生成的方式可以把三维动画分为两大类：关键帧动画和算法动画。关键帧动画是根据动画设计者的一组关键帧，自动生成中间画，相当于传统动画中的设计好关键帧，由计算机实现插入补帧的工作。3DS MAX 8有以下两种方式生成中间帧：l 通过对关键帧三维形状进行插值计算而得到中间帧；l 对物体本身模型中的参数进行插值计算。算法动画中的运动是使用算法来描述的，其中物理规律作用于各种参数。例如，车在运动过程中的角度变化可以由运动学定律或动力学规律来控制。运动学是物理学中研究物体位置和运动的一个科学分支，动力学是物理学中描述物体怎样运动的另一个分支。因此算法动画还可以分为动力学算法动画和运动学算法动画。l Key（关键帧）动画三维关键帧动画与二维关键帧动画类是。一系列的关键帧用来描述各个物体在各个时刻的关系位置、结构以及其他参数的变化，用计算机生成中间各帧。在关键帧动画中，计算机最大的长处就是进行插值，插值分为线性和非线性两种。插值是保证动画流畅的关键所在。l Joint（关节）动画关键帧动画是生成动画的典型方法，但对于人、动物等具体关节的情况，关键帧的设置就显得不够简便。在每一个关键帧中，每一个关节状态的关键点都要适当设置。为了使物体的各个部分有机地成为一个整体，使各部分协调工作，必须是物体各部分建立关系。这就是关节动画中的父子关系链接，一个父物体可以有几个子物体，而一个子物体只能有一个父物体与之相连。父物体的运动或部分参数的变化会影响到子物体，而子物体的运动不影响父物体，这成为正向链接，反之则称为反向链接。1.2 传统动画与现代三维动画传统动画多以绘画为主，绘制出关键帧，再在中间插入补帧，传统动画艺术家以这种方式创作出无数的世界动画珍宝，中国人熟知的米奇老鼠就是以这种方式创作出来的。同时中国的动画艺术家也通过这种方法创作出许多大放异彩的动画，如牧童等。现在有一种观点说，传统动画最终将退出动画舞台，只成为一种艺术表现形式保留下来。但是，并不是科技发达了，艺术发展了，传统动画就没有容身之地了。传统动画有传统动画的优点，计算机及三维动画有它们的缺点。传统手绘动画的优点在于可以方便、快捷、准确地对创作人物或景物进行夸张。设计师们想到哪里就可以用手里的画笔画到哪里，现代的三维动画还要借助这种方便的手法做前期的设定工作。但是传统动画不易与现实结合，存在较严重的透视关系及角度旋转上的问题。例如在传统动画中要表现一辆车慢慢行驶的全过程，动画师们就要在每个角度分别画出该车的样子，再好的动画师也不能保证每一帧所有的物体都有正确的透视关系。这种情况一般用夸张的手法或蒙太奇方式一带而过，或尽量避免。这就决定了三维动画比传统动画拥有更广阔的使用范围。现代的三维动画技术应用在影视后期特效制作上的比率一点都不比应用在动画上的比率少，因为三维动画可以用精密的计算来实现以假乱真的视觉效果。例如美国的灾难类型片，不可能拍一部电影就把自由女神像毁坏一次，也不可能把白宫炸了重盖，这些都是由于三维动画技术把艺术家的想象实现在荧幕上了。1.3 现代三维动画的应用优势传统的广告大都以真实世界的摄像机拍摄为主，这样做出来的广告虽然真实，但是却达不到广告的目的吸引观众的目光。而运用三维动画技术制作的广告，由于其精确性、真实性和无限的可操作性，不仅可以模拟现实世界中几乎所有的东西，如树、草、火、灯光、镜头、建筑、人物、动物等，而且可以虚构现实生活中根本不存在或者无法用人眼看到的东西。而且，这种模拟和虚构既可以是惟妙惟肖的写实，也可以是奇妙无穷的夸张变形，能产生传统动画无法实现的视觉效果。从而加深观众对品牌的认知，同时也降低了广告的制作成本。除此之外，三维动画技术在广告应用上还具有着其他技术所无法比拟的优势：在广告的创意中应用三维动画技术，可以充分利用三维动画“随心所欲”的特性，最大程度地发挥创作者的想象力，从而创作出神奇生动、变化万千的广告精品。