《渲染巨匠》

渲染巨匠 內容簡介

本書是關於用於先進的光照模擬和可視化設計的渲染軟體 -"渲染巨匠"Lightscape的實用讀物。全書由十五章構成，分別從Lightscape入門、Lightscape循序漸進、Lightscape深入三大部分講述了Lightscape軟體的操作和套用，其中還包括與光學、美學、攝影等相關的一部分知識。在Lightscape入門階段主要講述了Lightscape的技術基礎、操作流程、用戶界面，並通過一個例子詳細講述了Lightscape的操作流程。在Lightscape循序漸進階段通過五個例子分別從準備階段、解決階段、輸出階段講述了Lightscape的操作全過程，其中的"課程設計"還從AutoCAD建模開始系統完全地講述了個畫廊模型的完整操作過程。在Lightscape深入階段著重講述了圖層、材料、圖塊、紋理格線、動畫、渲染等知識。
本書結構清晰、內容山淺入深、循序漸進。書中豐富的範例將Lightscape的強大功能逐 展示給讀者。本書是從事建築設計、裝修裝潢、照明設計技術人員的重要參考書，而且也是美術院校、高等院校相關專業師生實用的自學、教學讀物，和社會相關領域培訓班的教材。

渲染巨匠 本書前言

Lightscape軟體是一種先進的光照模擬和可視化設計系統，該軟體用於對三維模型進行精確的光照模擬和靈活方便的可視化設計。它有一個好聽的中國名字--"渲染巨匠"。
LightscapeV2.0的NT版本於1995年面世，它標誌著一個優秀的渲染軟體從圖形工作 站領域成功地轉移到了PC機領域，並且首次在基於PC機領域的軟體中實現了光能傳遞 技術。隨著LightscapeV3.0版本的推出，該軟體的功能在各方面都有所加強，並且運算速度明顯加快，尤其吸引人的是它的價格不再昂貴。LightscapeV3.0版本的螢幕顯示速度比V2.0版本快兩倍，渲染速度比V2.0版本快四倍，V3.0版本的速度接近於圖形工作站SGI版本的速度。此外，LightscapeV3.0版本增加了許多新功能，例如：它可以轉換光能傳遞為紋理映射，有效地減少多邊形數量，保存光照效果；新紋理調整工具到單一化複雜映射；拖拉圖塊和光源的能力；取消所有刪除操作；在準備階段觀看紋理；支持動畫路徑的循環等。
Lightscape的光能傳遞渲染能夠生成場景中漫射光線的精確模擬，可以讓物體把光線反射到周圍環境和其它物體上，從而產生微妙柔和的陰影。因而用LightsCape渲染只需按照真實的燈光布置情況放置光源就可以計算出真實的效果，不需要另加輔助光源。Lightscape不僅計算太陽光，還計算天空光，只需設定自然光就可以表現出真實的光照效果。
Lightscape的光影跟蹤算法跟蹤場景中的光線路線，產生理想的高光和反射效果。結合計算鏡面反射的光影跟蹤渲染技術，在材質的表現上也有獨到之處。所以Lightscape使用光能傳遞和光影跟蹤技術可以產生令人矚目的真實渲染和動畫。
Lightscape可以計算模型的光線信息，並作為模型表面的一個整體部分被保存，可以互動移動全渲染的三維環境，而無需重新生成光線信息。在光能傳遞處理過程中，能夠很容易看到一個已給定解析度的模型視圖，對該視圖可以停止處理或改變光線、材料，無需等待模型重新處理，它將大大節省時間。
在和其它三維渲染軟體之間的轉換中，包括SoftImage的輸入和支持PNG圖形檔案格 式，提高支持3DStudioV4.0檔案的功能，保持其材料屬性、紋理映射、光線和相機路徑，並增加了3DStudioMAX檔案的輸入輸出功能。還可以輸入DXF檔案，並輸出Lightscape光能傳遞檔案為VRML和OpenInventor。
Lightscape傑出的真實效果，照片般的質感令人嘆為觀止。使用Lightscape可以真 實地表現設計者的思想，並快速檢驗不同設計方案的效果，成為設計者真正的助手。
預備知識
