第7章：光照与渲染设置
2024/1/1大约 11 分钟
第7章：光照与渲染设置
学习目标
- 理解3D光照的基本原理和类型
- 掌握Blender中各种光源的使用方法
- 学会设置室内外光照场景
- 熟练使用Cycles和Eevee渲染引擎
- 掌握渲染设置的优化技巧
- 学会创建真实感的光影效果
本章重点
光照是3D渲染的灵魂，决定了场景的氛围、真实感和视觉冲击力。本章将深入学习光照理论和渲染技术。
7.1 光照基础理论
7.1.1 光的物理特性
光的基本属性
- 颜色（Color）：光的波长决定颜色
- 强度（Intensity）：光的亮度程度
- 方向（Direction）：光线传播方向
- 衰减（Falloff）：光强度随距离衰减
- 散射（Scattering）：光线与介质相互作用
# 光照物理模型
class LightPhysics:
def __init__(self):
self.wavelength = 550 # 纳米（绿光）
self.intensity = 100 # 流明
self.temperature = 5500 # 开尔文
self.falloff_type = 'inverse_square'
def calculate_illumination(self, distance):
"""计算指定距离的光照强度"""
return self.intensity / (distance ** 2)7.1.2 光照模型分类
| 光照类型 | 特点描述 | 应用场景 | 计算复杂度 |
|---|---|---|---|
| 直接光照 | 光源直接照射 | 主要光源 | 低 |
| 间接光照 | 反射和散射光 | 环境光照 | 高 |
| 全局光照 | 直接+间接光照 | 真实感渲染 | 很高 |
| 体积光照 | 体积散射效果 | 大气效果 | 高 |
7.1.3 色温与光色
# 常见光源色温参考
color_temperatures = {
'candle': 1900, # 蜡烛
'tungsten': 3200, # 钨丝灯
'fluorescent': 4000, # 荧光灯
'daylight': 5500, # 日光
'overcast': 6500, # 阴天
'blue_sky': 10000 # 蓝天
}7.2 Blender光源类型详解
7.2.1 点光源（Point Light）
特性：向四面八方均匀发光的点光源
# 点光源设置参数
point_light_settings = {
'energy': 100.0, # 光源强度
'color': (1.0, 1.0, 1.0), # 光源颜色
'shadow_soft_size': 0.1, # 阴影柔和度
'use_custom_distance': False, # 自定义距离
'cutoff_distance': 40.0 # 截止距离
}点光源应用场景
- 灯泡、蜡烛等小型光源
- 室内照明补光
- 特效光源（魔法光球等）
7.2.2 聚光灯（Spot Light）
特性：锥形光束，可控制照射角度和边缘柔和度
# 聚光灯参数配置
spot_light_settings = {
'energy': 100.0,
'spot_size': math.radians(45), # 光锥角度（弧度）
'spot_blend': 0.15, # 光锥边缘混合
'show_cone': True, # 显示光锥
'use_square': False, # 使用方形光锥
'shadow_soft_size': 0.1
}应用技巧：
- 戏剧性照明：创造强烈明暗对比
- 聚焦照明：突出特定物体或区域
- 建筑照明：模拟射灯、车灯效果
7.2.3 区域光（Area Light）
特性：面状光源，产生柔和阴影
# 区域光设置类型
area_light_types = {
'RECTANGLE': {
'size_x': 2.0, # X方向尺寸
'size_y': 1.0, # Y方向尺寸
'shape': 'RECTANGLE' # 矩形
},
'SQUARE': {
'size': 1.0, # 正方形边长
'shape': 'SQUARE'
},
'DISK': {
'size': 1.0, # 圆盘半径
'shape': 'DISK'
},
'ELLIPSE': {
'size_x': 2.0,
'size_y': 1.0,
'shape': 'ELLIPSE' # 椭圆
}
}区域光优势
- 产生自然的软阴影
- 模拟窗户、显示器等面光源
- 创造摄影棚级别的照明效果
7.2.4 太阳光（Sun Light）
特性：平行光，模拟遥远光源（如太阳）
# 太阳光配置
sun_light_settings = {
'energy': 5.0, # 太阳强度
'angle': math.radians(0.533), # 太阳角直径
'color': (1.0, 0.95, 0.8), # 暖色调
'shadow_soft_size': 0.1
}7.3 环境光照设置
7.3.1 世界材质配置
世界材质重要性
世界材质不仅影响背景，还提供全局环境光照，是场景氛围的重要组成部分。
# 世界材质节点设置
world_material_nodes = {
'background_shader': {
'type': 'ShaderNodeBackground',
'color': (0.05, 0.05, 0.1, 1.0), # 深蓝夜空
'strength': 1.0
},
'environment_texture': {
'type': 'ShaderNodeTexEnvironment',
'image': 'hdri_sky.exr',
'interpolation': 'Linear'