制作广告时，应用三维动画可以使一些过于单调的产品，在展示时尽量变得拟人化，从而加强广告宣传的趣味性，以达到好的促销目的。有些广告采用实拍手法往往很难达到预期的效果，而采用三维动画，就可以将其表现的淋漓尽致。运用实镜拍摄与三维动画合成的艺术手法，更能使广告作品达到登峰造极的程度。第二章 设计方案 第二章 设计方案2.1 设计目标项目的具体目标是制作一部三维动画影片，片长约为30秒。主要表现某新型汽车行驶的各种场景，展示汽车的外观、性能和特质，达到广告的目的。在整个项目组中，我的主要任务是制作汽车行驶的环境，包括公路、路灯、树木、长椅等的建模以及材质贴图；同时还负责处理场景中的灯光问题，包括光线的明暗、形状、阴影的形成等等。2.2 软件工具在项目的制作过程中，我们主要采用3DS MAX 8。3DS MAX 是一款十分优秀的专业三维建模和动画制作软件，它提供的制作方法和手段可以让每一个创作者尽情的发挥他的想象力。3DS MAX 8是3DS MAX系列的最新产品，它基于PC平台，是全球销量最好的专业建模和三维动画制作软件。它在7.5的基础上增加了新的扩张包，整合了其他软件的许多功能，在PC环境下真正实现了能与高档次UNIX工作站相媲美的效果。3DS MAX 8提供了与当前版本完全的文件兼容性，并对多种现有功能作了显著的改进，其中包括：一套功能完善的集成化毛发制作系统、mental ray渲染器的最新版本mental ray3.4、一套结合了3DS MAX和Autodesk VIZ特色功能的全新设计工具集以及在MAXScript Debugger、Vault、角色和UV贴图展开工具等几个方面功能的加强。3DS MAX 8的整体界面如图1所示：图1：3DS MAX 8的整体界面2.3 关键问题如何充分实现广告创意的要求。三维动画广告在追求强烈的视觉效果的同时，还要考虑动画的仿真效果。例如汽车所行驶的路面，如果才能让它看起来有颗粒感、摩擦力以及真实感；另外汽车在行驶过程中，车灯照射时路面的漫反射、场景中其他模型的漫反射等等。如何协调场景的各个模型，以达到更加真实的效果。在现实世界，汽车所行驶的环境往往有很多不同的事物，这就需要我们处理好这些事物的模型在场景中的位置，调整好各个模型的大小比例。因为要将场景时间限定为夜晚，所以场景中的灯光就显得尤为重要。这就需要我们处理好各个发光物体所发光线的强弱、明暗、阴影以及反射关系等等。在三维空间中，如果想克隆一连串动态造型完全相同的物体，用手动克隆来实现是有一定的难度的。这就需要我们采用其他的方法来解决问题。在建模结束的基础上，如何实现各个角度拍摄汽车行驶过程将是我们所要解决的首要问题。第三章 设计方案分析与实现 第三章 设计方案分析与实现3.1 创建模型建模主要包括动画场景的建立, 动画造型的建立, 动画道具的建立。三维建模是比较繁琐的过程,通常我们采用以下三种办法来创建模型：利用Auto CAD下建模Auto CAD系统本身提供非常强大且精确的三维实体绘制和编辑功能,利用这些功能完全可以实现任何造型的三维建模工作,当然这种方法适用于要求精度比较高实现起来比较复杂的三维模型。利用OpenGL技术，OpenGL是开放式的三维图形标准，能通过编程在计算机屏幕上直接绘制三维图形。采用这种技术开发难度较大，开发者必须对OpenGL有比较深入的了解，因为所涉及到的建模不只是几何模型，还有对物体的环境、光源、材质、动画等方面进行描述，涉及面非常广泛。但是，通过这种方式建立的场景无法获取其三维模型，也就不能在3DSmax中再次运用了。