在開始使用Lightscape之前，對MicrosoftWindoWs95或WindowsNT4.0以上版本的作業系統應該有一定的使用知識，包括如何使用滑鼠及基本的選單和命令，以及如何打開、保存和關閉檔案等。
關於本教程
《渲染巨匠Lightscape循序漸進教程》是以Lightscape3.11為基礎全面闡述Lightscape 的設計方法。在編寫本教程時，已經考慮了不同的培訓層次。如果你是Lightscape的新用戶，請側重學習本教程的第一部分和第二部分，你將學習到掌握軟體所必須的所有重要的基本概念和功能；如果你曾使用過一段時間Lightscape，請側重學習本教程的第三部分，你會掌握許多高級的特性和技巧，包括Lightscape最新版本中的提示和技術。
本教程的組成
《渲染巨匠Lightscape循序漸進教程》包括以下文檔資料和軟體：
（1）《渲染巨匠Lightscape循序漸進教程》（即本書）
（2）《渲染巨匠Lightscape循序漸進教程》光碟，包括ACEforLightscape3.11 （Lightscape中文環境）、Lightscape教學演示程式及相關的電子文檔。
循序漸進教程的系統要求
《渲染巨匠Lightscape循序漸進教程》在運行Micr0soft Wind0ws95或WindowsNT4.0以上版本的作業系統的PC機上使用，還必須有Lightscape軟體或Lightscape試用版軟體。
PC機推薦的系統配置：
（1）一台採用IntelPentium、PentiumPro或PentiumⅡ處理器的微機
（2）WindoWs95或WindOWsNT4.0以上版本的作業系統
（3）至少32M記憶體
（4）16位（65536種顏色）以上的顯示卡
（5）250MB以上的硬碟空間
（6）滑鼠
（7）光碟機
如果有更快的CPU、更好的顯示卡、更大的記憶體以及硬碟，Lightscape將運行得更好。
如何開始
首先，安裝Lightscape軟體或Lightscape試川版軟體。如果你以前未使用過 Lightscape，請參照本教程附錄A"Lightscape軟體安裝"。
如果想粗略了解Lightscape的強大功能，請先觀看教學光碟上Lightscape教學演示程 序（ppt檔案，需要安裝MircOsoft Office97中的PoWer P0int97以上版本）。
Lightscape教學演示程式安裝運行步驟：
步驟一：將《渲染巨匠Lightscape3.11循序漸進教程》光碟插入光碟機
步驟二：運行光碟根目錄下的安裝程式SETUP檔案，會自動在C： 盤上建立一個名
為LSBE的子目錄，並拷貝相關檔案。
步驟三：運行C：\LSBE子目錄中的Lsbe.EXE。
重要提示
請注意Lightscape軟體並不包括在本教程中，你需要單獨購買並安裝Lightscape軟 件。為配合用戶學習，如需要以下軟體，請與天一工作室（010－62632678）聯繫：
（1）Lightscape軟體試用版（一次安裝可使用15天，含本書所介紹的五個例題）
（2）Lightscape圖塊光源材料庫光碟LSCD1、LSCD2、LSCD3、LSCD4
Lightscape公司出品的高品質的Lightscape專用圖塊、光源和材質庫光碟，每張光碟
含約140種圖塊、120種光源和120種材質，詳細內容參見附錄B。
其它信息
參加本教程的主要編寫人員有：吳慶洪、袁傳傑、紀宏、解俊傑、吳紅梅等，特別感謝秦人華老師指導本教程的編寫，並親自進行了審校。感謝深圳支點設計有限公司提供本書中的部分精美用圖。
由於水平有限且編寫時間倉促，書中難免有不足之處，歡迎批評指正。如果你遇到了與本書相關的任何問題，或有任何意見和建議，請與天一工作室（北京希望電子出版社設計部）聯繫。
聯繫電話：[phone]
聯繫地址：北京海淀區海淀路82號
單位名稱：北京希望電子出版社設計部
郵政編碼：100080
聯繫人：何敏男、袁傳傑、解俊傑