}
}7.3.2 HDRI环境贴图
HDRI选择指南
| HDRI类型 | 特点 | 适用场景 | 文件大小 |
|---|---|---|---|
| 室外天空 | 自然光照 | 产品展示 | 大 |
| 室内环境 | 柔和光照 | 角色渲染 | 中 |
| 工作室 | 均匀照明 | 专业摄影 | 小 |
| 特殊环境 | 创意效果 | 艺术作品 | 变化 |
# HDRI设置优化
hdri_settings = {
'rotation_z': 0.0, # Z轴旋转调整光照方向
'strength': 1.0, # 环境光强度
'saturation': 1.0, # 颜色饱和度
'hue': 0.5, # 色相调整
'gamma': 1.0, # 伽马校正
'exposure': 0.0 # 曝光调整
}7.3.3 天空纹理节点
# 程序化天空设置
sky_texture_settings = {
'sky_type': 'NISHITA', # 大气散射模型
'sun_elevation': 0.26, # 太阳高度角
'sun_rotation': 0.0, # 太阳方位角
'altitude': 0.0, # 观察高度
'air_density': 1.0, # 大气密度
'dust_density': 1.0, # 尘埃密度
'ozone_density': 1.0 # 臭氧密度
}7.4 三点布光经典设置
7.4.1 主光（Key Light）
作用：提供主要照明，建立场景的基调
# 主光设置参数
key_light = {
'type': 'AREA', # 区域光
'energy': 100.0, # 高强度
'size': 2.0, # 大面积柔化
'location': (2, -2, 3), # 45度角位置
'rotation': (math.radians(45), 0, math.radians(45))
}7.4.2 补光（Fill Light）
作用：填补阴影区域，减少对比度
# 补光设置参数
fill_light = {
'type': 'AREA',
'energy': 30.0, # 较低强度
'size': 3.0, # 更大面积
'location': (-2, -2, 2), # 主光对侧
'color': (0.8, 0.9, 1.0) # 冷色调平衡
}7.4.3 轮廓光（Rim Light）
作用：勾勒物体轮廓，增强立体感
# 轮廓光设置参数
rim_light = {
'type': 'SPOT',
'energy': 50.0,
'spot_size': math.radians(60),
'location': (0, 3, 2), # 背后位置
'color': (1.0, 0.9, 0.7) # 暖色轮廓
}三点布光进阶
根据场景需要，可以添加背景光、发光、踢脚光等额外光源来丰富光影效果。
7.5 渲染引擎对比
7.5.1 Cycles渲染引擎
技术特点
- 路径追踪：物理准确的光线计算
- 全局光照：真实的光线反弹
- 无偏渲染：理论上无限接近真实
# Cycles渲染设置
cycles_settings = {
'samples': 128, # 采样数量
'max_bounces': 12, # 最大反弹次数
'diffuse_bounces': 4, # 漫反射反弹
'glossy_bounces': 4, # 光泽反弹
'transmission_bounces': 12, # 透射反弹
'volume_bounces': 0, # 体积反弹
'transparent_max_bounces': 8, # 透明反弹
'use_denoising': True, # 使用降噪
'denoiser': 'OPTIX' # 降噪器类型
}优化技巧
样本优化
# 自适应采样
adaptive_sampling = {
'use_adaptive_sampling': True,
'adaptive_threshold': 0.01, # 阈值
'adaptive_min_samples': 0, # 最小样本
'adaptive_samples': 128 # 自适应样本
}光线剔除
# 光线剔除设置
light_paths = {
'caustics_reflective': False, # 关闭反射焦散
'caustics_refractive': False, # 关闭折射焦散
'filter_glossy': 1.0 # 光泽滤波
}7.5.2 Eevee渲染引擎
技术特点
- 实时渲染：基于OpenGL的快速渲染
- 屏幕空间效果：高效的近似算法
- 游戏引擎级别：适合交互和预览
# Eevee渲染设置
eevee_settings = {
'taa_render_samples': 64, # TAA渲染样本
'taa_samples': 16, # TAA视口样本
'use_bloom': True, # 辉光效果
'bloom_threshold': 0.8, # 辉光阈值
'bloom_intensity': 0.05, # 辉光强度
'use_ssr': True, # 屏幕空间反射
'ssr_quality': 0.25, # SSR质量
'use_gtao': True, # 环境遮蔽
'gtao_distance': 0.2 # AO距离
}7.5.3 引擎选择指南
| 场景类型 | 推荐引擎 | 理由 | 注意事项 |
|---|---|---|---|
| 产品渲染 | Cycles | 物理准确 | 渲染时间长 |
| 建筑可视化 | Cycles | 真实光照 | 需要降噪 |
| 角色动画 | Eevee | 实时预览 | 光照限制 |