在3DS MAX系统下直接建模3DS MAX 系统本身也提供了三维实体绘制和编辑功能,但没有Auto CAD 系统提供的功能强大,这种方法通常适用于要求精度不高实现起来比较简单的三维模型。两种方法比较起来,利用AutoCAD 系统构建的三维模型必须导入到3DS MAX 中才能做下一步工作,这种导入实际上是一种转换,AutoCAD 系统和3DS MAX 系统都提供这种转换功能。在小组中，我在这方面的主要任务是设计汽车行驶场景，包括汽车所行驶的公路、树、草、长椅、花坛等。其中的主要任务在于公路实体的三维建模，以及这些模型之间的协调。在这里，我用到的主要建模工具为3DS MAX。模型制作最初使用3DS MAX中的自带模型（如点、线、面等等）创建简单的三维基本几何体，或者绘制模型的基本二维曲线剖面图形，再使用修改器将二维曲线转变为基本三维对象。关于公路的建模，在3DS MAX软件中，我主要采用以下两种方法来实现：采用放样。放样建模是一种高级建模方法，属于复合建模。制作放样物体的基础是二维图形，将某个二维图形作为截面，而将另一个二维图形作为路径，即可将截面沿路径进行放样，更为方面的是用户还可以在路径的不同位置选择不同的截面创建各种变形物体。还可以通过对路径上不同位置的放样截面进行修改，产生更复杂的造型。下面是使用放样进行公路建模的具体步骤：首先进入3DS MAX软件界面，依次创建公路路径和公路的截面，如图2所示：图2：创建公路路径与截面然后选中公路路径，单机选择“创建”按钮，选择“几何体”界面，并选择复合对象,单机“放样”按钮，得到图3：图3：对公路路径进行放样最后按截面和路径的对应关系，选取“获取图形”按钮，生成所需要的公路实体。如图4所示：图4：最后生成的公路实体采用路径变形。进入3DS MAX软件，创建一个高度几乎忽略的长方体来作为公路变形的实体，然后创建我们所需要的公路的路径，在修改器中选择路径变形方法，根据需要调整变形的坐标轴，然后慢慢调整以至生成我们所需的公路模型。具体步骤如下：首先进入3DS MAX软件界面，依次创建公路路径和所要变形的长方体，如图5所示。图5：公路路径和要变形的长方体然后选中长方体，单击“层次”按钮，选中“轴”下面的“仅影响轴”按钮，移动长方体的轴心到底部，如图6所示：图6：移动长方体的轴心接着选中长方体，在修改器重选择“路径变形”，单击“拾取路径”到line1,然后设置好参数，就可以得到我们所需要的公路实体。如图7所示：图7：通过路径变形得到的公路实体采用类似的方法可以创建场景中其他实体。在这些都完成之后，我们还需要对整个场景进行调整，安排各个实体如路灯、树木、建筑等之间的位置关系，使整个场景看起来更加真实。图8是我采用各种建模方法建出来的场景图，由于看不清楚，因此我特意渲染出透视图以便更好的观察，如图9所示。里面有些灯光和材质效果都已显现出来。图8：项目场景图图9：渲染后的场景图3.2材质贴图和灯光3.2.1 材质和贴图材质是对材料和质感的总称，是指在设计中对造型元素进行处理时，为了特殊的需要而赋予对象一定的材料和质感效果，以达到强化表现力的作用。 在三维动画广告的设计中，材质的应用极为广泛。它能极大地增强场景的真实感, 使单一呆板的世界变得生动活泼。材质技术是三维动画中最难的部分, 3DS MAX 提供了丰富的材质库,但是在具体配色时有些颜色还需要另行制作。另外在选材质时,要根据物体透明性适当地选择,否则着色后会看见里面物体的轮廓,效果上就会差一些。 对于三维动画来说，没有材质的模型等于没有生命的肉体，没有一点真实感。很多人在制作公路动画时没有对物体的材质进行分析研究, 因此无法做到“虚拟真实”, 无法取得逼真的视觉效果。比如象现在高速公路常用的“沥青路面”, 很多人设计路面只使用颜色而未使用材质, 这样当汽车沿公路行驶时路面显得很光滑 , 没有颗粒感、没有摩擦力, 缺乏真实感。