maya材质与渲染教案.doc

Maya 材质与渲染 教案 1 目 录 目目 录录 2 第一章第一章 材质与渲染概述材质与渲染概述 3 1 1 渲染概述 3 1 1 1软件渲染 3 1 1 2硬件渲染 5 1 2 认识 HYPERSHADE 5 1 3 材质节点概述 8 1 3 1 Materials 8 1 3 2 Textures 9 1 4 渲染全局设置 12 第二章第二章 灯光与阴影灯光与阴影 13 2 1 光与物体的相互作用 13 2 2 阴影的产生和组成 14 2 3 MAYA的灯光种类及属性 16 2 3 1 点光源 Point Light 16 2 3 2 环境灯 Ambient Light 17 2 3 3 聚光灯 spotLight 17 2 3 4 平行光 Direction Light 18 2 3 5 体积光 Volume Light 18 2 3 6 区域光 Area Light 18 2 3 7 Mental Ray的区域光 18 2 4 场景照明 19 2 4 1 三点光源照明方法 19 2 4 2 灯光阵列 19 2 5 灯光连接 20 2 6 使用灯光效果 21 2 6 1 使用灯光贴图 21 2 6 2制作灯光雾 Light Fog 21 2 6 3制作镜头眩光和辉光 22 2 6 4 灯光的亮度曲线和色彩曲线 22 2 7 阴影的调节 22 2 7 1深度贴图阴影 22 2 7 2光线跟踪阴影 22 第三章第三章 贴图练习贴图练习 22 3 1 贴图的控制 二维贴图坐标节点 22 3 2 贴图通道的选择 23 3 3 贴图练习 23 3 4 其它练习 25 第四章第四章 实用工具节点介绍实用工具节点介绍 25 Maya 材质与渲染 教案 2 4 1 SAMPLER INFO节点 26 4 2 CONDITION节点 27 4 3 REVERSE节点 27 4 4 MULTIPLY DIVIDE和 AVERAGE节点 27 4 5 BLEND COLORS节点 28 4 6 PSD 文件节点应用 29 第五章第五章 金属与透明金属与透明 29 5 1 金属材质 29 5 1 1流逝的时间 30 5 1 2铬钢与金属漆 30 5 2 透明与半透光 31 5 2 1半透光练习 35 第六章第六章 特殊材质特殊材质 36 6 1 法线贴图 NORMAL MAP 36 6 2 置换材质 37 6 3 X RAY材质 38 6 4 微观世界 红细胞 39 第七章第七章 二维渲染二维渲染 39 7 1 卡通渲染 40 7 2 矢量渲染器 40 7 3 国画渲染 41 参考资料参考资料 42 Maya 材质与渲染 教案 3 第一章 材质与渲染概述 该部分课程主要是材质的入门练习 其中介绍的部分也可作为已入门者的学习参考 本章的主要内容是 介绍渲染的基本概念 不同的渲染方式以及 Maya 中的各种渲染节点 并以实例的方式介绍了调配材质的主 要舞台 Hypershade 的界面和基本操作 最后详细地介绍了 Maya 的渲染全局设置和渲染窗口 1 1 渲染概述 渲染是生成数字化 3D 图像中重要的一环 渲染前的三维图像只是电脑上错综复杂的线框或点的组合而 已 只有配以材质 灯光 特效等进行渲染 成为静帧或动态的图像 才算把三维图像得以最终实现 随着硬件水平的不断提高 渲染 3D 图像的技术也在日新月异地进步着 3S 光能传递 HDRI 等新技术不 断充实着渲染器的功能 渲染器的种类也越来越多 许多厂商都进入了第三方渲染器的开发市场 其中以 Max 为最 常用的就有 Vray mentalray Brazil Finalrender 等渲染插件 但它常用的渲染方式无非是硬件 渲染和软件渲染两种 一般指的渲染都是软件渲染方式 1 1 1 软件渲染软件渲染 常见的软件渲染算法有扫描线 光线跟踪 光能传递 3 种 这 3 种渲染算法都各有其优缺点和招牌渲染 器 扫描线 应该可以算是历史最悠久的算法了 3ds max 的渲染器就是完全基于扫描线的 这种渲染方法的 基本思路是把三维场景根据摄像机的设置进行二维投影 然后把投影分割成小块 逐步进行运算的方式 这 种算法的最大好处就是速度快 由于历史比较长 它也是发展得最为完善的渲染算法 几乎市面上流行的所 有渲染器都支持扫描线算法 但真正能代表扫描线极致的渲染器则是被称为渲染器之王的 Pixer Renderman 从卡通风格的 怪物公司 到真实感几可乱真的 黑客帝国 都可以体会到它的强大 光线跟踪 时至今日 光线跟踪算法已不是什么新名词了 大多数的三维软件的内置渲染器都具备了进行 光线跟踪运算的能力 只是速度 图像质量不同罢了 那么 它与扫描线算法有何不同呢 实际上 光线跟 踪的计算方法与现实生活中的成像原理十分近似 它是计算从光源发射的光线 把它作为无限长的射线 当 Maya 材质与渲染 教案 4 遇到反射或折射时改变方向 遇到漫反射面或无物体阻挡时结束 在真正计算的时候 则是逆向求解 也就 是从摄像机的镜头方向追踪光线的历程直至光源 光线追踪的逆向求解法 这种算法的最大好处就是能真实地再现物体之间的折射和反射 