| 概念设计 | Eevee | 快速迭代 | 效果近似 |
| 游戏资产 | Eevee | 实时渲染 | 优化设置 |
7.6 高级光照技术
7.6.1 体积光效果
体积光应用
体积光模拟光线在大气中的散射效果，常用于创造戏剧性的光束效果。
# 体积光设置
volume_lighting = {
'principled_volume': {
'density': 0.1, # 密度
'anisotropy': 0.0, # 各向异性
'absorption_color': (1.0, 1.0, 1.0), # 吸收颜色
'scattering_color': (1.0, 1.0, 1.0), # 散射颜色
'emission_strength': 0.0 # 发光强度
}
}7.6.2 光线追踪效果
反射和折射
# 光线追踪材质设置
ray_tracing_material = {
'use_screen_refraction': True, # 屏幕空间折射
'refraction_depth': 0.1, # 折射深度
'use_backface_culling': False, # 背面剔除
'blend_method': 'ALPHA_HASHED', # 混合方法
'shadow_method': 'HASHED' # 阴影方法
}7.6.3 光照组（Light Groups）
# 光照组设置
light_groups = {
'key_lights': ['Key_Light', 'Fill_Light'],
'rim_lights': ['Rim_Light', 'Hair_Light'],
'environment': ['HDRI_World', 'Sky_Light'],
'effects': ['Magic_Orb', 'Fire_Glow']
}7.7 室内外光照场景
7.7.1 室外日景光照
# 日景光照配置
daylight_setup = {
'sun_light': {
'energy': 5.0,
'angle': math.radians(0.533),
'color': (1.0, 0.95, 0.8)
},
'sky_texture': {
'sun_elevation': math.radians(60), # 中午太阳高度
'atmosphere_turbidity': 2.0, # 大气浑浊度
'ground_albedo': 0.3 # 地面反照率
}
}7.7.2 室外夜景光照
# 夜景光照配置
night_setup = {
'moon_light': {
'energy': 0.5,
'color': (0.8, 0.9, 1.0) # 冷月光
},
'street_lights': {
'energy': 50.0,
'color': (1.0, 0.8, 0.6), # 暖街灯
'falloff_type': 'INVERSE_SQUARE'
},
'world_background': {
'color': (0.02, 0.02, 0.05, 1.0) # 深蓝夜空
}
}7.7.3 室内自然光照
室内光照原则
- 主光源：窗户自然光
- 辅助光源：室内灯具
- 反射光：墙面和地面反射
# 室内光照设置
interior_lighting = {
'window_light': {
'type': 'AREA',
'size_x': 2.0,
'size_y': 3.0,
'energy': 20.0,
'color': (0.9, 0.95, 1.0) # 冷日光
},
'ceiling_light': {
'type': 'AREA',
'size': 1.0,
'energy': 15.0,
'color': (1.0, 0.9, 0.8) # 暖室内光
}
}7.8 阴影控制技术
7.8.1 阴影类型对比
| 阴影类型 | 计算方式 | 质量 | 性能 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| Ray Traced | 光线追踪 | 最高 | 最低 | 最终渲染 |
| Shadow Map | 阴影贴图 | 中等 | 高 | 实时预览 |
| Contact | 接触阴影 | 低 | 最高 | 细节补充 |
7.8.2 阴影优化设置
# 阴影优化配置
shadow_optimization = {
'cascade_size': 1024, # 级联阴影大小
'high_bitdepth': True, # 高位深度
'soft_shadows': True, # 软阴影
'contact_shadows': {
'use': True,
'distance': 0.2, # 接触距离
'bias': 0.001, # 偏移值
'thickness': 0.2 # 厚度
}
}7.9 渲染优化策略
7.9.1 分层渲染
分层渲染优势
- 后期调整灵活性
- 减少重复渲染
- 便于问题排查
# 渲染层设置
render_layers = {
'beauty': ['Combined'], # 主美观层
'lighting': ['DiffDir', 'DiffInd', 'GlossDir'], # 光照分解
'utility': ['Normal', 'UV', 'ObjectID'], # 工具层
'effects': ['Emission', 'Environment'] # 效果层
}7.9.2 区域渲染
# 区域渲染设置
region_render = {
'use_border': True, # 使用边界
'border_min_x': 0.25, # 最小X
'border_max_x': 0.75, # 最大X
'border_min_y': 0.25, # 最小Y