再比如在三维动画中，如果使用“平面树”，动画就会显得很不真实, 因此要在三维动画中将树木种好,种得真实, 就应该使用“三维立体树”, 材质分析时可将树木分为树干、树枝、树叶三个部分进行。因此，为了表现出需要的材质质感，我们就应该正确掌握好自己所要表现的质感。大部分质感可以通过观察周围的事物来掌握。比如说玻璃是透明的、岩石是粗糙的并布满苔藓等等，如果我们能够一个个仔细观察的话就能够创造出更好的效果。制作材质的方法大体上可以分为两种：纹理贴图和利用3DS MAX自身函数的程序贴图。这就是不同的表现材质的方法。我们在运用材质的时候应该考虑两个问题：选择适合材质的图片光靠3DS MAX自身的MAP类型不可能表现出我们所熟悉的所有质感。因此一般在制作材质的时候都需要制作适合场景的图片或者扫描照片等等。我们制作的材质大部分都是人工的材质，因此即使得到了图片也需要关注一下图片的分辨率或者是整体的明暗效果等等。这是因为图片所具有的分辨率或者是明暗度等因素将会对我们所要表现的对象表面起到至关重要的作用。相好运用材质的对象外观对象的面的个数也是决定材质外观的重要因素。即使是使用相同的材质，也会根据运动的对象外观不同表现出完全不同的效果。在给对象应用材质的时候我们应该注意好以下的事项：l 仔细观察要建模的对象表面。应用材质前，我们应该观察对象的表面是光滑的还是粗糙的。通过这些观察决定是设置凹凸贴图，还是反射光线、吸收光线。l 决定对象是透明的还是不透明的。这个因素在决定反射和折射材质的时候会成为很重要的尺度。特别是透明度对灯光的调整比较敏感，因此我们需要从各个角度来考虑。给对象赋予材质和贴图的具体步骤如下：单击主工具栏的Material Editor(材质编辑器)按钮，打开材质编辑器，如图10所示：图10：材质编辑器在一个样本球上单击将其激活，展开明暗器基本参数卷展栏，选择合适的着色器，默认为Blinn(宾氏)明暗器。如果制作金属材质，须选择Metal(金属)明暗器。展开Blinn基本参数卷展栏，设置材质的基本参数，包括Diffuse(漫反射)颜色、高光反射、自发光、不透明度、高级别光以及光泽度等。该卷展栏与明暗器相对应，如果在明暗器基本参数卷展栏中选择金属明暗器，则此处会变成金属基本参数卷展栏，参数也会发生变化。展开贴图卷展栏，这里列出了所有的贴图通道，也就是用贴图控制材质的哪个属性，如图11所示：图11：贴图卷展栏单击贴图通道后面的None长按钮，即可打开材质/贴图浏览器，这里列出了所有的贴图类型，也就是往贴图通道上贴什么样的图片，如图12所示。最长用的是位图类型，可以直接将一张图片贴在贴图通道上。双击贴图类型，即进入相应的贴图类型参数区。设置好各种参数，连续单击“返回父层次”按钮，回到材质编辑的顶层。制作好材质后，在视图中选中要赋予材质的对象，单击材质编辑器上的“将材质赋给选择物体”按钮，即可将材质赋予对象。单击“在视图中显示贴图”按钮，可以在透视图中查看贴图效果，如果要查看材质的具体效果，可以先激活透视图，然后单击“快速渲染”按钮，渲染透视图，观察应用材质后的对象效果。以上介绍的是标准材质的编辑，如果要编辑复杂材质，可以单击“Standard”按钮，材质/贴图浏览器中即列出了所有的材质类型。双击某一个材质类型，进入相关材质类型的参数区，然后仿照标准材质的制作方法进行。图12：材质/贴图浏览器3.2.2 灯光系统模型是肉体，材质是生命，灯光是灵魂。CG界流传的这句话代表了灯光在三维动画设计中的地位。和现实的灯光不一样，计算机的灯光系统有其特殊的、超越现实的一面。因此，在三维动画广告的创作过程中，要模拟真实的灯光照明，就必须了解一些传统的灯光的基本知识。