可以一次性的渲染出接近照片质量的图 片 光线追踪的典型代表就是大名鼎鼎的德国渲染器 mental ray 它是一个将光线跟踪推向极致的产品 利 用这一渲染器 我们可以实现反射 折射 焦散 全局照明等扫描线渲染器很难实现的效果 BBC 的著名 全动画科教节目 与恐龙同行 就是使用 mental ray 渲染的 逼真地再现了那些神话般的远古生物 由于这 种算法本身就比较复杂 所以渲染时间也较长 而且当图片尺寸加大时 渲染时间会成倍增加 所以在电影 业现在还是以扫描线为主的局面 但随着硬件成本的降低 相信这项技术会有更大的发展空间 光能传递 又叫辐射度算法 是基于真实的热辐射传递公式的算法 它将场景剖分为许多大小不同的元面 逐个计算光线在每个元面上辐射的值 经过衰减后 再传递到对应方向上的面 如此下去 直到光线能量低 于我们设定的初始能量百分比 这种计算方式能够计算出光在物体上的漫反射 可以看到相邻物体在光与颜 色之间的相互作用 Maya 材质与渲染 教案 5 这才是真正再现了现实中光线在物体间的相互作用 真实的代价也是高昂的 这样的一次传递计算往往 需要几个小时 甚至几天的时间 实际上 真正使用这种技术取得商业成功的软件只有一家 就是建筑行业 的渲染巨匠 Lightscape 几年前 这个软件曾经是高质量渲染器的代名词 Lightscape 的名字在被 Autodesk 收购后虽然已渐渐退出历史的舞台 但其核心技术已被内置在 max 5 0 及其后继版本中 在建筑演示行业继 续扮演着重要的角色 1 1 2 硬件渲染硬件渲染 除了以上 3 种软件的渲染方式外 硬件渲染也一直伴随着三维技术的发展而成长 举 个简单的例子 我们所面对的视图中的模型就是以硬件方式渲染的 近年游戏产业和 Web 3D 技术也迅猛发展 促进了显卡技术的更新换代 显示技术又推动了三维硬件渲染的 发展 2002 年末 世界最大的三维芯片商 NVIDIA 推出了其划时代的 FX 这项技术可以让用户自己编程制 作各种 Shader 来实现所需要的效果 如硬件反射 折射 毛发等以前完全无法用显卡实现的效果 现在 恐怕再也没人会说硬件渲染的画面是粗陋的了 完全由显卡计算出的画面是否很令人惊讶 很快 PC 平台 上的三维动画软件都开始陆续支持这一技术 我们现在已可以使用 Maya 自身的硬件渲染制作出相当高质量 的图像 而且与任何一种软件渲染方式相比 它的速度都要快得多 那么 作为一个 Maya 用户 我们可以自由的使用所有的这些方法来完善我们的作品吗 如果是一年以前 这个问题还会很难回答 因为那时 Maya 自身的渲染器还有很多局限 比如不能进行全局光计算 无法表现 焦散 而且在渲染速度上也较其他渲染器慢 消锯齿的表现还不够理想等 幸运的是 这些问题随着 Maya 5 0 版本的推出已成昨日阴云 这次升级最令人激动的改变之一就是内置了世界顶级渲染器 mental ray 使 用 mental ray 进行渲染 速度 画面质量方面都有所提高 更重要的是 增加了如全局光 焦散 移动模糊 的阴影 HDRI 照明等在以前版本中很难实现的功能 而 Maya 自身渲染的一些功能优点也完整的继承 并 且得到了发展 比如加速了 Paint Effect 的交互速度 增加了新的硬件渲染方式和矢量渲染等 所以说 现 在 Maya 为我们提供的已不是一个渲染器 而是一整套渲染解决方案 其中包括 Maya 软件渲染 Maya 硬件 渲染 mental ray 渲染 矢量渲染 可以输出 SWF 动画 和 HardwareBuffer 渲染 绝大多数使用者都会在这些 渲染器中找到适合自己的工具 1 2 认识 Hypershade Hypershade 和属性编辑器是材质编辑的主要舞台 要学习 Maya 的材质 必须了解 Maya 的材质编辑器 Maya 有两个材质编辑管理工具 其中一个是 Multilister 多重列表 管理器 通过 Window Rendering Editors Multilister 打开它 Maya 材质与渲染 教案 6 可以看到 它有点类似于 3ds max 的材质编辑器 把材质 纹理 灯光和摄影机以图标列表的形式显示 出来 双击其中的材质球就可以打开相关的 Attribute Editor 属性编辑器 一切材质属性的编辑都在 Attribute Edito 中进行 选择 Window Rendering Editors Hypershade 就可以打开它 下面的当然是 Bottom Tabs 下标签栏 在缺省情况下 它主要由 Work Area 工作区 和 Shader Library 材 质库 组成 WorkArea 是调配材质的重要舞台 可以把它比作画家手中的调色板 一切材质节点的连接和图 示都可以在这里看到 单击 Surface 卷页栏下的 Blinn 图标 可以看到 在右边的 Materials 和 WorkArea 中都增加了一个圆球 这就是新的 blinnl 材质的图标 双击这两个图标其中的任何一个 就可以打开这个材质的属性对话框 对话 框的最上面是本材质的名字 下面的第一个卷页栏是 