第1章 3ds Max渲染基础
在真实世界中，材质属性是可见的，包括质感、色彩、纹理、透明性等，且这些属性的体现离不开灯光。利用3ds Max还原真实场景的关键是灯光与材质要相互配合，因而了解灯光与材质的关系是读者制作高质量效果图的基础。本章主要对材质与光源的基础知识以及二者之间的关系进行详细介绍，使读者能够掌握其特质并应用到效果图的制作中。
了解材质的构成
了解材质与光源的关系
了解材质与环境的关系
了解自然光源与人造光源的特性
1.1 了解材质
简单地说，材质就是物体看起来是什么质地的，也可以看成是材料和质感的结合。在3ds Max中，它是表面各可视属性的结合，这些可视属性是指表面的色彩、纹理、光滑度、透明度、反射率、折射率、发光度等。从严格意义上来讲，材质实际上就是3ds Max系统对真实物体视觉效果的表现，而这种视觉效果又通过颜色、质感、反光、折射、透明性、自发光、表面粗糙程度、肌理纹理结构等诸多要素显示出来。
1.1.1 材质概述
如果想要做出真实的材质效果，就必须深入了解物体的属性，这需要对真实物理世界中的物体多多观察分析。下面来具体举例分析物体的属性。
1.物体的颜色
色彩是光的一种特性，我们通常看到的色彩是光作用于眼睛的结果。当光线照射到物体上的时候，物体会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色，这些漫反射出来的光色到达人们的眼睛之后，就决定了物体看起来是什么颜色，这种颜色被称为固有色。这些被漫反射出来的光色除了会影响人们的视觉之外，还会影响它周围的物体，这就是光能传递。当然，影响的范围不会像人们的视觉范围那么大，它要遵循光能衰减的原理。
如图1-1所示，远处的光照较亮，近处的光照较暗，这与光的反射与照射角度有关系。当光的照射角度与物体表面成90°时，光的反射最强，而光的吸收最柔；光的照射角度与物体表面成180°时，光的反射最柔，光的吸收最强。需要注意的是，物体的表面越白，光的反射越强；物体表面越黑，光的吸收越强。
图1-1
2.光滑与反射
物体是否有光滑的表面，往往不需要用手去触摸，眼睛就会告诉我们结果。光滑的物体表面会有明显的高光，如玻璃、瓷器、金属等；而没有明显高光的物体通常都是比较粗糙的，如砖头、瓦片、泥土等。
这种差异在自然界无处不在，但它是怎么产生的呢？答案依然是光线的反射作用。但是和固有色的漫反射方式不同，光滑物体有着一种类似镜子的效果，在物体的表面还没有光滑到可以反射出周围物体的时候，它对光源的位置和颜色是非常敏感的。光滑的物体表面只反射出光源，这就是物体表面的高光区，该区域的颜色是由照射它的光源颜色决定的（金属除外）。随着物体表面光滑度的提高，对光源的反射会越来越强，所以在“材质编辑器”中，越光滑的物体，其高光范围越小，强度越高。
如图1-2所示为瓷器在光照下的效果，从光滑的瓷器表面可以看到明亮的高光和较为清晰的反射，这就是由于物体表面比较光滑而产生的效果；而粗糙的纺织品没有一点光泽，因为光照射到纺织品表面，只会发生漫反射，反射光线弹向四面八方，所以就没有了高光，如图1-3所示。
图1-2 图1-3
3.透明与折射
自然界的大多数物体通常会遮挡住光线，当光线可以自由穿过物体时，这个物体肯定就是透明的。这里所说的穿过，不但是指光源的光线穿过透明物体，还指透明物体背后的物体反射出来的光线也再次穿过透明物体，这样使我们可以看到透明物体背后的东西。
由于透明物体的密度不同，光线射入后会发生偏转现象，这就是折射。比如插进水里的筷子，看起来是弯的；透过水杯看周围的物体，物体也会发生扭曲，如图1-4所示。不同的透明物体，折射率也不一样，即使同一种透明的物质，不同温度也会影响其折射率，比如我们透过高温的火焰或气浪观察对面的景象，会发现有明显的扭曲现象，这就是因为温度改变了空气的密度，不同的密度产生了不同的折射率，如图1-5所示。
图1-4 图1-5
在自然界中还存在着另外一种形式的透明，在三维软件的“材质编辑器”中把这种属性称之为半透明，比如纸张、塑料、植物的叶子，还有蜡烛等。它们原本不是透明的物体，但是在强光的照射下，背光部分会出现“透光”现象，如图1-6所示为叶子在阳光照射下的效果。而正在燃烧的蜡烛在靠近烛火的位置也呈现出半透明状态，如图1-7所示。
图1-6 图1-7
1.1.2 材质的构成
材质最主要的属性是漫反射颜色、高光颜色和环境光颜色，这三种颜色组成了物体表面的效果，在材质球中可以看到清晰的分界，如图1-8所示。
图1-8
漫反射颜色：漫反射颜色又称为对象的固有色，是在太阳光和人造光源直射情况下，对象所反映出的颜色。