在3DS MAX中，为了提高渲染速度，灯光是不带有辐射性质的。如果要模拟自然界的光反射（如水面反光效果）、漫反射、辐射、光能传递、透光效果等特殊属性，就必须运用多种手段（不仅仅运用灯光手段，还可能是材质如光线追踪材质等）进行模拟。灯光作为3DS MAX中一种特殊的对象，模拟的往往不是自然光源或人造光源的本身，而是它们的光照效果。在渲染时，3DS MAX中的灯光作为一种特殊的物体本身是不可见的，可见的是光照效果。如果场景内没有一盏灯光（包括隐含的灯光），那么所有的物体都是不可见的。不过3DS MAX场景中存在着两盏默认的灯光，虽然一般情况下在场景中是不可见的，但是仍然担负着照亮场景的作用。一旦场景中建立了新的光源，默认的灯光将自动关闭。如果这时候场景中的灯光位置、亮度等不太理想，还赶不上默认灯光的效果。如果场景内所有灯光都被删除，默认的灯光又会被自动打开。默认灯光有一盏位于场景的左上方，另外一盏则位于场景的右下方。 在3DS MAX中有五种基本类型的灯光，分别是泛光灯、目标聚光灯、自由聚光灯、目标平行光、自由平行光。另外在创建面板中的系统下，还有日光照明系统，其实是平行光的变种，一般在做室外建筑效果图时模拟日光。其实还有一种“环境光”（在“渲染/环境设置”对话框中可以设置)。环境光没有方向也没有光源，一般用来模拟光线的漫反射现象。环境光不宜亮度过大，否则会冲淡场景，造成对比度上不去而使场景黯然失色。一般先把环境灯光亮度值设为0，在设置好其它灯光之后再做精细调整，往往能取得较好的照明效果。 在给项目的场景添加灯光的过程中，我们发现了灯光设置的两个原则：灯光与物体距离越远，照亮的范围就越大，反之亦然。而对于一个物体来说，某一灯光与它表面所呈夹角（入射角）越小，它的表面显得越暗；夹角越大则表面越亮。这跟太阳光与地面的关系很近似。如果一个灯光与一个平面（如地面）距离很远且与这个平面呈直角照射时，则照明效果是很均匀的。而如果同样的光放得太近，则由于接触表面的光线角度会有很大的变化，会产生一个聚光区。如果要使一盏灯光照亮尽量多的物体，应该把物体与灯光的距离拉大。而如果要把物体表面照的明亮，则应该把灯光与物体表面的夹角调大。在3DS MAX中，灯光都具有衰减的属性，不过默认的情况下灯光是没有衰减的。为了更好地模拟现实世界中的光线都是具有的衰减性质，即距离越远，亮度越小直到最终消失，通常需要手工打开灯光的衰减性质。一方面可以指定灯光的影响范围，另一方面创造出的灯光效果非常具有现实感。对于泛光灯，衰减影响的只是照明的距离；而对与聚光灯或平行光来说，不仅可以指定灯光能照多远，还能指定光圈边缘的衰减效果。 默认的灯光是不带有任何颜色的。通过改变灯光的颜色，可以模拟出各种照明效果。例如要模拟彩灯或把模拟日出时的阳光，则要调整灯光的颜色。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可以模拟普照大地的太阳。配合环境雾效甚至还可以做出灯光穿过大雾的投影特效。以上所介绍的都是关于灯光的属性和基本照明方法，下面所要讲述的是3DS MAX 8.0的高级照明功能。高级照明对于高质量的效果图是至关重要的。所谓“高级”，就是指这种照明方法对于光的模拟和运算更加符合客观规律，经渲染后的画面效果更加逼真。高级照明不仅仅需要灯光的支持，还必须对布置有灯光的场景进行光在各物体之间相互作用的运算，才能最终实现高级照明效果。高级光照的核心内容就是“全局照明”。“全局照明”是一种照明系统的专业术语，它的英文缩写是“GI”。这种照明的特点是利用场景中对象对光线的反射进行照明，使得场景中具有真实的灯光和环境光效果，使渲染的画面和真实场景很接近。