三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用思考

張瀚

本文對三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用作了分析，并從三維燈光模擬技術國內外研究現狀、水平和發展趨勢、三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用意義與目標、具體內容與應用中擬解決的相關問題等四方面進行了介紹。

三維模擬技術可以模擬出很多自然現象，也可以模擬出一些虛幻場景，這在建筑設計、工業設計等領域有著廣闊的應用前景。隨著計算機硬件性能的提高，三維模擬的應用價值日益凸顯。建筑空間燈光照明的模擬是三維模擬技術領域的一個重要研究熱點。

三維燈光模擬技術國內外研究現狀、水平和發展趨勢

國外在三維模擬仿真技術方面，發展起步領先于國內。從1962年Morton Heilig發明了真實感全景仿真機開始，3D模擬仿真技術在國內外逐漸得到了研究者的廣泛關注。美國的研究水平代表了國際3D模擬仿真的發展水平。北卡羅來納大學（UNC）的計算機系是進行虛擬現實研究最早的大學之一，主要研究建筑仿真等。美國UCLA大學的城市仿真小組最為著名，從90年代中期開始虛擬城市仿真與顯示的研究，致力于“虛擬洛杉磯”項目，至今已成功完成十多個城市的3D模擬仿真。

在國內，早年的室內設計表現都是以傳統手繪的形式出現。一直到2000年左右，國內才開始將三維模擬技術運用到室內設計中，但當時由于計算機硬、軟件發展的限制和制作者使用技術和經驗的尚未成熟，三維模擬技術的應用水平普遍不高。隨著計算機硬件和軟件的發展，隨著制作者經驗的不斷成熟，近年的室內設計表現幾乎都成了三維模擬技術的天下，大量的專業三維軟件不斷更新，并出現了專門的效果圖制作公司和三維場景動畫制作公司。

目前，在室內設計專業領域中，三維模擬技術主要應用在三維效果圖和三維場景動畫兩大方面，涉及模型、材質、照明、渲染、動態等多項技術。在對三維模擬技術的研究方面主要側重于介紹基本工具的使用等，大多數研究人員是站在純粹的軟件技術的角度對三維表現進行研究，在研究過程中，強調的是軟件技術本身的掌握和應用，但從室內空間照明與三維燈光渲染模擬技術的相互關系方面探討較少，三維燈光渲染模擬技術在室內空間照明設計中的應用研究還是不夠的。

三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用意義

意義在于利用室內空間三維模型進行燈光照明設計時，通過選擇和設置燈光的照明參數，設計師可以在室內空間中進行不同燈光的渲染模擬和仿真教學。通過觀察燈光模擬和仿真效果，設計師便可以直觀地觀察到燈光設計的最終效果，以便于對照明方式作出正確的選擇。

三維燈光模擬技術在室內空間照明設計中的應用目標

節約燈光照明設計成本，方便進行更加直觀的設計，能夠在安裝施工之前就查看到在室內空間中的照明效果。我們借助3dmax三維建模軟件進行三維建筑空間的搭建，構建出逼真的空間場景，然后再將構建好的燈具三維模型導入到建筑空間中，為燈具填加照明的渲染模擬參數，進行渲染，讓設計師可以更好的分析照明設計的三維效果。

具體內容與應用中擬解決的相關問題

1.具體內容

3dsmax、VRay三維燈光渲染模擬技術要點梳理；國內外室內建筑空間照明方式與燈光表現方式的分析運用；3dsmax、VRay三維燈光模擬在室內空間照明設計中的具體運用以及在燈光設計過程中遇到問題的處理方法。

2. 擬解決的相關問題

（1）室內建筑空間模型與燈具模型的優化問題

為了保證三維燈光渲染模擬的最終教學效果，必須借助3dsmax三維建模軟件進行三維建筑空間的搭建與燈具模型的導入，并對其模型進行優化，構建出逼真的空間場景，為燈光渲染打下基礎。

（2）燈光的模擬方式與室內建筑空間照明環境的匹配問題

光影效果是室內設計方案美感的靈魂。教學中在對燈光模擬方式進行選擇時，既要考慮整體光照效果，也應注意與季節、時間、地域等環境因素的協調統一，同時還要注意顏色、亮度、投射角、衰減度、陰影等方面與整體建筑空間照明的匹配。

三維燈光的常用模擬方式主要有如下幾種：3dsmax自帶的Target Spot（目標射燈）和Omni（泛光燈）、光度學的光域網文件、VRay系統自帶的VRayLight等。其中，Target Spot（目標射燈）與光度學的光域網文件具有明確的照射方向和照射范圍，可以對物體進行選擇性的重點照明，通常用來模擬石英射燈和金鹵射燈的照射效果；Omni（泛光燈）是由一個點發散照亮周圍物體，沒有特定的照射方向，通常用來模擬基礎照明；VRay系統自帶的VRayLight主要是面照明，可以用于整體照明和暗藏燈帶的裝飾線型照明。教學中針對性地選用恰當的燈光模擬方式是室內建筑空間照明達到最終效果的關鍵所在。

（3）三維燈光渲染的設置與室內建筑空間家具模型材質顏色的色溢問題

三維燈光渲染最終效果除了與燈光本身光強度、倍增值等設置參數有關系之外，還與室內建筑空間家具本身的材質顏色、反光、肌理等要素相關。在教學渲染過程中，為了避免室內建筑空間色調出現整體偏色、色溢等刺激影響視覺的現象，必須結合材質編輯器里面家具材質反射值的調整來有效控制家具顏色的反射，從而達到視覺環保的目的。

（作者單位：重慶城市管理職業學院）