Common Material Attributes 公共材质属性 它是大 多数材质的共同属性 所以在使用中一定要清楚了解他们个是做什么用的 做到心中有数 Maya 材质与渲染 教案 7 Color 色彩 基本颜色 它是影响物体表面色彩的最主要因素 Transparency 透明度 它控制我们能看到物体背面东西的多少 也就是像玻璃那样的透明度 与 MAX 等软件相反 Maya 中的不透明是黑色 而完全透明是白色 这一点需要加以注意 Ambient Color 环境色 影响材质颜色的另一重要因素 用它可以方便地调整材质的明暗 或改变材质的色 彩倾向 Incandescence 白热度 也就是自发光 不受灯光影响直接提高材质的亮度 即使在没有光照的情况下 自 发光也是可见的 Bump Mapping 凹凸贴图 只对各种纹理有效 用改变物体表面法线的方法来产生凹凸不平的效果 在制作 不平整表面时经常会用到 Diffuse 漫反射过渡 控制明暗面之间的过渡 当它为 0 8 的时候 表示有 80 的 Color 亮度被加到材质 的亮部 Translucence 半透明度 与透明度不同 半透明度不是控制能看到多少材质背面的物体 而是控制材质背 面有多少光影透射过来 就像透过灯笼的红布看到里面的光线一样 Translucence Depth 半透明深度 设置材质半透明的深度 控制背面光影所能穿透的长度 Translucence Focus 半透明焦点 它控制的是当背面的光 透射过物体表面时 模拟物体内的散射程度 当它的值比较 高时 背面的光源和阴影的位置会比较清晰 而随着 Translucence Focus 的降低 背面的光影也会越来越模糊 单击每项属性后的色块可以打开 ColorChooser 颜色拾取 器 调整完基本属性 再来看看 Specular Shading 高光属性 这是只有光滑表面材质 如 Blinn Phong PhongE 等才有的 属性栏 而且每种材质也略有不同 Blinn 包括以下几项 Eccentricity 离心率 控制高光的扩散范围 数值越小 高光 点也就越小 也就显得表面越光滑 Maya 材质与渲染 教案 8 SpecularRollOff 高光复制 其实就是高光的强度 数值越大 高光强度越大 SpecularColor 高光颜色 高光的颜色控制 可以调节高光的色彩倾向 也可以调节高光的亮度 Reflectivity 反射强度 控制对周围环境和反射贴图反射百分比的属性 当它为 0 时完全不反射周围的环境 当它为 1 时则像镜子一样完全反射 ReflectedColor 反射颜色 可以调整反射的颜色倾向 同时也是赋予反射贴图的通道 到此为止 我们就已经熟悉了 Hypershade 和 Attriibute Editor 的基本操作以及材质基本属性的作用 1 3 材质节点概述 在 Maya 中 一切都是以节点的形式存在的 其实如果熟悉了 Maya 材质节点的基本思路 就会发现这 种调节方式是非常人性化的 不仅非常直观 而且效率很高 首先 我们来搞清楚这些节点在 Maya 中是如何分类的 常用的节点有哪些 它们又有什么作用和特点 选择 Hypershade 的菜单命令 Create CreateRenderNode 可以打开 CreateRenderNode 建立渲染节点 面板 它与 Create Bar 的内容是一样的 可以看到 它把节点分为 Materials 材质 Textures 纹理 Lights 灯光 llfilities 辅助程序 四大类 如果 加载了 mentalrayForMaya 还会多出 mentalray 一大类 1 3 1 Materials Materials 这是建立材质节点的面板 我们可以在这里创建所有常用的材质 根据这些材质的适用范围 又分为 SurfaceMaterials 表面材质 VolumetricMaterials 体积材质 和 DisplacementMaterials 置换材质 SurfaceMaterials 是针对模型表面的材质 也是使用频率最高 范围最广的一类 适用于所有的 Poly 和 NURBS 模型 也适用于 Blobby Surface 类型的粒子 Lambert 有译作兰伯特或朗伯的 是相当简单的一种材质 它只有颜色 透明度等公共属性 完全没有反 射和高光 适合表现石膏 干燥的沙石 砖瓦等 由于它只进行扫描线的运算 所以在渲染时是很快的 Blinn 恐怕世界上没有比 Blinn 兼容性更好的材质了 它不仅通行于各大三维软件 而且也是 Web 3D 和 三维游戏所广泛支持的对象 这一方面取决于它算法的可靠性 另一方面则是因为它的适用范围非常广泛 Maya 材质与渲染 教案 9 不论是亚光的木材或是石头 还是光滑亮丽的金属和玻璃 都可以游刃有余地表现 Phong 这种材质的存在似乎只为一个目的 表现各种光滑的表面 它与众不同的调节参数也只有一项 用来控制高光的大小与强度 光洁的瓷器 金属 玻璃和液体都是它表现的好机会 Phong E 与 Phong 效果相似 参数不同的材质 比起 