传统的照明只考虑直接光照，不考虑反射光。其实，反射光是真实场景的重要组成部分。因此，在使用传统照明时，只有增加额外的灯光才能进行反射光的模拟。而对于相同的场景，假如使用“全局照明”方式进行照明，只需使用必要的光就可以模拟真实的反射光效果。使用反射光比添加额外的灯光使画面看起来更逼真。图13和图14的场景效果可以直观地说明传统光照和“全局照明”的效果差别。图13：传统照明效果图14 “全局照明”效果3DS MAX 8.0提供了两个“全局照明”光照系统，即“光追踪器”和“光能传递”。l 光追踪器“光追踪器”采用一种光线跟踪技术在场景中拾取一些点，针对这些点计算光的反射，使场景实现更加真实的照明效果。尽管这种计算在物力上不是很精确，但效果与真实场景却非常相似。“光追踪器”的工作原理是首先在图像中按有规则的间距拾取一些点，并在物体边缘和高对比度的区域进一步拾取，对于被拾取的每一个点，“光追踪器”都会产生一定数量的随机光线投射到环境中，进行反射检测，假如点周围有物体对光进行反射，这些反射光的值会加到这个点上。l 光能传递“光能传递”可以模拟真实的灯光效果和自发光物体的效果。使用这种光照系统时，往往在场景中增加和真实世界中相同的几盏灯就可以了，不需要增加额外的补光。它能在一个场景中真实的模拟从物体表面反射出来的自然反射光，从而使场景照明在物理上更加精确，在真实感上更加突出。“光能传递”的工作原理是按几何学计算在物体表面进行光的反射的三角面。三角面是最小的一种反射面，多边形面总可以被细分为诸多小的三角面来进行光的反射。这样可以得到更加逼真的反射效果。由于“光追踪器”和“光能传递”的工作原理不同，所以它们分别适用于不同的高级照明场合。一般来说，“光追踪器”更适用于有大量光照的室外场景。“光追踪器”使用起来比较容易，因为使用它不需要理解太多的技术概念，而且即使这种系统在物理上不是很精确，也能够得到很好的效果。这种系统还适用于各类的模型和灯光。但是，“光追踪器”是针对每一个画面进行“光追踪”的，所以在进行渲染时，每一帧都会进行照明运算。“光能传递”更加适用于室内场景的照明。这种照明系统相对比较复杂，需要特殊的场景模型和灯光。场景模型的尺寸必须和真实世界相符合，模型的对接要严密精确；灯光最好使用光度学灯光。假如需要追求真实感达到照片级质量的图片或者对场景进行光照分析的时候，“光能传递”的照明方式是唯一的选择。3.3 动画控制在建模完成的基础上，设置好动态的材质或动态的光照系统，我们就可以在一条预定的路径上设置摄像机。摄像机的建立在设立视点观察整个汽车的行驶过程时非常重要，也为下一步制作汽车动画创造了条件。摄像机的参数包括焦距、源点、目标点、视角等参数。根据广告的情节，我们将摄像机与虚拟物体绑定，并在公路这条路径上与汽车平行移动，这样就可以达到观察汽车行驶的效果。同时，还可以设置多个摄影机，镜头互相切换，使得观察的视角更加多样化。在完成摄像机的设置之后，我们就可以进行动画的控制。在3DS MAX下，打开“自动关键点”后，3DS MAX将自动将所做出的移动、旋转和比例变化记录为暂时期间在特定帧上的关键点。此外还可以使用轨迹视图来控制动画，修改动画关键帧，设置动画控制器或编辑运动曲线，达到物体运动的效果。除了产生物体运动的效果之外，还可以在关键点处设置物体的材质、贴图、灯光效果和摄像机位置等参数，达到渐变以及镜头移动的效果。3.4 渲染输出渲染是指以各种不同细节层次查看构成场景的对象。渲染是由计算机完成的工作,主要是给场景中模型贴图、着色、添加适时光影,以达到虚拟现实模拟真实场景的效果。渲染速度快慢主要决定于场景的复杂程度(有多少个面) 和计算机性能。在渲染过程中还可在场景中加入灯光、烟雾等效果。通常会给场景中加入背景图片以实现天空、森林、城市等景观。