渲染巨匠 本書目錄

序言

第一部分 Lightsc8pe入門
第一章 Lightscape技術基礎
1.1 Lightscape的技術優勢
1.2Lightscape的相關技術概念
1.2.1圖象渲染計算
1.2.2局部光照
1.2.3全局光照
1.2.4光影跟蹤
1.2.5光能傳遞
1.2.6光能傳遞和光影跟蹤的區別
1.2.7光學性質
第二章 Lightscape操作流程
2.1Lightscape的基本操作流程
2.1.1準備階段
2.1.2解決階段
2.1.3輸出階段
2.2檔案類型
2.3Lightscape的模型
2.3.1準備檔案的結構
2.3.2解決檔案的結構
2.4項目管理
第三章 Lightscape用戶界面
3.1啟動Lightscape
3.1.1打開一個Lightscape準備文化
3.2圖形視窗
3.3選單欄
3.4工具列
3.4.1標準工具列
3.4.2觀察模型工具欄
3.4.3顯示控制工具列
3.4.4實體選擇工具列
3.4.5光能傳遞工具列
3.5四大列表
3.5.1圖層列表
3.5.2材料列表
3.5.3圖塊列表
3.5.4光源列表
3.6典型對話框
第四章 一個典型的操作流程
4.1輸入數據
4.2準備數據
4.2.1觀察和顯示模型
4.2.2定義材質
4.2.3使用材料庫
4.2.4顯示紋理
4.2.5定向光源
4.2.6保存檔案
4.3創建解決檔案
4.3.1初始化準備模型
4.3.2設定處理參數
4.3.3檢查解決方案
4.3.4執行處理
4.4細劃解決方案
4.4.1改變材料
4.4.2改變光源
4.5輸出結果
4.5.1創建光能傳遞圖像
4.5.2創建光影跟蹤圖像
4.5.3使用光影跟蹤創建圖像
4.5.4保存並退出
4.5.5用LVU觀看圖像檔案

