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深入剖析CM技法应用

时间:2023-06-23 理论教育 版权反馈
【摘要】:然而有一种方法可以缓解这个问题,那就是近年流行的CM技法。使用CM技法时通常事先假定一个光源,通过涂装等方法把高光与阴影直接涂装到模型上。不过简单模仿不能得到CM技法的精髓,这一切还是要从光影开始讲起。笔者用Vray渲染了一张59式坦克的黑白图片,以便于观察光影的分布。⑤紫色部分最暗,为阴影遮挡区域。环境光遮蔽算法背后其实是有严谨的物理学原理的。最后再来回顾一下顶部布光时,59式坦克的渲染图。

深入剖析CM技法应用

有个问题一直困扰大家,那就是在摄影棚里很好看的模型,拿到别的地方可能就不好看了。特别是在光照情况较差的展会或者自家客厅,费尽心血制作的模型在杂乱的灯光下黯然失色。

问题1:为什么我的模型不好看?

可能是欣赏的方法不对。真实世界与模型世界的比例不同,假如把一个1/35比例的模型放在普通房间的桌子上,欣赏模型时会出现两个不自然之处:

其一,按照正常人的欣赏视角,如果一个成年男子视高1.7米,桌子高0.8米,放大35倍后就变成了站在十层楼的窗口俯视模型。这与真实世界中人对坦克的认知也相差很远(如图92)。

其二,如果把屋顶的光源按照1/35比例放大,普通的灯管会有几十米长。这样的灯可能有好几个,而且置于70米的高空中。这在真实世界中肯定是不可能的,常见的太阳光和人造光都不会如此。所以这种灯的光效无疑是不和谐的(如图93)。

问题2:那我的模型还有救吗?

没有,不好看的模型怎么都不好看。然而有一种方法可以缓解这个问题,那就是近年流行的CM技法(Color Modulation中文也称色调调节技法)。使用CM技法时通常事先假定一个光源,通过涂装等方法把高光与阴影直接涂装到模型上。自带光影关系的模型不受灯光条件的影响,其立体感更强,更夺人眼球。不过简单模仿不能得到CM技法的精髓,这一切还是要从光影开始讲起。

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问题3:适合模型的光影效果是什么样的呢?

从很多艺术作品还有商业广告的布光中受到启发,面状光源从顶部打亮模型,画面稳定感最强,也最便于涂装操作。笔者用Vray渲染了一张59式坦克的黑白图片,以便于观察光影的分布。光源为一盏悬浮于空中的面灯,面积略微比坦克小一些。像舞台上的聚光灯一样,把坦克从漆黑的背景中烘托出来。眯起眼睛粗略观察不难发现,坦克炮塔顶部最亮,越往下越暗(也可以说越接近光源越亮)(如图94、图95)。

假设光源来自物体正上方偏左,通过分解法可知,物体顶面受到的光照最多,因此最亮。左面稍暗,右面更暗,底面最暗(如图96))。

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为了便于观察明暗关系,用Photoshop对渲染照片进行了处理(如图97~图99)。按照从明到暗、从大到小的顺序进行标号:

①图中白色部分最亮,出现在炮塔顶部。

②黄色部分次亮,出现在炮塔上部区域,以及车体上表面。

③橙色部分又次之,出现在炮塔侧面、首上装甲上部。

④红色较暗,出现在炮塔侧后面、首上装甲下部。

⑤紫色部分最暗,为阴影遮挡区域。

至此完成了对顶部布光的坦克明暗关系的梳理,为喷涂工作提供了参考。接下来笔者会对高光阴影的成因做简要分析,这样在没有渲染图的情况下,也能区分出明暗面来,一共分成四步。(www.xing528.com)

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第一步,区分整体明暗关系。依然以顶部布光为例。一般来说,在不考虑环境光的情况下,被光直接照射的区域亮度最高。如果光线成一定角度照射到物体表面上,入射角越大,表面越暗。如果物体表面与光线平行,那么它会更暗。如果物体表面背对光源,那么就处于阴影中了。以光线的入射角为线索,可以快速区分出一个形状复杂物体各个面的明暗关系(如图100)。

第二步,单独对某个面的明暗过渡进行分析。以斜面为例,由于光在传播过程中会逐渐向四周扩散和衰减,距离光源越远,光线越弱。因此坦克首上倾斜装甲,通常上部比下部要亮些(如图101、图102)。

第三步,增强转角阴影。渲染器中有Ambient Occlusion选项,即“环境光遮蔽”。开启这个效果后,物体转角处就会出现一道阴影。这是一种人工算法,本来是用来缓解建模缺陷问题的,但确实可以增强渲染模型的视觉效果

3D模型在建模时,几何物体的边缘都无比锐利。如果把物体放在地面上,地面无限光滑,物体转角又无限锐利,渲染时物体会与地面连在一起。显然真实世界不是这样的,很多物体的边缘都是圆滑的,地面微小的落差也会让物体与地面之间产生缝隙,看起来会有一条细细的阴影。

为了弥补3D建模的不足,渲染器会在这种转角处增添一道阴影线,模拟出真实世界的样子。增加转角阴影后,模型立体感会更强(如图103~图106)。

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环境光遮蔽算法背后其实是有严谨的物理学原理的。凹陷的缝隙会产生阴影,这是显而易见的,其实只要是转折面就会出现阴影。在分析图中列举了三个物体的横截面,其中左侧两个物体为直角转角,右侧物体为锐角阴角。

绘制出辅助线后不难发现,A点可接受的环境光照范围最大。B点比A点更靠近转角处,可接受的光照范围略小。显然,B点会比A点稍暗一些,所以在转角处,越靠近转折线,阴影越强。而C点可接受的光照范围更小,故转角越强烈,转角阴影越强(如图107)。

在模型中,人为喷涂出这种转角阴影,可以增强模型的立体感,其实就是常说的预置阴影、细线阴影之类的技法。转角阴影的渲染通道已给出,可作为预制阴影的参考(如图108)。

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第四步,增强高光细节。在素描中经常会提到,越小的影子越黑,越小的高光点越亮。这种口诀其实也是有现实依据的。

观察真实照片不难发现,同样的颜色,一些小的面反而更亮。这是由于在某些情况下,这些凸出的物体的受光面与光源的夹角更小,相比背景可以反射更多的光线,因此它们显得更亮些。在模型上为了凸出这些细节,需要人为涂上高光加以强调(如图109)。

至此,高光与阴影的分析就完成了。在没有真实照片或渲染图作为参考的情况下,凭借以上四步也可以得到准确的光影关系。最后再来回顾一下顶部布光时,59式坦克的渲染图(如图110~图111)。

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