下面简单介绍一下3DS MAX里的详细渲染过程。3.4.1 渲染器打开3DS MAX，在Main Toolbar工具栏中单击“渲染输出对话框”按钮，打开渲染场景对话框，如图15所示。也可在菜单中选择渲染渲染打开该对话框。图15： 渲染场景对话框 在3D Studio MAX 8.0的渲染场景对话框中有五个卷展栏：公用，在这一卷展栏中可以对渲染场景的帧数，输出图像尺寸及输出文件格式进行设置；光线跟踪器；渲染元素；高级照明；渲染器，这个参数卷展栏指定当前使用的渲染器。其它的渲染器可以通过插件方法加入。3.4.2 动态着色ActiveShade动态着色，它是采用了交互式的渲染，可以为用户提供实时的产品级效果反馈，使用户可以直接在渲染窗口中看到效果的变化，为调试灯光、材质等操作提供了极大的方便。在渲染场景对话框底部有产品级、材质编辑器和ActiveShade三个选项，一般的缺省情况下产品级和材质编辑器中的设置是几乎相同的，而在选择ActiveShade的时候，可以把一个视窗变为ActiveShade窗口，或是使用一个单独的浮动窗口，动态地观察调整的效果。我们可以将材质编辑器设置为高分辨输出和文件，然后用ActiveShade方式来作细节方面的调整。使用这种方法可以提高你在预览场景时的速度并且也不会影响输出质量。3.4.3 渲染设置在渲染场景对话框中通过设置适当的参数进行渲染，可以满足你不同的输出需要。时间输出选项区是对输出的帧数进行设置。单帧：只对当前帧进行渲染。活动时间段：渲染时间段内的所有帧。帧数可在时间配置对话框中设置。范围：渲染一个指定的关键帧范围，可以通过From和输入栏设置帧数范围。帧数：渲染选定帧。每N帧：跳过N帧渲染一帧。如设置为10时每10帧后渲染一帧。文件起始编号：和Every Nth Frame一起使用确定增量文件名的起点。输出大小：区域是对输出图像的尺寸和格式进行设置的选项。自定义：在这个清单中可以选择十几种输出格式。包括35mm胶片格式和NTSC、PAL、HPTV等视频格式。当选择了其中任何一种格式后，图像的长宽比就会与此种格式相匹配。对图像分辨率的设置是通过Width、Height数值输入框进行自定义设置，也可以通过单击六个预设按钮来定义分辨率。渲染输出：域是用来对图像输出后的文件格式进行设置的区域。保存文件：我们可以通过这个选项，来保存并定义文件名及文件类型。使用设备：指定渲染结果输出到一台输出设备上。3.4.4 环境和效果环境和效果是用来对渲染的图像结果进行特殊处理。通过它可以对图像进行如柔化、偏色等特效处理，它是3D Studio MAX 3.0版本开始加入的二维图像处理功能。在主工具栏“渲染”下拉菜单中，单击“效果”选项便会弹出环境和效果对话框，如图16所示。图16 环境和效果对话框在环境和效果对话框中单击“添加”按钮会弹出添加效果对话框，通过这一对话框我们可以为渲染图像添加九种特殊的图像效果。用鼠标选取特殊效果名称后，单击“确定”退出对话框，这种效果的名称则会显示在效果清单中。我们可以为图像添加多种效果。预览，我们通过这一选项可以对所添加的效果进行渲染前的预览。如图17-1，17-2，17-3，17-4所示分别为添加了不同特殊效果的图像。图17-1 Blue效果图17-2 景深效果图17-3 亮度对比效果图17-4 镜头光效果3.5 后期合成任何一个大型的动画都离不开后期合成,后期合成工作类似于电影的剪接,主要是为了表达作者的某种思想意识。三维场景和现实生活中的情形一样,我们可以从不同角度去观察它。例如同是一个路段,驾驶员在行驶中观察到的情况和我们在高空中观察到的情况肯定是不同的。通过多方面观察我们可对事件发生的真实情况有一个全面的认识