第二部分 Lightscape循序漸進
第五章 Lightscape模型
5.1Lightscape的模型
5.2準備檔案的結構
5.2.1表面
5.2.2圖塊
5.3解決檔案的結構
5.4輸入幾何模型
5.5輸入兒何模型的選項
5.5.1度量單位
5.5.2坐標系轉換
5.5.3圖塊的生成
5.5.4覆蓋/追加
5.5.5最大光強
5.6模型轉換中的技巧
5.6.1模型丟失情況
5.6.2解決方法
第六章 基礎－輸入DXF檔案
6.1獲取數據
6.1.1啟動Lightscape
6.1.2輸入DXF檔案
6.1.3輸入單位和比例因子
6.1.4輸入幾何體.
6.1.5檢查幾何體的比例
6.2準備數據
6.2.1觀察模型
6.2.2設定顯示視圖
6.2.3顯示控制操作
6.3組織數據
6.3.1對層的操作
6.3.2選擇面
6.3.3對圖塊的操作
6.4光照基礎
6.4.1了解光源
6.4.2光源的光學特性
6.4.3設定光學特性
6.5材料的基本操作
6.5.1設定鏡面反射
6.5.2設定漫反射
6.5.3改變和定義材料
6.6創建解決檔案
6.6.1理解處理參數
6.6.2設定處理參數
6.6.3初始化準備模型
6.6.4檢查解決方案
6.6.5處理解決方案
6.7重定義解決方案
6.7.1使用自然光
6.7.2設定視窗
6.7.3關閉光源
6.8輸出結果
6.8.1理解渲染
6.8.2創建單幅高質量圖像
6.9光線分析
6.9.1進行光線分析
6.9.2保存並退出
第七章 基礎－輸入3DStudi0檔案
7.1獲取數據
7.1.1啟動Lightscape.
7.1.2較好的建模操作
7.1.3輸入3D Studio檔案
7.1.4輸入幾何體
7.2準備數據
7.2.1賦予過程紋理
7.2.2從光源庫中載入並放置燈具
7.2.3設定局部處理參數
7.2.4設定全局處理參數
7.3創建解決檔案
7.3.1初始化準備模型
7.3.2創建庭院的夜晚解決方案
7.3.3處理解決方案
7.3.4創建整個模型白大的解決方案
7.4輸出結果
7.4.1局部光影跟蹤
7.4.2預覽一個已存在的動畫
7.4.3保存並退出
第八章 輸入設定和渲染
8.1獲取數據
8.1.1啟動Lightscape
8.1.2了解高級的DXF模型輸入
8.1.3輸入幾何體
8.2準備數據
8.2.1表面定向
8.2.2光滑表面
8.2.3了解紋理調整
8.2.4顯示並調整紋理
8.3創建解決方案
8.3.1了解全局處理參數
8.3.2總則
8.3.3測試初始光源
8.3.4測試總體水平光照
8.3.5重定義全局格線參數
8.3.6設定處理參數
8.3.7處理解決方案
8.4輸出結果
8.4.1了解Lightscape動畫
8.4.2創建一個動畫
8.4.3創建動畫圖像
第九章 高級Lightscape主題
9.1獲取數據
9.1.1啟動Lightscape
9.1.2打開檔案
9.1.3追加檔案
9.2準備數據
9.2.1打開檔案
9.2.2將面轉換為紋理貼圖
9.2.3打開一個檔案
9.3輸出結果
9.3.1使用命令行批處理程式
課程設計 Lightscape基本練習－畫廊
第一階段 用AutoCADR14建立畫廊基本模型
1.1進入AutoCADR14
1.2繪圖準備
1.3繪製畫廊的基本三維模型
1.4 輸出模型
第二階段 畫廊的準備階段
2.1將模型轉入Lightscape
2.2準備階段
2.2.1調整面的法向
2.2.2 增加光源
2.2.3增加材料
2.2.4 存儲以上工作
2.2.5初始化
2.2.6調整階段
第三階段 畫廊的求解階段
3.1貼紋理
3.1.1建材料
3.1.2給材料賦紋理
3.1.3給畫面賦上材料
3.1.4紋理調整
3.1.5存檔
3.2整體調整
3.2.1表面處理
3.2.2調整材料參數
3.2.3參數調整
3.2.4渲染
第三部分 Lightscape 深入
第十章 圖層
10.1圖層總概
10.2圖層操作
10.2.1圖層列表視窗中的關聯選單中提供的附加選擇工具
10.2.2可一次性對位於圖層列表中所有被選擇或指定的圖層執行的命令
10.3圖層狀態
10.3.1裝入狀態
10.3.2保存狀態
第十一章 材料
11.1材料屬性
11.2與計算漫反射的光能傳遞過程有關的屬性
11.2.1顏色
11.2.2透明度
11.3與光影跟蹤有關的屬性
11.3.1折射率
11.3.2光滑度
11.4模版
11.5自發光
11.6紋理貼圖
11.6.1圖像紋理貼圖
11.6.2檔案格式
11.6.3複合
11.6.4排除
11.6.5亮度值
11.6.6過渡方式
11.6.7固定平鋪尺寸
11.6.8在表面上對齊紋理貼圖
11.6.9過程紋理貼圖
11.6.10凹凸貼圖
11.6.11強度貼圖
11.7材料的操作
11.7.1材料
11.7.2材料庫
第十二章 圖塊
12.1圖塊的定義
12.2圖塊和圖層.
12.3圖塊和光源的操作
12.3.1隔離/返回到全模式
12.3.2查詢實例
12.3.3改名
12.3.4改變到當前層
12.3.5定義為光源
12.3.6光學性質
12.3.7新建 個實例
12.3.8刪除
12.4對圖塊和光源實例的操作
12.4.1單獨編輯
12.4.2分解
12.4.3新圖塊
12.4.4多重複制
12.4.5光源處理
12.4.6改變到當前層
12.4.7刪除
12.4.8變換
12.4.9複製
12.4.10單獨編輯示圖
12.5圖塊庫
12.6Lightscape的光源
12.7人造光
12.7.1生成光源
12.7.2光學特性
12.7.2.1光源類型
12.7.2.2燈類型
12.7.2.3濾色鏡
12.7.2.4光強度
12.7.2.5強度分布
12.7.2.6光源位置
14.3定義相機速度..
14.3.1編輯相機速度
14.4預演動畫
14.5動畫檔案
14.5.1在多個模型之間創建動畫
14.5.2輸出單幀圖像
第十五章 渲染
15.1創建圖像
15.2渲染選項
15.2.1圖像解析度
15.2.2圖像輸出格式
15.2.3反鋸齒
15.2.4光影跟蹤
15.2.5圖像視圖控制

