三維動畫燈光的設計與構思

周渝果

摘 要：三維燈光設計它是數字的、虛擬的、具有實驗性的電腦圖形藝術，三維燈光設計構思中需要考慮以下幾個方面：物理光學原則、合理的色調范圍、光照布局的原則、隱喻光，三維燈光讓設計師具有了創新的藝術表現工具。

關鍵詞：三維燈光；電腦圖形藝術；渲染

在動畫、電影特效、游戲設計、舞臺設計、產品設計、環境設計等領域，三維燈光設計已經成為不可或缺的設計手段。與傳統的舞臺攝影燈光師不同，三維燈光設計師的創作工具是使用電腦圖形軟件，運用物理光學原理及繪畫攝影的視覺原則進行設計創作，三維燈光設計與構思需要考慮以下幾個方面。

1 物理光學原理

三維燈光設計依賴視覺的真實體驗，因此遵循自然的光學原理。真實視覺理解的光線是由光與投影共同組成的。自然中，光的傳播方式包含直射、散射，當光遇到物體被反射、折射或吸收，光線在不同物理性質的表面產生鏡面反射（specular reflection）或漫反射（diffuse reflection）的狀態。當光線穿過透明物體，會有折射現象，不同材質透明體的折射率并不相同，并且光線會在透明體的陰影處以及周圍產生焦散效果。燈光設計時需要理解這些基本的物理現象，來創作生動真實的視覺效果。例如，在作品中水里的物體必須考慮折射效果，否則就會讓畫面效果看起來虛假，經不起推敲。因此，燈光設計師必須深入理解基本的物理光學原理。

2 合理的色調范圍

優秀燈光設計作品除了創意、構圖等因素，最重要的就是有豐富的色調細節，技術用語就是合適的色調范圍（TONAL RANGE），色調范圍就是白到黑的色調數目，其實就是對比度，好的色調范圍不會讓作品看起來太單薄，恰當的燈光設計作品，高光部分也沒有那么夸張，尤其是在過渡的色彩比較豐富。比較經常出現的設計問題是畫面對比度過分強烈，光線和陰影的強度都太大了，亮部層次少，或者根本看不到過渡細節信息，只有大片的純色。因此，色調范圍是虛擬燈光設計的數字圖形學理論參考依據。三維虛擬燈光為了實現對真實自然光的捕捉表現，獲得層次更豐富的圖像色調范圍，會使用高動態范圍（HDR）燈光。例如，CG大片《阿凡達》中的如夢如畫的外星奇幻畫面，就使用了HDR圖像作為燈光來“照亮”場景，以獲得更虛擬環境的夢幻照明效果。如果僅僅依靠標準的燈光作為照明，是不可能獲得身臨其境的視覺體驗的。

3 光照布局原則

三點光照概念源自好萊塢的電影燈光藝術理論，到目前這種燈光設置的理論對燈光設計仍有極大的應用價值。三點光照是指三種類型光源，主光源、輔助光以及輪廓光。主光源通常是在攝像機左側或右側45的方向，是場景中最亮的光源。輔助光，通常是在和主光成90度角的地方，作用是為了調節整體的亮度，照亮暗部，避免主光源所所產出的太過于黑的暗色陰影。最后一種是輪廓光，他從主體物的背后照射，當你的背景是暗色的時候它就變得很重要，它的作用是在主體物的邊緣產生亮光，把主體物與背景區分出來，這就是我們通常說的三點光照。

雖然古代藝術家沒有具體的提到三點光照，但是對普拉多美術館和諾頓西蒙博物館里超過200幅畫作的調查中發現，75%的作品的光源都來自左上方，這表明歷史上人們很早就認識了三點光照，人類喜歡從上到下打光的習慣，因為我們居住在地球上，太陽光從天空照射我們，所以我們會習慣的從上方照射物體，這也是我們為什么會覺得從下向上照會很詭異嚇人，因為這違背了自然規律法則。三點光照是符合規律的最簡單、高效，能快速掌握的打光方法。

電影《變形金剛4》中擎天柱在山洞中的鏡頭，為了表現角色的高大威猛，設置了正前方仰視的中景鏡頭，主光源自攝像機右邊45度的地方，然后在鏡頭左邊有輔光照明，和主光成90度。在肩膀手臂處還有微弱的輪廓光放出冰冷的金屬光澤，它只是在人物后側面照射出的一些光，用來使擎天柱和漆黑的山洞背景區分開，這些光線都是非常重要的，如果這里只使用主光，人物就會顯得漆黑單調，輪廓光通常在暗色背景下顯得清晰明確，它能使人物和背景區分開，在亮色背景下似乎顯得沒有那么突出，不過仍然需要有效的去使用，如果把這三個光源孤立的分開使用，效果并不突出，但整合起來運用就會讓角色更加真實立體，畫面更具有說服力。

4 影片的藝術風格

為場景設置燈光造型首先要考慮的是畫面的主題風格，并圍繞畫面想要的意境設置燈光布局。當然，真實可信是必要的，但是沒有必要完全的寫實，也就是常說的是藝術表現的真實，完全的寫實有時不能使一幅畫面看起來是最好的，所以需要深入思考畫面的主題和意境，如何才能讓觀看者覺得你的畫面更有藝術設計感。動畫片《蟲蟲特攻隊》在制作的開始階段，皮克斯公司的燈光師對到底采用什么畫面的風格，能夠抓住觀眾的眼睛一籌莫展，經歷多種努力嘗試之后，他們最終決定從昆蟲的視角來講述這個蟲子王國故事，于是攝影師在樹葉草叢的下面架設了微型攝影機觀察，接著被眼前的圖像驚呆了，樹葉背面投射出了明亮的黃綠色。同時，藍色的天空與半透明植物的色彩搭配非常的搶眼，制造了柔和的光影效果。這就是他們尋找的視角與風格，這種畫面風格是以前從未嘗試過的，顯得那么吸引人。因此，在設計畫面的照明風格時，創作者首先要明確畫面真正想要表達的是什么，故事所要傳遞的核心思想，角色的視角和觀點，然后才可以考慮出，什么樣的燈光使用方式適合這個作品，或者是通過什么方式才能表達出感覺和創意。

5 隱喻光

所謂隱喻光，就是在畫面內看不到實際物像，通過光線在畫面內產生的投影或其他效果，使觀眾通過聯想猜測暗示出畫面外的人、事和物。隱喻光可以畫面中的故事更具有完整性，擴大了畫面的想象空間。奧斯卡獲獎短片《大教堂》在燈光的設計上可謂獨具匠心，以光為線索塑造勾勒了虛幻的宗教故事，表現了殉道者的為理想獻身的精神，短片以光在畫面的變化為線索，表現了奇幻的宗教建筑創建歷程。當早晨的光芒一點點地穿過神秘的教堂，神柱上殉道先賢們顯露痛苦表情，最后的殉道者站在教堂的盡頭，等待最后時刻的到來。陽光照射的一剎那殉道者化身生長成無數的枝干，成為華美的教堂建筑的一部分。整個故事氣勢恢宏，光線細微的變化時刻隱喻著重要時刻的到來，直到最后一刻的悲劇結局，光在這里起到了推動以及暗示重要事件結局的作用。

三維燈光設計構思的理論要素眾多，有物理光學效果嚴謹表達，有傳統繪畫風格的影響、有對影視燈光藝術的理論借鑒，有對電腦圖形技術的運用。總之，它是吸收眾多藝術和技術要素的新興藝術，我們有充分理由期待它能帶給觀眾更震撼人心的視覺效果，以及帶給設計師更具創意的藝術表現手段。

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