Phong 它的表现空间更大一些 可以很容易的表现 亚光表面的特点 Anisotropic 各向异性 不论是金属还是塑料 在现实生活中并不都是完全圆滑的 有的时候因为使用过程 中的磨损等原因 会在上面留下细小的纹路 这些纹路也会导致高光的变化 各向异性材质就是用来模仿这 种情况的专用材质 日常生活中所见的机器轴承 锋利的刀片 光盘等都是这样的例子 Layered Shader 多层材质 材质的混合器 可以将多种材质叠加在一起 每种材质都可以使用独立的透明 遮罩 可以表现很复杂的效果 Ocean Shader 海洋材质可以说是一个相当有想象力的想法 它把置换 颜色 体积透明等属性完全内置在 一个材质之中 变成浪高和深度等浅显直观的参数 Ramp Shader 渐变材质 它基本上是材质中的万能工具 不仅能取代 Lambert Blinn Phong 等常用材质 还能轻易表现出这些材质很难表现出的效果 比如卡通效果 国画效果等 Shading Map 一种特殊的材质 可以建立一个材质的色彩到纹理坐标的映射关系 可以创造出一些很奇特 的效果来 也常被用于卡通材质 Surface Shader 它就像一个材质的过滤器 一个已制作好的材质 可以通过与其他的 Use Background 顾名思义 它就是使用背景 连 Alpha 通道上也会被它挖一个洞 它的作用就是渲染在合 成时用的阴影和反射 用简单模型来模仿背景中的物体 再用这种材质 就可以取得仿真的阴影和反射效果 Volumetric Matefial 体积类材质 这类材质与上面介绍的以表面进行计算的材质不同 它们计算时模拟体 积堆积的效果 在材质一样的情况下 体积越大 透明度越低 Env Fog 环境雾 在整个场景创建雾效节点 根据物体到摄像机的远近 Z 深度 决定雾的浓度 可用来模 拟大气 水下等多种效果 FluidShade 流体节点已不仅仅是一种材质 而是一套完整的受动力学影响的物理仿真模型 它可以表现的 内容也十分丰富 如云层 液体 火焰 烟雾及太空等效果 大多数时候它的渲染都很慢 Light Fog 灯光雾 用来模拟灯光在浑浊的空气或液体中所产生的散射 可以通过阴影贴图来模拟雾中的 投影 Volume Shade 也是为体积物体准备的 不过它比 Volume 要简单得多 只有颜色和透明输出 作用类似于 Surface Shader 可以当做一个材质输出节点使用 Displacement Materials 置换材质 这类只有 Displacemen 置换 一种材质 它的作用就是根据一张纹理图 在物体表面产生变形 纹理亮度越大 沿法线方向的位移也就越大 从图上可以看出 一个很简单的模型可 以通过置换贴图达到很丰富的效果 当然渲染时间也会因此延长 1 3 2 Textures Textures 纹理的种类比材质要多得多 而使用方法则大同小异 现在我们先认识一下它们有哪些种类 以及各种类的特点 2D Textures 二维纹理类 所谓二维纹理 主要是与能在立体空间内自由延展的三维纹理相区别 通过 两张图片的比较我们可以看出它们的不同 Maya 材质与渲染 教案 10 二维纹理 缺口处可以看到严重的拉伸 三维纹理则保持了非常好的连续性 完全没有变形 二维纹理有 3 种不同的使用方式 分别是 Normal 正常 As Projection 投影方式 As Stencil 标签方式 Normal 正常方式的贴图就是以模型自身的 UV 纵横 分布来决定纹理的走向 如图所示是对 NURBS 物体 使用 Normal 方式贴图的效果 As Projection 这种贴图方式是在三维视图中建立一个参考物体 以这个物体来决定贴图的方式 大小等 投影方式可以选择平面投影 球形投影 柱体投影等多种方式 AsStencil 标签 顾名思义就是像在物体上贴上一个标签一样 增加一个 Stencil 节点 专门用来对图片 Maya 材质与渲染 教案 11 进行对位 遮罩等操作 3D Textures 三维纹理 大多数使用比较简单 都是通过调节各种内置参数来模拟自然界的云雾 皮革 大理石 木头 石头等纹理效果 这些纹理的优点是无论模型多么复杂 它们也能在模型表面产生连贯的 毫无拉伸的效果 EnvironmentTextures 这一类纹理主要用来做反射图 EnvBall EnvCube 和 EnvSphere 是使用反射图的 3 种 投影方式 而 EnvChrome 和 Env Sky 则是两种预置的反射环境 OtherTextures 只包括一种材质 Layered Texture 它是一个非常实用的纹理混合器 我们在前文所介绍的大 多数纹理都可以通过它混合 得到更为复杂的纹理 而且 它还可以进行纹理之间的 Add Subtract Multiply 等操作 类似于 Photo Shop 中的图层效果 通过它 各种纹理可以混合为更加复杂 更加丰富的纹理表面 Lights 灯光 这一部分包括 6 种灯光的创建按钮 Ambient Light 泛光灯 AreaLight 区域灯 Directional Light 方向灯 Point Light 