附錄
附錄A Lightscape軟體安裝
A.1Lightscape的安裝步驟
A.2Lightscape的軟硬體環境
A.3硬體加密鎖的連線
A.4安裝軟體
A.4.1安裝Lightscape軟體
附錄B Lightscape圖塊光源材料庫光碟介紹
B.1圖塊
B.2光源
B.3材料
附錄C ACEforLightscape3.1.1

渲染巨匠 文章節選

第一章 Lightscape的技術基礎
本章內容：
Lightscape的技術優勢
Lightscape的技術基礎
對Lightscape使用的技術有一個概念化的了解，將幫助你決定針對當前的需要採用哪種技術更適合，進而能夠更好地使用Lightscape。許多概念不需要完全理解，初步了解後，可以在以後的實際操作過程中慢慢體會，如不感興趣可直接跳過，有興趣時再返回閱讀，也是一個不錯的主意。
1.1 Lightsc8pe的技術優勢
Lightscape與其它軟體相比有如下優勢：
光照（Lighting）
Lightscape的光能傳遞技術可精確模擬環境中漫反射光源的光學性質。可得到精細和多樣的光照效果，如直接和間接漫反射光照、柔和陰影、表面之間的顏色融合等使最終圖像自然並真實，這些是其它渲染軟體所不具備的。因為支持工業標準的光域網檔案格式，並同時可模擬自然光，Lightscape成為可視化設計和光照分析的有力工具。
互動性（Interactivity）
光能傳遞的結果不僅僅是一幅圖像，而是環境中光能分布的全三維的顯示。因為光能已預先計算完畢，生成某一角度的精確圖像比傳統圖像計算技術快得多。如果有相應的硬體加速，還可在一個已渲染的環境中實時互動地進行漫遊，觀看環境各個角度的效果。生成高質量的影視漫遊動畫比專業動畫系統使用時間還少。
逐步細化（Progressive Refinement）
和其它技術不同，Lightscape解決方案提供實時可視地反饋，可在任何時間對圖像質量進行調整。在處理的任意階段，可以改變一個表面的材料或光源參數，系統不用完全從頭開始即可補償並顯示新的結果。Lightscape中逐步細化技術可使你根據設計和任務的要求對最終圖像結果進行精確地控制。
1.2 Lightscape的相關技術概念
Lightscape是一種先進的光照模擬和可視化設計系統，可在一個三維物體或空間未建造前得到其近於真實效果的精確圖像。Lightscape同時運用先進的光能傳遞（Radiosity）和光影跟蹤（RayTrace）兩大技術，並提供了可靈活修改材料和光源的合理界面。
1.2.1圖像渲染計算
個三維模型包含使用一個三維坐標系統定義的幾何數據。這個坐標系通常被稱為世界空間（WOrldSpace）。模型中可能同時還包含每個物體的材料和光源的信息。計算機顯示器上的圖像是由大量發光的小點（稱為像素Pixel）組成的。在創建一個幾何模型的圖像時，計算機的任務就是基於模型的信息和指定的視點確定螢幕（螢幕空間Screenspace）上每個像素點的顏色。
註：計算機有兩種基本的圖像類型--矢量圖像和光柵圖像。
矢量圖像由稱為矢量的精確定義的直線和曲線組成，一幅由基於矢量的程式繪製的圖形，它能像一個獨立的物體一樣被移動、改變大小或旋轉，因為程式精確地保持了圖形的定義。因此，對於那些要求有鮮明分界線的圖形而言，基於矢量的程式是最好的工具。光柵圖像由稱為像素的小方塊構成的格線組成，一幅由用基於點陣的程式畫出的圖形，由一組處於特殊位置的像素構成，這些像素把圖形表示出來。編輯一幅光柵圖像，實際上編輯的是一組像素，而不是精確定義的物體。基於點陣或像素的圖像，最適合於攝影圖像或用繪圖程式創建的圖像。