'border_max_y': 0.75, # 最大Y
'use_crop_to_border': True # 裁剪到边界
}7.9.3 网络渲染
# 网络渲染配置
network_render = {
'server_address': '192.168.1.100',
'server_port': 8000,
'chunk_size': 64, # 分块大小
'priority': 50, # 优先级
'use_compositing': False # 分布式合成
}7.10 色彩管理
7.10.1 色彩空间设置
色彩管理重要性
正确的色彩管理确保从建模到最终输出的色彩一致性。
# 色彩空间配置
color_management = {
'view_transform': 'Filmic', # 视图变换
'look': 'None', # 外观
'exposure': 0.0, # 曝光
'gamma': 1.0, # 伽马
'sequencer_colorspace': 'sRGB' # 序列编辑器色彩空间
}7.10.2 色调映射
# 色调映射参数
tone_mapping = {
'filmic_contrast': 1.0, # 对比度
'filmic_saturation': 1.0, # 饱和度
'filmic_whitepoint': 1.0, # 白点
'filmic_shadows': 1.0, # 阴影
'filmic_midtones': 1.0, # 中间调
'filmic_highlights': 1.0 # 高光
}7.11 实战项目案例
7.11.1 产品展示光照
目标：创建专业的产品展示光照效果
设置要点：
- 主光：大面积柔光
- 填充光：减少阴影对比
- 背景光：干净的背景分离
- 轮廓光：突出产品边缘
# 产品展示光照设置
product_lighting = {
'key_light': {
'type': 'AREA',
'size': 3.0,
'energy': 100.0,
'location': (2, -3, 4)
},
'fill_light': {
'type': 'AREA',
'size': 4.0,
'energy': 30.0,
'location': (-2, -2, 2)
},
'rim_light': {
'type': 'AREA',
'size': 1.0,
'energy': 80.0,
'location': (0, 4, 3)
}
}7.11.2 建筑可视化光照
目标：创建真实的建筑室内外光照
技术要点：
- HDRI环境光照
- 太阳光模拟
- 室内人工光源
- 材质配合光照
7.11.3 角色打光设置
目标：为3D角色创建电影级打光
关键技术：
- 三点布光基础
- 肤色适配光色
- 头发独立光照
- 眼部高光强调
7.12 快捷键与工作流
7.12.1 光照相关快捷键
| 快捷键 | 功能 | 使用场景 |
|---|---|---|
Shift + A | 添加光源 | 创建光照 |
Ctrl + L | 选择所有光源 | 批量调整 |
Shift + L | 选择类似光源 | 同类调整 |
H | 隐藏选中项 | 简化视图 |
Alt + H | 显示隐藏项 | 恢复显示 |
7.12.2 渲染相关快捷键
| 快捷键 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|
F12 | 开始渲染 | 全图渲染 |
Ctrl + F12 | 渲染动画 | 序列渲染 |
F11 | 显示渲染结果 | 查看结果 |
Shift + Z | 切换渲染视图 | 实时预览 |
Z | 视图切换 | 显示模式 |
7.13 疑难问题解决
7.13.1 渲染噪点问题
常见噪点来源
- 采样数量不足
- 光照设置不当
- 材质反射过于复杂
- 间接光照计算不足
# 降噪设置优化
denoising_setup = {
'use_denoising': True,
'denoiser': 'OPTIX', # 或 'OPENIMAGEDENOISE'
'denoise_pass': 'COMBINED', # 降噪通道
'denoising_prefilter': 'ACCURATE', # 预滤波
'use_denoising_start_sample': True, # 起始采样
'denoising_start_sample': 1 # 起始样本数
}7.13.2 光照过曝问题
# 曝光控制方法
exposure_control = {
'method_1': '降低光源强度',
'method_2': '调整世界曝光值',
'method_3': '使用色调映射',
'method_4': '增加填充光平衡'
}7.13.3 阴影伪影处理
# 阴影问题解决
shadow_fixes = {
'acne': '增加阴影偏移值',
'peter_panning': '减少偏移值',
'soft_shadows': '增大光源面积',
'cascade_shadow': '调整级联设置'
}本章小结
本章系统学习了3D光照与渲染的核心技术：
- 光照理论：理解了光的物理特性和光照模型
- 光源使用：掌握了各类光源的特点和应用
- 环境光照：学会了HDRI和程序化天空的使用
- 渲染引擎：对比了Cycles和Eevee的优劣
- 高级技术：掌握了体积光、光线追踪等效果
- 实战应用：通过项目练习提升了实际操作能力
光照是3D艺术的核心技能，需要大量的实践和观察来培养光影感觉。在下一章中，我们将开始学习动画制作的基础知识。
持续提升
多观察现实世界中的光影变化，分析不同时间、天气下的光照特点，这将极大提升你的光照设计能力。