点光源灯 Spot Light 聚光灯 和 Volume Light 体积灯 Maya 材质与渲染 教案 12 Utilities 辅助工具节点 这一类的数量相当大 种类也较多 主要都是一些辅助使用前 3 种节点的工具 其 中一些在建立纹理或灯光时就会自动创建 比如当我们创建一个三维纹理的时候 一个 3d Placement 节点也 随之产生 而另一些工具则是要用户根据自己的需要创建和搭配使用的 1 4 渲染全局设置 它包括两部分 一部分是 Common 公共设置 它的设置内容对所有渲染器都是有效的 也是最基本的 Maya 材质与渲染 教案 13 FileNamePrefix 设定我们所渲染的动画序列的文件名前缀 Frame AnimationExt 设定扩展名方式 一般情况下 我们使用 name ext 就可以被大多数的后期合成软 件 所接受 Image Format 文件格式 常用的有 avi tga 等 Start Frame 设定从第几帧开始 End Frame 设定在第几帧结束 By Frame 设定每几帧渲染一次 只要把 By Frame 设定为 2 就表示每两帧渲染一次 也就节省了一半的渲 染时间 Frame Padding 帧填充 设定文件名序号用几位数 比如我们设定为 3 第一个文件名序号就为 001 Renderable Objects 选择可渲染物体 可以选择 RenderAll 渲染所有的 或 RenderActive 渲染被选中的 这个选项对于测试场景的局部 缩短渲染时间十分有用 Camera 选择要渲染的相机视图 Image Size 对图象分辨率的设置 第二部分针对于不同的渲染器 在以后介绍 第二章 灯光与阴影 在三维场景表现中 光影是整个场景的灵魂 它能够烘托气氛 突出形象 反映人物心理 也能影响观 众的情绪 控制灯光表现是三维制作中的重要一环 三维场景中的灯光与现实世界中的灯光是有所区别的 因为前者是设计用来模拟后者是如何工作的 所以在场景照明中 为了取得期望的效果 通常需要对灯光进 行众多的设置与调整 如灯光的位置 亮度 颜色 衰减 数量以及与渲染效果紧密相关的阴影设置等 当 然 效果的好坏不仅取决与灯光 还与物体的表面材质有密切的关系 Maya 材质与渲染 教案 14 2 1 光与物体的相互作用 当来自光源和周围环境的光线照射在物体表面时 光线可能会被吸收 反射和透射 其中被吸收的光能 转化为热 剩余部分则向四周反射或透射 吸收 Absorption 是指光线到达物体表面时不再发生反射和折射而停止传播 能量在进入物体表面后迅速 消失 反射 Reflection 是指光线到达光亮的物体表面时发生反弹 光线方向遵从反射定律 所谓反射定律即 入射角 i 等于反射角 r 折射 Refraction 是指光线从一种介质进入另一种不同密度的介质时 光线的传播方向发生一定角度偏移 的现象 折射率反映了光线折射的强度大小 光线在空气 真空 中的折射率为 1 在折射现象中还有一个 特殊的例子 全反射 即当入射光线与物体表面法线所形成的夹角 i 大于临界角 c 时发生的现象 当在水 底向上看的时候 中间较亮 而越向周围就会越暗 这就是全反射 光线在物体表面的反射情况又可以分为 镜面反射 Specular 漫反射 Diffuse 和光滑 反射 GIossy 3 种 Maya 材质与渲染 教案 15 镜面反射只将光线从镜面角度方向反射 入射角与反射角相等 遵循反射定律 漫反射将反射光线均匀 地从物体表面向各个方向反射 成一个半球状的空间发散 光滑反射也是有一定的方向性的 但它与镜面反 射不同 并不是只沿一个方向反射 而是在镜面反射方向周围的一定角度范围内反射 当观察方向处于镜面 反射方向附近时 所见的镜面反射光较强 当偏离这一方向时 镜面反射会减弱并消失 2 2 阴影的产生和组成 在现实世界中 当灯光照在物体表面时 物体朝向光源的部分是被照亮的 而物体背向光源的部分就显 得暗些 如果 A 物体处于 B 物体和光源之间 那么 A 物体将会在 B 物体表面上产生阴影 阴影对渲染图像的真实感有着非常重要的作用 通过阴影可以描绘场景中元素之间的相对位置 加强场 景中元素的立体感和层次感 也能让人感觉到光源的位置 如图所示的两个球体和一个平面 在没有阴影的 情况下 我们无法判断它们之间的相互位置关系 但在加了阴影之后就不同了 阴影根据其表现形式的不同 可以分为本影 Umbra 和半影 Penumbra 本影是灯光完全照不到的地方 在现实生活中是没有无限小的灯光的 灯光 光源 总是有一定大小和形状的 所以由它产生阴影不会完全是 Maya 材质与渲染 教案 16 本影 还有一些部分是由部分灯光照亮的区域 这部分阴影称为半影 在 Maya 中 阴影有两种计算生成方式 深度贴图阴影 Depth Map Shadow 和光线跟踪阴影 Raytraced Shadow 与深度贴图阴影相比 光线跟踪阴影的生成速度较慢 但它更加真实可信 光线跟踪方式也有其独特的 优势 如利用光线跟踪对于透明材质也能产生阴影作用 可以产生彩色透明的 阴影 而如果采用深度贴图 阴影是做不到的 