高光颜色：反射亮点的颜色。高光颜色看起来比较亮，而且高光区的形状和尺寸可以控制。不同质地的对象，其高光区范围的大小及形状都会不同。
环境光颜色：物体阴影处的颜色，它是环境光源投射到物体背面显示出的颜色。
使用这三种颜色以及对高光区的控制，可以创建出基本反射材质。这种材质相当简单，可以生成有效的渲染效果，通过控制自发光与不透明度还可以模拟发光对象以及透明或半透明
对象。
这三种颜色的边界地方相互融合，在环境光颜色与漫反射颜色之间，融合方式会根据着色模型进行计算；在高光颜色和环境光颜色之间，则可使用“材质编辑器”控制融合数量。
1.1.3 材质与光源的关系
材质与光源是相互依存的。比如，借助夜晚微弱的光线往往很难分辨物体的材质，在正常的照明条件下则很容易分辨材质。另外，在彩色光源的照射下，也很难分辨物体表面的颜色，在白色光源的照射下则很容易分辨颜色，如图1-9、图1-10所示。种种情况表明，物体的材质与灯光有着密切的关系。
图1-9 图1-10
1.1.4 材质与环境的关系
色彩是光的一种特性，通常我们所看到的色彩是光作用于眼睛的结果，但它不仅仅由光的物理性质决定，还会受到周围环境的影响。通常光线照射到物体上的时候，物体本身会吸收一些光色，同时也会漫反射一些光色，这些漫反射出来的光色呈现出来的颜色，则决定物体的颜色，这种颜色在绘画中被称为固有色，如图1-11所示。这些被漫反射出来的光色除了会影响视觉之外，还会影响它周围的物体，这就是光能传递，光能传递的实质意义是在反射光色的时候，光色以辐射的形式发散出去。所以，它周围的物体才会出现染色现象，如图1-12所示。
图1-11 图1-12
1.2 认识光源
自然界中的光源包括自然光源和人造光源，在效果图制作过程中，光源本身是以多种不同的形式表现的，设计者可以选择最合适的形式来表现自己的设计意图。
1.2.1 自然光源
自然光泛指非人工光源发出的光，如太阳光、天光、火光、电光等。在人们生活的环境中，最主要的自然光就是太阳光，它既简洁统一，又为自然界带来了丰富的变化，使人们可以看到日出日落，感受到温暖和寒冷。光线和渲染效果有着密不可分的关系，要成功制作出效果图，读者首先要懂得光线的应用。不同时间、不同天气下的自然光各有其特质，所呈现出的效果也不同。
1.清晨
清晨时分的光线极为柔和，光影对比较弱，多给人以宁静、沉稳的感觉。光影带有明显的方向性，物体受到阳光的照射会呈现出温暖的感觉，如图1-13所示为清晨时分的建筑效果。
2.中午
中午是一天中太阳照射最为强烈的时候，光线近乎垂直地照射在地面上，光影对比也最为强烈。相比其他时刻，中午时分的物体会呈现出明朗的影调和较为饱满的色彩，阴影颜色最重，其层次变化也较少，如图1-14所示为中午的强烈阳光打在雕塑品上。
图1-13 图1-14
3.日落
日落时分的景象非常美丽。光线在空气中的行走距离变长，更多的蓝光被吸收，阳光中带着红黄色的暖色调。柔和的阳光使光影对比变弱，阴影变长，天光也会呈现出冷蓝色。场景会同时出现冷暖色差，在不直射的阴影里会产生不同程度的冷光，在直射的区域则会出现暖光，如图1-15所示。
4.阴天
阴天的时候，云层就像一个天然的柔光罩，阳光穿过云层时，经过折射和扩散，会形成柔和的散射光。阴天时物体不会产生强烈的阴影，且对比度较低，如图1-16所示。
图1-15 图1-16
1.2.2 人造光源
在室内没有太阳光照射的情况下，就需要人造光源来弥补光照，比如阴雨天和夜晚时就需要使用人造光源。人造光源的使用也是有目的性的，比如生活中的家庭照明是为了满足生活需要，办公场所的照明是为了人们能够更好地工作，展柜或T台上的照明则是为了凸显作品。
1.窗户采光
光是建筑空间得以呈现、空间活动得以进行的必要条件之一。窗户就是室内采光的主要渠道，通过自然采光的亮度变化、光影的移动，室内的人们可以感知昼夜更替和亮度的强弱。通过自然光的光影变化也可以塑造出不同的室内效果，如图1-17、图1-18所示分别为现代家居建筑窗户和欧式穹顶彩色玻璃窗的采光效果。
图1-17 图1-18
2.灯具照明
灯光是建筑设计中的亮点，不同的环境所使用的灯具也各不相同。灯具照明原本只是对自然光的补充，在照明不足时使用，而随着人们生活水平的不断提高，灯具照明已经成为一种对生活态度的表达。除了满足基本的照明需求外，灯具的装饰性也成为建筑设计中必不可少的元素，它能营造一种氛围，成为视觉上的亮点，可以起到画龙点睛的作用。
如图1-19、图1-20所示分别为建筑空间室内外场景中使用灯具照明所表现出的氛围。
图1-19 图1-20
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