VRay渲染引擎的灯光布光技术研究

彭双

摘 要：VRay渲染引擎的灯光布光技术研究，主要探讨虚拟场景制作的步骤和流程，室内场景灯光布光技术的实施过程，布置摄像机研究及渲染，V-Ray材质贴图实施，从而将VRay渲染技术实现方法应用于虚拟场景设计，通过改变视角、视距、视野以及景深，增强场景设计的可视性和虚拟现实化，实现VRay渲染引擎的灯光布光技术解决虚拟场景设计现实功用。

关键词：VRay渲染;虚拟场景;灯光布光;摄像机渲染;V-Ray材质贴图

“VRay渲染器是由Chaosgroup和asgvis公司出品，中国市场由曼恒公司负责推广的一款高质量渲染软件。Vray渲染器提供了一种特殊的材质VrayMtl。”

VRay渲染器具有较强场景渲染实用性。在掌握VRay渲染引擎的灯光布光技术原理基础上，通过虚拟场景布置，室内场景灯光布光技术的实施，摄像机渲染和V-Ray材质贴图实施，以期解决虚拟场景设计，实现内容与形式在艺术层面上的完美统一。

1 虚拟场景制作的步骤和流程

明确项目制作流程和职业能力标准。作为初学者在面对大量的复杂图纸时，难免会显得手足无措，无法整理清晰准确的制作思路。虚拟场景制作分为六个步骤：（1）CAD设计阶段。需要前期支撑课程来解决提升识图以及设计能力。（2）使用3Dmax根据图纸进行建模。模型制作时需要有对三维空间的理解能力，从二维到三维转变的视图、x轴y轴轴向与物体的位置关系。模型制作能力取决于对软件的理解和熟悉程度。三维物体的生成主要是使用二维线对点线的编辑修改生成三维模型。还可使用高级命令编辑多边形，通过点、线、面以及边界层级的修改制作高难度的一体化模型。（3）摄像机位的布置。往往一个三维场景中会在不同高度和角度设置多个摄像机位来表现近景远景以及不同角度的呈现。“在效果图制作中，光源是非常关键的环节，同时也是最有技巧性的，其中灯光和阴影将会对场景对象的质感造成严重影响”。（4）赋予VRay材质贴图。（5）灯光的布光，分为3Dmax灯光系统和VRay灯光系统，两者结合能够达到相互补充。（6）渲染出图阶段。往往在测试出图时会使用较小的数值来快速运算（见图1）。调试到满意效果时再将参数以及细分值调大，这样可以节省计算时间。

2 室内场景灯光布光技术的实施过程

3Dmax中有三种类型的灯光。第一种是3D自带的标准灯光，标准灯光有8种灯光类型。“泛光灯、区域聚光灯、区域泛光灯、目标聚光灯、自由聚光灯、自由平行光、天光、目标平行光。”

第二种是光度学灯光。有三种效果：目标灯光、自由灯光及mr天空入口光。光度学灯光主要通过创建的方向来确定照射的位置，灯光布光的类型一般选择光度学Web，通过添加光度学文件来模拟射灯、台筒灯、台灯等不同型号的灯光产生的光斑效果。对过滤颜色的更改，控制灯光的颜色以及深浅。灯光照射的强度有两种方式调节，一种是使用强度cd数值对其调节来控制，一种是使用结果强度控制百分比。图2光度学灯光的布光方法中，在客厅实验案例中灯光的布光使用了光度学Web添加光域网模拟筒灯的照射方式和光斑。

第三种是VRay渲染器的VRay灯光系统，共提供了四种灯光效：VRayLight、VRayIES、VRaySun、VRay环境灯。VRay渲染器渲染图的背景下虚拟场景的灯光布光使用VRay灯光渲染效果更真实，出图速度更高效。VRayLight也被称为vr面片光，有三种类型平面——穹顶、球体和网格组成，最常用到的是平面，模拟天光、补光、人造光源等燈光效果。“VR-灯光的阴影比较真实，模拟真实灯光具有柔和和虚化的效果。但是VR-灯光会产生很多噪点。”增加灯光细分可以解决噪点问题。在测试出图时细分值降低加快预览效果，正式渲染时将细分数值参数设置为12～30。图3为VRayLight的布光方法，在客厅实验案例中采用了VRayLight面片光模拟灯带的照射光源，室内的补光照明以及天光的照射。球形光模拟了台灯的照射光斑。

在高效、真实的前提下选择合适的灯光系统进行布光尤为重要。采用VRay灯光系统为主结合3D标准灯光系统将大大缩短渲染时间，获得更真实的渲染效果。

3 摄像机研究及渲染

“3dsMax软件中的摄像工具可以从不同范围和角度进行场景目标的追踪，设置摄像机的属性可以调整场景物体的数量及创建方式，确定场景物体的位置和尺寸。”摄像机按类型可分为目标摄像机和自由摄像机。在构建面板中需要精准选择摄像机类型，亦可在视口中的顶视图点击拖拉，创建摄像机。

VRay摄像机提供了七种类型的摄像机模式。第一种是默认摄像机，同标准摄像机效果类似，在一个平面上投射出要显示的场景。第二种是球形摄像机，摄像机镜头是球状，显示出的三维场景投射在球面上，场景显示的视角经过变形。第三种圆柱点摄像机，X轴向是球形摄像机的计算模式，而y轴向却是标准摄像机的计算模式，可以理解为3d标准和球形相机的叠加效果。第四种是圆柱正交摄像机，X轴向是球形摄像机的计算模式，y轴向是平行排列，二维状态没有透视效果。第五种是盒形摄像机，将要呈现的场景按照盒状的形式展开投射。第六种鱼眼摄像机，类似鱼的眼睛，是一种大角度摄像的拍摄方式，视野变大，物体变形较为明显。第七种是变形球摄像机。VRay摄相机的参数值也决定着投射的效果：景深表示模拟摄像机的景深，光圈数值越小，景深会越大，图像则较为清晰。“对VRay渲染器渲染速度存在影响的因素主要包括模型因素、材质因素和灯光因素。其中，较快速度的VRay渲染器渲染是指VRay渲染器中图像渲染的参数调节十分简单，并且整个渲染过程所需的时间较短。”

4 VRay材质贴图实施

VRay渲染系统拥有自己专用材质球，应用系统提供的专用材质球，可使虚拟场景获得更加真实的照明实感效果，此功能使得该软件在渲染速度和控制反射折射的参数应用中，处于同类引擎中靠前地位。

在材质编辑器中选择Standard标准材质球，进入材质贴图浏览器选择VRayMtl即可切换为VRay材质。VRay渲染效果中VRay材质贴图是通过漫反射、反射以及折射的参数来控制材质的不同质感，效果更真实。

5 结束语

在布光系统的使用上，3Dmax灯光系统和VRay灯光系统相互结合相互补充，在效果图表现中起到关键作用。在布光的过程中，搭配的灯光系统也需要根据应用领域的情况来针对性地布光和调试。

参考文献：

[1]李钢.3ds Max渲染技术在虚拟场景设计实验教学中的应用[J].美术教育研究，2015（01）.

[2]王志岗.浅析3DSMAX-VRAY场景空间中灯光技术的应用方法[J].科技创新导报，2019（36）.

[3]侯瑶.提高VRay渲染器渲染品质和速度的图像处理应用技巧分析[J].传播创新研究，2019（11）.