2 3 Maya 的灯光种类及属性 Maya 中我们有比较完备的灯光种类选择 单击主菜单 Create Lights 命令会发现 Maya 默认提供了 6 种 灯光 各种类型的灯光在照明方面都有几个共同属性 灯光属性中的 Color 选项为灯光的颜色 可以给它贴图 甚至是动画序列从而产生特殊效果 灯光属性中的 Intensity 项为灯光的亮度 灯光的亮度可以是负数 这时 灯光的作用就不是发光 而是吸收光线 好像一个黑洞一样 Maya 材质与渲染 教案 17 IIluminates by Default 默认照明方式 如果选中此选项 灯光将会按照默认方式对所有物体进行照明 除去没有灯光连接的物体 如果取消选中 那么此灯光将去掉和所有物体的连接 EmitDiffuse 表示是否产生漫反射 Emit Specular 表示是否产生高光 以上这两个参数在手动分通道渲染 时可以用来控制产生色彩层和高光层 这两个参数的渲染表现效果 另外 还有一个衰减率 Decay Rate 属 性 只有聚光灯 点光源和区域光才有 它用来控制光线强度与照明距离的关系 有三种衰减方式可选 Linear 线性衰减 Quadratic 二次方衰减 Cubic 三次方衰减 默认为 NoDecay 即没有衰减 衰减属性还可 以控制雾的亮度 每种类型的灯光都有共同的属性 也有其自身的特点 在不同的场合不同的灯光使用方法也不尽相同 2 3 1 点光源点光源 Point Light 点光源的光线从一点发出 向各个方向均匀发射 就像一个灯泡 所以它的阴影也成发散状 但它实际 上是一种理想的灯 因为它的光源体积是无限小的 点光源常用来模拟热点比较明显的场合 如暗处的球形 灯泡 蜡烛等 也可以由多个点光源组合成灯光阵列 来模拟各种光源进行照明 2 3 2 环境灯环境灯 Ambient Light 环境灯能将整个场景从各个方向照亮 可用于物体环境照明情况的模拟 多用于室外场景 它有一个特 别的 Ambient Shade 参数 用来控制相对于灯光的位置的环境光线对物体的贡献程度 如果这个值为 0 则 光线均匀地从各个方向照射物体 完全对灯光位置忽略 如果属性值为 1 则光线都从环境灯位置发出 而 没有其他额外方向上光线的作用 需要注意的是 使用了环境灯后 bump 凹凸贴图可能无效或不明显 此外环境灯只有光线跟踪阴影而 没有深度贴图阴影 2 3 3 聚光灯聚光灯 spotLight 聚光灯是比较常用的灯光 有很强的方向性 用来照明特定的区域 可以形成很强的场景效果 能够有 力地烘托重点 聚光灯也是从一点发出光线 但它用一个圆锥角来控制其照明范围 Cone Angle 锥角 以角度数来计算 用来控制聚光灯的光束大小 可用值范围从 0 006 179 994 Penumbra Angle 半影角 同样以角度数来计算 它是从锥角处向外计算的 同时聚光灯的亮度也线性地 减为 0 Dropoff 递减 用来控制聚光灯光束从中心向外亮度递减的快慢 这和衰减 Decay 是不同的 Decay 指 Maya 材质与渲染 教案 18 的是亮度随着与物体的距离增大而减弱 2 3 4 平行光平行光 Direction Light 所有光线都相互平行 没有明确的光源 产生的光线的方向有很强的一致性 照明很均匀 平行光没有 衰减属性 平行光的特性决定了它在 Maya 中的位置不会影响它的照明效果 在场景较大的情况下 常用平 行光来模拟主光源 2 3 5 体积光体积光 Volume Light 体积光可以用来照明一个特定区域以加强气氛 或在场景的某些区域用做负灯 吸收多余体积光有其自 身的特有属性 Light Shape 用于控制灯光的形状 有四种形状可以选择 Box 盒状 Sphere 球状 Cylinder 圆柱状和 Cone 圆锥状 如果灯光形状选择为 Cylinder 或 Cone 时 则开启 Penumbra 属性栏 选择 Cone 时还可以使用 ConeEndRadius 属性 2 3 6 区域光区域光 Area Light Maya 的区域光用来模拟矩形的照明光源 使用它可以获得很好的高光效果和阴影质量 和其他灯光相 比 区域光花费的渲染时间相对较长 使用缩放工具可以改变区域光的形状 这也同时会改变灯光渲染的效 果 区域光对物体的照明强度和与物体的距离有关系 所以对于区域光有时不需要使用衰减属性 Maya 材质与渲染 教案 19 2 3 7 Mental Ray 的区域光的区域光 2 4 场景照明 使用灯光的第一步就是放置灯光 灯光必须摆在符合场景需要的正确位置 不同位置的灯光有它们特定 的作用和意义 在位置正确的前提下才可以根据情况对灯光的亮度 颜色等属性进行调节 每一盏都必须有 它存在的道理 根据场景的需要来决定使用何种类型的灯光 这通常要结合相应灯光的属性进行考虑 通常一盏灯光是不能精确地描述场景照明的 在不借助其他手段的情况下 我们需要使用多盏或灯光阵 列来达到目的 在场景中有许多灯光时 我们就需要注意多盏灯光之间的相互配合 此外 还应考虑灯光的 颜色和色温 光亮的强度等问题 通常来说 纯白色的灯光是很少的 