结构与渲染

如果知道计算机图形学的知识就会知道渲染其实和入射光的属性和接触面的属性和方向作用的结果。一般来说当光照垂直照射到物体这个时候是物体是最亮的,当这个角度逐渐增大或者减小物体亮度逐步变暗。角度与亮暗的关系呈现cos曲线相关(大致)。但是具体光照到物体时物体的亮度值是多少是根据光的强度和物体的反射光的能力相关的,所以就算是相同角度的相同光照对于不同反射光能力的物体表面也会呈现出不同的亮度。那因为角度导致亮度从高变低了,饱和度和颜色怎么变化呢?我先说大致规律,一般来说都是饱和度会升高,颜色会继续向色环的方向向之前的偏移方向偏移。但是这个不是肯定的。但是暗部呢?其实暗部也是有光照,一般户外是天光,而原理是和上面的一样的。那如果再微妙一点呢?其实还和观看者的角度有关,如果观看者刚好与光线反射角度重合,这个时候的光照也是很强的。但是这个占比不是很高,主要是入射光线和平面的角度决定光照强度。那强度还和什么有关,当然还和光照距离有关,越远光照强度越小,但是你看好像太阳照在一个离你10米和100米的建筑物好像是一样的呀,这个是因为太阳离地球太远了,这相差90米距离在这个太阳离地铁的距离相比太小了,基本忽略不计。那除了距离和角度呢?当然和物体的固有色有关,也就是是否容易反射光有关。但是反射光的亮度始终不会大于入射光,也就是物体亮度始终不能大于光源的亮度。

现在有了基本的光照知识,现在来看看不同光源对于物体的影响,如果是比较大的光源,比如一个大的灯泡,这个时候物体的投影会比较虚,因为根据光沿直线传播,物体的投影会有半影。而且没有明显的明暗交接线,原因和半影的相似。而阴天是天空整个为光源,所以是大光源,所以就没有明显的明暗交界线。而阳光是小光源,所以投影比较实,也会容易形成明显的明暗交界线。

那上面的知识只是解决了亮暗的问题,那颜色呢?

颜色其实也差不多,总的来说就是考虑光的颜色和物体的反射颜色的能力。我们假定白光照射的物体为再物体上呈现的颜色为物体的固有颜色。现在开始讨论写实颜色。首先阳光是黄色的,而如果物体固有色为红色的话,物体被其照射后会是红色偏黄,再色环上面就是往黄色偏,饱和度也会增加。(如下三图)

阳光色
固有色
被阳光混合后的颜色(可能)

那如果固有色是绿色呢?就是往黄色这边走,然后饱和度也升高。那如果固有色是蓝色呢?就是对比色,那饱和度一般是降低,还是色相还是往黄色走。那刚好是阳光色的对面,那就随便哪边移动(我猜的)。上面大概就是光色原理了。所以你要上色,要知道明暗,就必须知道这个面的角度朝向,也要知道怎么分出物体的各个面。而这些都是结构。所以知道结构了才能渲染,就是3D一样,有了多面模型才能进行渲染。而结构就是要知道透视。当然上面没有讲暗部渲染,当你把暗部也当作有光照射也能运用一样的原理去判断。但是还有关于暗部饱和度问题,一般来讲同一材质暗部饱和度会比亮部高,但是这也不是绝对的,具体的和暗部受到的环境光的属性有关。

当然还有一个要注意的就是物体的一个平面的反射率会随着于观察角度的变小而变大,这也是菲涅尔反射。比如你看一个桌面,当你的眼睛离桌面很高,也就是眼睛和桌面的角度大时,你可以看到更多桌面本身的颜色,比如红色,当你把眼睛贴着桌面看的话,桌面的颜色就是接近照射桌面光的颜色,其实时桌面的反射率升高了,变得和类似于镜子。

而其实颜色也是相对的,比如下面这个图片:

上面两幅图的中间色块的颜色看起来不一样,其实是一样的,因为在不同的底色下显现的颜色就不同了。一般规律是饱和度比底色低的话就会看来往冷色偏移,比如暖色下的灰色就是冷色。

上面就是渲染的一些原则了,而也可以继续看看3D引擎是怎么样渲染模型的,下图就是渲染引擎是怎么样渲染物体的一种方式。

总而言之,渲染有如下原则:

  1. 光源一定比照射物体亮度强
  2. 入射光线和平面所形成夹角大小决定该平面亮度,颜色和饱和度随之变化。
  3. 光源的大小决定了明暗交界线是否明显和投影的虚实已经结构的明确程度,越大光源结构越不明确,也就是不同朝向的面的明暗变化不明显。而一般暗部是大光源,所以暗部一般结构不明显。
  4. 观察角度和平面的角度越小,物体的反射率越高。所以才有边光的存在,也是湖面再远处是会反射天空的原理。
  5. 同类色和光混合时被照射的物体饱和度升高,不同类的光色混合物体饱和度降低,色相都是偏向光色,亮度当然都是升高。
  6. 颜色是相对的,比如如果在一个蓝色为主色的色调中,表现红色要选取红色偏向蓝色的色相,且饱和度不可很高。
  7. 高光出现在反射光线和观察视角相一致的位置。

终于讲到结构了,其实结构才是第一个应该考虑的,也是第一个应该学习的,不知道结构就不知道怎么渲染,自然素描和色彩都会出现问题。而学习结构必须先简化结构,像计算机里的任务模型一样有面数很低的低模。只有学会简化结构才能学好结构。首先应该可以利用透视原理画出在空间中不同位置的立方体。而透视的法则是什么样的,就一句话,所有平行的线都将汇聚为一点。所以正确画出各种透视下的立方体,其他复杂的东西也是可以由立方体拼凑而来的。

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