三维动画灯光的设计与构思

摘 要：三维灯光设计它是数字的、虚拟的、具有实验性的电脑图形艺术，三维灯光设计构思中需要考虑以下几个方面：物理光学原则、合理的色调范围、光照布局的原则、隐喻光，三维灯光让设计师具有了创新的艺术表现工具。

关键词：三维灯光；电脑图形艺术；渲染

在动画、电影特效、游戏设计、舞台设计、产品设计、环境设计等领域，三维灯光设计已经成为不可或缺的设计手段。与传统的舞台摄影灯光师不同，三维灯光设计师的创作工具是使用电脑图形软件，运用物理光学原理及绘画摄影的视觉原则进行设计创作，三维灯光设计与构思需要考虑以下几个方面。

1 物理光学原理

三维灯光设计依赖视觉的真实体验，因此遵循自然的光学原理。真实视觉理解的光线是由光与投影共同组成的。自然中，光的传播方式包含直射、散射，当光遇到物体被反射、折射或吸收，光线在不同物理性质的表面产生镜面反射（specular reflection）或漫反射（diffuse reflection）的状态。当光线穿过透明物体，会有折射现象，不同材质透明体的折射率并不相同，并且光线会在透明体的阴影处以及周围产生焦散效果。灯光设计时需要理解这些基本的物理现象，来创作生动真实的视觉效果。例如，在作品中水里的物体必须考虑折射效果，否则就会让画面效果看起来虚假，经不起推敲。因此，灯光设计师必须深入理解基本的物理光学原理。

2 合理的色调范围

优秀灯光设计作品除了创意、构图等因素，最重要的就是有丰富的色调细节，技术用语就是合适的色调范围（TONAL RANGE），色调范围就是白到黑的色调数目，其实就是对比度，好的色调范围不会让作品看起来太单薄，恰当的灯光设计作品，高光部分也没有那么夸张，尤其是在过渡的色彩比较丰富。比较经常出现的设计问题是画面对比度过分强烈，光线和阴影的强度都太大了，亮部层次少，或者根本看不到过渡细节信息，只有大片的纯色。因此，色调范围是虚拟灯光设计的数字图形学理论参考依据。三维虚拟灯光为了实现对真实自然光的捕捉表现，获得层次更丰富的图像色调范围，会使用高动态范围（HDR）灯光。例如，CG大片《阿凡达》中的如梦如画的外星奇幻画面，就使用了HDR图像作为灯光来“照亮”场景，以获得更虚拟环境的梦幻照明效果。如果仅仅依靠标准的灯光作为照明，是不可能获得身临其境的视觉体验的。

3 光照布局原则

三点光照概念源自好莱坞的电影灯光艺术理论，到目前这种灯光设置的理论对灯光设计仍有极大的应用价值。三点光照是指三种类型光源，主光源、辅助光以及轮廓光。主光源通常是在摄像机左侧或右侧45的方向，是场景中最亮的光源。辅助光，通常是在和主光成90度角的地方，作用是为了调节整体的亮度，照亮暗部，避免主光源所所产出的太过于黑的暗色阴影。最后一种是轮廓光，他从主体物的背后照射，当你的背景是暗色的时候它就变得很重要，它的作用是在主体物的边缘产生亮光，把主体物与背景区分出来，这就是我们通常说的三点光照。

虽然古代艺术家没有具体的提到三点光照，但是对普拉多美术馆和诺顿西蒙博物馆里超过200幅画作的调查中发现，75%的作品的光源都来自左上方，这表明历史上人们很早就认识了三点光照，人类喜欢从上到下打光的习惯，因为我们居住在地球上，太阳光从天空照射我们，所以我们会习惯的从上方照射物体，这也是我们为什么会觉得从下向上照会很诡异吓人，因为这违背了自然规律法则。三点光照是符合规律的最简单、高效，能快速掌握的打光方法。

电影《变形金刚4》中擎天柱在山洞中的镜头，为了表现角色的高大威猛，设置了正前方仰视的中景镜头，主光源自摄像机右边45度的地方，然后在镜头左边有辅光照明，和主光成90度。在肩膀手臂处还有微弱的轮廓光放出冰冷的金属光泽，它只是在人物后侧面照射出的一些光，用来使擎天柱和漆黑的山洞背景区分开，这些光线都是非常重要的，如果这里只使用主光，人物就会显得漆黑单调，轮廓光通常在暗色背景下显得清晰明确，它能使人物和背景区分开，在亮色背景下似乎显得没有那么突出，不过仍然需要有效的去使用，如果把这三个光源孤立的分开使用，效果并不突出，但整合起来运用就会让角色更加真实立体，画面更具有说服力。

4 影片的艺术风格

为场景设置灯光造型首先要考虑的是画面的主题风格，并围绕画面想要的意境设置灯光布局。当然，真实可信是必要的，但是没有必要完全的写实，也就是常说的是艺术表现的真实，完全的写实有时不能使一幅画面看起来是最好的，所以需要深入思考画面的主题和意境，如何才能让观看者觉得你的画面更有艺术设计感。动画片《虫虫特攻队》在制作的开始阶段，皮克斯公司的灯光师对到底采用什么画面的风格，能够抓住观众的眼睛一筹莫展，经历多种努力尝试之后，他们最终决定从昆虫的视角来讲述这个虫子王国故事，于是摄影师在树叶草丛的下面架设了微型摄影机观察，接着被眼前的图像惊呆了，树叶背面投射出了明亮的黄绿色。同时，蓝色的天空与半透明植物的色彩搭配非常的抢眼，制造了柔和的光影效果。这就是他们寻找的视角与风格，这种画面风格是以前从未尝试过的，显得那么吸引人。因此，在设计画面的照明风格时，创作者首先要明确画面真正想要表达的是什么，故事所要传递的核心思想，角色的视角和观点，然后才可以考虑出，什么样的灯光使用方式适合这个作品，或者是通过什么方式才能表达出感觉和创意。

5 隐喻光

所谓隐喻光，就是在画面内看不到实际物像，通过光线在画面内产生的投影或其他效果，使观众通过联想猜测暗示出画面外的人、事和物。隐喻光可以画面中的故事更具有完整性，扩大了画面的想象空间。奥斯卡获奖短片《大教堂》在灯光的设计上可谓独具匠心，以光为线索塑造勾勒了虚幻的宗教故事，表现了殉道者的为理想献身的精神，短片以光在画面的变化为线索，表现了奇幻的宗教建筑创建历程。当早晨的光芒一点点地穿过神秘的教堂，神柱上殉道先贤们显露痛苦表情，最后的殉道者站在教堂的尽头，等待最后时刻的到来。阳光照射的一刹那殉道者化身生长成无数的枝干，成为华美的教堂建筑的一部分。整个故事气势恢宏，光线细微的变化时刻隐喻着重要时刻的到来，直到最后一刻的悲剧结局，光在这里起到了推动以及暗示重要事件结局的作用。

三维灯光设计构思的理論要素众多，有物理光学效果严谨表达，有传统绘画风格的影响、有对影视灯光艺术的理论借鉴，有对电脑图形技术的运用。总之，它是吸收众多艺术和技术要素的新兴艺术，我们有充分理由期待它能带给观众更震撼人心的视觉效果，以及带给设计师更具创意的艺术表现手段。

参考文献：

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