我们应该勤快一点 不要只是调节灯 光亮度的强弱 根据场景的时间 环境给灯光赋予恰当的颜色 下面简单介绍一下在场景中进行照明的方法 2 4 1 三点光源照明方法三点光源照明方法 三点光源照明方法是三维场景中的一种基本而实用的照明方法 它通过三盏灯光的相互作用将场景中的 物体照亮 能够使用光影将物体从背景中烘托出来 主灯光是场景中起主要作用的光源 用来照亮整个场景 而且阴影一般均由主灯光方向产生 如果是一 个室外的场景 那么我们的主光源就应该模拟太阳 辅光源 通常被称为补光灯 这是因为它通常用来照亮物体的暗部或是阴影区域 模拟环境光线对物体 的贡献 增强细节表现力 它可以控制场景中阴影区域的色调 背光灯 用来将主角与其周围的场景元素区别开来 并且衬托出物体的轮廓 Maya 材质与渲染 教案 20 2 4 2 灯光阵列灯光阵列 灯光阵列是由一系列单个的灯光所组成的灯光集合 用来实现特定的照明功能 常见的灯光阵列排布方 式有环形 菱形 球形 钻石形和方形等 在实际工作中 还可以将它们组合起来 形成自己的灯光阵列 2 5 灯光连接 为了达到特定的效果 有时需要单独为场景中的某些物体进行照明 同时又不希望这盏灯影响到场景里 其他的物体或其他物体不需要受灯光的影响 在这种情况下 我们就需要使用灯光连接 即只让灯光单独对 某一 些 物体起作用 在现实中想做到这一点是没有可能的 这是计算机图形中特有的灯光照明方式 使用灯光连接的优点不仅是为了在打灯的时候能够取得好的效果 而且可以为渲染做贡献 因为场景中 没有连接相应灯光的物体就不需要参与该灯光计算 于是也就减少了渲染时间 提高了效率 Maya 材质与渲染 教案 21 2 6 使用灯光效果 在 Maya 中 灯光不仅是用来照明的 通过对灯光属性的设置 我们还可以取得一些特殊的效果 2 6 1 使用灯光贴图使用灯光贴图 我们可以给灯光的颜色加一个贴图 这样灯光就像是一个投影仪一样 可以在物体表面上投射出指定 的贴图样式 当然还可以给它添加动画序列贴图 可实现的效果更加丰富 Maya 材质与渲染 教案 22 2 6 2 制作灯光雾 制作灯光雾 Light Fog 2 6 3 制作镜头眩光和辉光制作镜头眩光和辉光 在灯光的效果属性中我们还可以制作镜头眩光和辉光 它们也非常简单 这里我们以点灯光为例 说明 一下这种灯光的效果的实现和调整 Maya 材质与渲染 教案 23 2 6 4 灯光的亮度曲线和色彩曲线灯光的亮度曲线和色彩曲线 亮度曲线和色彩曲线功能是很有意思的两个灯光效果 它可以通过一条函数曲线来控制灯光的亮度及色 彩的变化 不过在 Maya 灯光中 只有聚光灯具有这两个功能 2 7 阴影的调节 2 7 1 深度贴图阴影深度贴图阴影 2 7 2 光线跟踪阴影光线跟踪阴影 第三章 贴图练习 贴图是为物体制作材质时最常用的方法 也材质的基础 学好贴图以及对贴图的控制是至关重要的 3 1 贴图的控制 二维贴图坐标节点 3 2 贴图通道的选择 在贴图时贴图通道的选择很重要 同一个贴图在不同通道中的表现是完全不同的 一定要根据所需要的 效果正确选择贴图通道 Maya 材质与渲染 教案 24 3 3 贴图练习 Maya 材质与渲染 教案 25 Maya 材质与渲染 教案 26 3 4 其它练习 第四章 实用工具节点介绍 在 Maya 中除了材质和纹理节点外 还有一些重要的工具节点 它们就像是芯片组里的一个个具有特定 功能的芯片 在组织材质节点网络时 充分利用工具节点可以获得强大的材质或纹理网络 得到无法使用简 单连接所能取得的效果 此外 这些节点有的还可以用于动画和渲染 可以在 Hypershade 节点创建栏中看 见这些节点 它们按照功能的不同 分别处于 General Utilities ColorUtilities SwitchUtilities 和 ParticleUtilities 分类栏中 Maya 材质与渲染 教案 27 4 1 Sampler Info 节点 使用 Sampler lnfo 采样信息节点可以取得非常丰富的材质表面信息 应用于 构建一些特殊效果或复杂的材质网络 它是使用得最为广泛的工具节点之一 而 在这个节点中 它的 FacingRatio 和 FlippedNormal 又是使用得相对较多的两个参 数 Facinq Ration 为面向比率 用来标明摄像机与采样点表面法线的角度关系 它的 值等于摄像机方向与法线夹角的 COS 值 Maya 材质与渲染 教案 28 E 表示摄像机位置 I 表示从摄像机发出的采样光线 N 表示物体表面法线 Facing Ratio 的取值在 0 1 之间变化 这样我们很多的 0 1 的变化过程就可以使用它来进行控制 例如 如果我们将 Facing Ratio 值传给物体材质的 Transparent 属性 就可以实现正对摄像机的地方透明 偏 离摄像机的地方逐渐不透明 这是因为正对摄像机时 Facing Ratio 值为 1 传给 Transparent 值也就为 1 所 以透明 而偏离摄像机的部分 Facing Ratio 的值就小于等于 0 了 也就不完全透明或不透明了 Flipped