由於使用了高級圖形處理方法並能給人以完美的連續色調的錯覺，所以大多數圖像都被認為是連續的。數字（或基於像素的）圖像同樣使人產生色調連續的錯覺，因為每一個像素都能獨立的著色，並使整個圖像的色彩能平滑、連續地過渡。印表機不具備產生連續色調的能力，但使用半色調點同樣可以給人以連續色調的錯覺。半色調點是一些大小不同的小點，在列印時，能產生色彩色調不同的表現效果。模型表面的某一點的顏色是由材料的物理特性以及表面上的光照決定的。通常有兩種著色算法：局部光照（LOcalillumination）和全局光照（Globalillumination），用於描述表面如何反射和傳送光能。
1.2.2局部光照 （L0cal illumination）
局部光照算法只描述單個表面如何反射和傳送光能。給出到達一個表面的光線描述，這種算法可預測離開這個表面的光線強度、光學性質（顏色）和發散方式；另外一個任務是確定到達表面的光線的最初始來源（一般是指光源）。一個簡單的渲染系統在表面被著色時通常只考慮從光源直接發散的光能。
局部光照算法只描述單個表面如何反射和傳送光能。給出到達一個表面的光線描述，這種算法可預測離開這個表面的光線強度、光學性質(顏色)和發散方式，另外一個任務是確定到達一面的光線是最初始來源(一般是指光源)一個簡單的渲染系統在表面被著色時通常只考慮從光源直接發散的光能。
1．2．3全局光照(Global illumination)
然而要得到精確的效果，不僅要考慮光源發散的光線，還要考慮環境中所有表面和光源的相互作用。
例如：一些表面檔住了光線，在另一些表面上形成陰影，有些表面反光，可在這些表面上看到其它表面的倒影，有些表面是愛明的，可透過這些表面看到其他表面，有些表面是將光反射到其它表面上。全局光照算法就是在渲染時充分考慮模型中面和面之間的光線的傳遞。Lightscape使用兩種全局光照算法。一種稱為光影跟蹤，一種稱為光能傳遞。
在解釋這兩種技術如何工作之前，有必要先了解在現實生活中光線是如何在環境中傳播的。這部分內容較枯燥，不感興趣的可越過，但如了解清楚這部分內容對理解和使用Lightscape相當有益。
我們假設有如圖1-1所示的一個簡單房間。
房間內有有一個光源。按光學理論我們可以認為光線是由一種被稱為光子的粒子構成。它們從光源發散出來，直到遇到房間中的某一個表面。根據這個表面的材料不同，一定波長範圍的光子被表面吸收，另一些光子反彈迴環境中，一些光子被吸收，而另一些光子被反彈的現象可以確定表面的顏色。
表面反射光子的方式主要取決於表面的光滑度，粗糙的表面會將光子向各個方向反射(如圖1-2)這種表面為漫反射表面，這種反射被稱為漫反射。一面被粉刷後的牆是漫反射表面很好的例子。
非常光滑的表面向一個方向反射光子，反射角等於光線的入射角，這些表面被稱為鏡面，這種反射被稱為鏡面反射，鏡子是鏡面反射完美的例子。當然，很多材料同時表現有不同程度的鏡面反射和漫反射。
房間的最終光照取決於光源發散的數十億的光子和表面的相互作用，在表面上給定的一點，可能有直接從光源發散的光子(直接光照)或者間接從其它面一次或多次反彈的光子(間接光照)，如果你站在房間裡，房間中只有極小的一部分光子會進入你的眼睛並刺激你的感光細胞，這些刺激可以有效地在你的大腦中形成圖像。
……