数字人C4D基础知识之七：自然光

        春节期间，在明亮的阳光下，重新阅读了英国理查德-约特的《视觉艺术用光-LIGHT FOR VISUNAL ARTISTS》一书，感受颇深。作者对光艺术角度的研究非常透彻，看得出作者热爱自然、热爱生活，观察生活，体悟生活。读罢，感觉这些知识对研究室内外效果图制作非常有帮助，通过重温学习，把一些重点记录下来，并用三维软件重新在场景中还原，分享给喜欢的朋友。

【理论】

第一部分：基础部分

上图是一个晴天午后的环境模拟。

1、主要光源为太阳 （下午的阳光有点淡黄色，暖意，正午为白色）最亮、投射清晰的阴影。高光的形状和颜色，由其决定，光源越小，阴影越清晰。

2、次光源为天空光。这是一个极大的光源，太阳中的蓝色光由于在大气中的灰尘发生了散射，而在天空中形成一个巨大的蓝色的环境光，它所生成的阴影是非常柔和的，但在太阳的直射下是看不见的。受它的影响，太阳光照不到的地方都会呈现蓝色调，（它能照射到）比如阴影部分等等。

3、白色地面和球体之间还有第三种光源为反射光。在底板和球体之间由于反射着天空光，所以阴影不会非常暗，虽然地面和球体是白色，天空环境光能照到，所以呈现蓝色。

高光、阴影、明暗交界线：最亮的地方是高光，它的形状基本受太阳的形状和颜色决定（当然还有表面的反射属性如各项异性情况），最暗的地方是球体的底下，太阳光和天空光都照不到的地方；其次是明暗交界线，这个地方是阳光直射区（太阳能照到）和背光面（天空环境光和反射能照到）的边界线。

下图是逆光的大楼，背光面玻璃墙反射着天空环境光，下面大理石的墙面也呈现蓝色色调。

阴影被天空环境光照亮，呈现蓝色色调。

【三维软件中模拟】

1、建立一个地面，赋予白色材质；建立天空（在C4D中天空是一个巨大的封闭的球体）赋予发光通道，蓝色，亮度值暗一点；建立一盏远光灯，设为白色，调整角度，模拟太阳光。

2、早先的三维渲染软件，没有全局光渲染引擎，都是线扫面渲染一类居多。所以要模拟这类的效果，必须要用不少灯光：复制一堆点光源（那时没有面光源），模拟天空蓝色环境光；用一盏平行光模拟太阳光；用一盏点光源放在球体的后面，模拟反射，弱化阴影作用；如果地面为其他颜色，如红色，那么，还要打一盏亮度非常小的红色点光源照射球体的背面，模拟地面对球体的辐射影响。

可是，现在利用全局光照引擎，进行简单设置，就可以达到以上效果。

3、全局光照引擎，利用大量的光子在封闭的空间中，模拟真实光线在物体之间反弹进行计算，渲染的效果基本能满足我们的要求。渲染如下：

第二部分:不同时间的自然光

自然光源当然是指太阳，但在不同时间不同的天气下，阳光表现不同的特性，或硬或软，或冷或暖。

1、大气的散射和云层的遮蔽作用。

散射：地球的大气层，把阳光中的波长短的光波散射到四面八方，而波长长的光波则能穿过较长的距离（红橙黄绿蓝靛紫 波长依次变短）。当太阳没有出地平线或沉到地平线以下，天空光中散射光为仅有的光源。

下两幅图是晚霞的图片。阳光的倾斜角增大，阳光的调子变暖，阳光带有金黄色的色调，由于光线强度减弱，天空也就变成了较暗的蓝色。 日落前的一小时，被成为“黄金一小时”，此时阳光饱和度非常高，主光为暖色调，阴影为互补色冷色调，非常漂亮。

云层的遮蔽作用：云层是半透明的，阳光虽然可以穿透云层，但要经过漫射，光线向四面八方传递（比如平行光穿过毛玻璃一样）云层把太阳的小而硬的光源变成柔和的大光源。

下图是阴天的图片，太阳光被厚厚云层遮蔽，天空是一个柔和的发光体，阴影柔和，物体的饱和度很高。

下图是阴影下的植物，没有高光，阴影柔和，饱和度很高。

下图是有云下的植物，植物上有高光。

2、正午的阳光。当太阳上升的最高点，光线是白色，最强烈的，阴影最小。强光使物体的颜色变淡（饱和度低）亮度和阴影对比强烈，阴影里的细节很少。

楼体颜色发白，阴影很深很锐利，对比强烈。

3、傍晚和日落前。随着太阳的角度变大，阳光的调子越来越暖，阳光明显带有金黄色的色调，光线的减弱，天空变成一种深蓝色。

4、日落。当太阳快要落下去的时候，太阳变成深橘偏红的颜色，天空变得更深更浓的蓝色，阴影特别长，质感明显。有云的时候，天空的颜色特别鲜艳。

5、黄昏。天空主光源就是天空光。光线柔和、阴影很少、反差很低。

6、夜色。虽然没有太阳光，有些亮光来自太阳的微弱散射、月亮的光、星光和人工光居多。

夜晚的光是软调子的漫射光。天空永远比地面的景致亮一些。

7、云隙和光斑：在自然界中，也常有明暗交织的情况出现。云隙：光照缺少天空的蓝色辅助光，但是从云缝中投下的阳光却很强烈，地面出现光斑。

【感悟】

1、喜爱自然、观察生活，了解光学原理对CG人太重要了，我们用计算机模拟现实，那在你心中，你应该知道现实是什么样子，不能完全交给计算机，否则你做出的图就感觉不舒服，不真实。制作效果图的朋友给我讲：有些作者的效果图纯粹是杜撰出来的，比如，一个非常干净的装修好的室内，窗外射进来的阳光，出现了非常明显的光线（丁达尔现象），作者以为这样好看，其实，如果真的出现这种情况，说明室内空气中有大量的浮灰，否则，干净的空间，不可能产生这样的光线。再有，不少人为了表现室内灯光，制作的效果图，白天阳光充足的时候，室内灯光全开，渲染出的灯光效果却非常明显，很显然，这不和常理。如果表现灯光效果，就制作一张夜景的效果图好了。（作者也可能为了节约成本，把白天和黑夜都做到一张图中了，呵呵）

2、在这里学习，只是一知半解，真正还得多看书多学习，然后，再去观察生活和照片。

强烈推荐这本书（不是广告，是真正的好书）。

3、补充：在C4D中可以使用“物理天空”来模拟“自然”，也可以用专业软件VUE制作环境，有机会我会编写介绍。

声明：以上演示的图片都来自网上，仅学习研究之用，没有商业用途。