NormaI 参数可以用来判断表面法线的朝向 是对着摄像机的还是背向摄像机的 利用这一功能 可以用来确定物体表面的正反 我们在制作与观察角度相关的材质时 如玻璃的透明度 反射率和折射率等 经常会使用到该工具节点 4 2 Condition 节点 Condition 条件节点就像编程中的 if 语句过程 即如果满足当前给定条件的 情况怎么处理 如果不满足所给条件又该怎么处理 这些参数间的关系 可以这样表示 如果参数 First Term 和参数 Second Term 满足关系条件 Operation Equal 相等 Not Equal 不相等 Greater Than 大于 Greateror Equal 大于等于 Less Than 小于 Less or Equal 小于等于 那么输出 Color if True 否则 如果不满足条件 Operation 则输出 Color if False 4 3 Reverse 节点 Reverse 取反节点的工作原理比较简单 它的输出值为 1 减去输入值 注意 并不是 1 变成 1 之所以称为取反 是因为对于使用值为 0 1 来表示的颜色 如 果用 1 来减就是取了反色 Maya 材质与渲染 教案 29 4 4 Multiply Divide 和 Average 节点 这两个节点可以用来做算术运算 其中 Multiply Divide 节点可用来做乘法 Multiply 除法 Divide 和 幂计算 Power Average 节点可用来做加法 Sum 减法 Subtract 和平均值计算 Average 它们可用于 材质组合 也可用于动画制作 4 5 Blend Colors 节点 使用 Blend Colors 色彩混和节点可以将两种不同的颜色和材质融合到一起 再 Maya 材质与渲染 教案 30 通过参数 Blender 来控制两者间的融合度 当 Blender 取 0 时 输出为完全 Colore 的值 4 6 PSD 文件节点应用 现在 Maya 60 已经可以直接支持 Adobe Photoshop 的 PSD 文件了 拥有专门处理 PSD 文件的节点 PSD File 节点 这使得贴图的工作变得更加简易方便 因为现在我们可以将多个通道的贴图文件集中在一个 PSD 文件中进行绘制 保存后再在 Maya 中进行更新就可以马上看到效果可以像使用普通文件贴图一样 在 Maya 的任何可以使用文件贴图的地方使用 PSD 文件 还可以在 Maya 中创建带层的 PSD 文件 这些层可以 分别与材质的多个通道相互关联 如颜色 Color 凹凸 bump 透明 Transparent 等 Maya 材质与渲染 教案 31 第五章 金属与透明 5 1 金属材质 金属是影视及广告制作中经常出现的材质 它包括的种类非常之多 重金属 有色金属以及各种工艺处 理后的金属表面都不相同 比如电镀 发蓝 抛光或锈蚀的表面都会使金属材质各异 金属的特点是都有着 较强的表面反射 对反射环境的要求也比较高 调配这类金属的同时也是在学习如何制作反射环境 这类材 质在广告制作中有很大的应用空间 Maya 材质与渲染 教案 32 5 1 1 流逝的时间流逝的时间 5 1 2 铬钢与金属漆铬钢与金属漆 金属漆是一种比较特别的材质 它有的部分表现出很强的高光 有的部分则像亚光的表面 而不沦是高 光还是亚光表面都有比较清晰的反射 就像在不透明的涂料表面又喷涂了一层薄薄的透明材料一样 Maya 材质与渲染 教案 33 5 2 透明与半透光 透明与半透明 其实这在三维动画中是两个完全不同的概念 对应材质属性中不同的参数 透明是指如 Maya 材质与渲染 教案 34 玻璃 空气等可以透过它们看到其背后物体的特性 半透光是指物体背后的光线透过物体 使我们能够看到 物体另一面以及物体内部光影的特性 如纸张 树叶和人体肌肤的次表面散射现象 光线从一种介质传播到另一种透明介质表面时 它会产生反射 漫反射 吸收 折射和散射 这是在真 实世界中光线照到空气 水或我们的皮肤等都必然会产生的现象 但并不是所有的现象都显而易见 对于浑 浊的液体来说 它的反射就比折射要强得多 对于像石蜡这样的材料 我们透过它完全看不到对面的物体 但却能看到对面的光亮 这就说明光线没有直接传递到我们的眼睛里 而是在材料内发生了散射 对于三维 软件来说 模拟自然界中的每一个光学现象既不划算也不现实 很多在自然界中不太明显的现象都被三维软 件忽略掉了 比如在 Radiosity 算法普及之前 漫反射在三维软件中是完全看不到的 只能通过手工模拟 很遗憾的是 散射也是这样的一个例子 一般在三维软件中都是假设光线以如图所示的方式进行传播 光线碰到物体表面后立刻反射而回 并 在 反射过程中损失掉一部分能量 这种模型对于光滑且不透光的表面 比如金属 是完全适用的 但对于玻 璃这样的物质就不太适用 因为不论多么晦暗的玻璃都会发生一定的折射 光线会在接触玻璃表面时发生折 射 当光线穿过我们的皮肤时呢 情况变得更为复杂 光线从空气中射到皮肤表面 一部分被吸收一部分被 反射掉了 剩余的部分因为折射改变了 定的角度 同