彭双

摘 要：以vray渲染来替代3dsma软件的线性渲染引擎更具有较强场景渲染实用性，基于对渲染引擎原理的分析研究，解决了三维场景中真实光影效果仿真。通过Vray 渲染引擎的布光系统研究对室内自然光、人造光源等照明方式的模拟实例对比;对自然界天光、太阳光的照射光影模拟实例对比，研究出一套完整的布光系统，得出Vray 渲染引擎的光源系统用于模拟现实物理世界中真实的光源照射的情况，光影效果能够达到仿真效果。vray渲染引擎比3dsMax线性渲染引擎计算时间根快，仿真效果更真实。

关键词：VRay;渲染;引擎;光影仿真;三维场景

中图分类号：TP391文献标识码：A文章编号：2096-0905（2020）08-0-02

在对Vray渲染引擎中的灯光系统的仿真技术分析研究，以vray渲染来替代3dsma软件的线性渲染引擎，模拟真实光影达到仿真效果。三维场景中光影仿真程度取决于渲染引擎的模拟技术。跟渲染引擎紧仿真度密相连的是相应的灯光模拟技术，不同的渲染引擎有相应的灯光系统。Vray渲染引擎结合了光线跟踪和光能传递的渲染器，使用专业的全局照明系统、精确的光影跟踪、渲染速度快以及易用性和兼容性成为主流渲染引擎。Vray渲染引擎模拟真实世界场景，使用全局光照引擎模拟光线传播进行分析，得出其真实的光线仿真计算，内核采用了Quasi-Monte Carlo算法加快运算速度，在同样的光影场景下，Vray渲染引擎的渲染速度是线性渲染引擎2倍以上。

一、基于VRay渲染的自然光影认知

（一）自然光源产生的光线认知

在物理世界中主要的自然光就是太阳，也是最大的自然光源，通过太阳的照射给大自然带来了丰富而又美丽的变化。太阳照射角度和位置的不同，就出现了日出、日落使自然界有了冷暖的变化。上午太阳光在大气层中穿越的距离最远，大气的混浊度也比较高，上午天空的颜色色调偏冷，随着时间递增太阳照射强度加强，天空呈现出由冷转暖的色调过度，颜色层次较弱;阴影颜色模糊，有明显衰减。正午时间太阳照射的角度呈90度，光源离地面最近，太阳光直射最强，对比强烈。阴影浓重，阴影的层次变化不明显。下午随着角度得改变，太阳离地面更远，“照射的对比度也慢慢地降低，同时饱和度慢慢地增加，天光产生的阴影也随着太阳高度的下降而变得更加丰富。”[1]日落的时候，阳光照射得光线和对比度再次变弱，太阳光的颜色变成橙红暖色调，阳光和天光得映射使天空得色彩变得更为丰富，阴影的色彩和天空的暖色调形成极大的反差，颜色更深色调更冷，阴影根据太阳位置的变化被拉长，阴影柔和。

（二）人造光源产生的光线认知

人造光源弥补了自然光照射的缺失，光线幽暗的环境和夜晚需要人造光源照明。室内光照也因环境的功能、照明的需求、营造的气氛形成了一套照明系统。“设计师在进行室内设计时，更多地思考如何去处理光与造型、光与空间、光与色彩、光与材质等所产生的“光”环境艺术效果。”[2]人造光源可分为集中照明、装饰照明和基础照明三种形式相互结合，形成丰富的光影变化。

二、VRay渲染引擎的光照系统

“建筑设计方面的要求，局限性要大很多，不仅要求渲染技術和灯光效果，还要求能模拟出更真实的场景效果。”光影效果的构成要素包括室内自然光，室内人造光源的照明方式和室内灯光的款式以及天光、太阳光的照明亮度和阴影。VRay渲染引擎的光照系统能够很好的完成光影效果的仿真。

VRLitght主要原理是从一个设置的形状区域开始发布能量光源，在区域内的光源能量是均匀模拟，超出参数设置区域的能量逐步衰减。VR光源按照形状有三种分布形式：平面、球体以及圆形。光源能量均是按照设置的形状发布光能。平面光源会按照创建平面大小以及箭头方向一侧平均发布光源，超出区域光能按照距离逐步开始衰减。球体光源所呈现的形状是圆球状，光源在球体内部按照光能参数进行点式照射。圆形光源会按照创建圆形大小以及箭头方向一侧平均发布光源，同样超出区域的光能按照距离逐步开始衰减。

三、基于真实光线渲染引擎的工作原理

（一）VRay渲染引擎类型

VRay渲染引擎中最核心的技术是采用了全局光照原理。“全局光照（Global Illumination）简称GI，传统的线性渲染引擎只考虑直接光照，不考虑反射光，但全局光照包括了直接光照和间接光照，正因为如此，全局光照系统能够真实地表现场景灯光。”直接光照是将光源发出的光能直接照射到场景上的物体所形成的光影效果，间接照明是光源发射的光能经由场景中其他物体表面反弹后照射在某些物体表面所形成的光影现象。

（二）VRay渲染技术分析

VRay渲染面板中图像采样抗锯齿、颜色映射、GI引擎是三个关键数值，直接影响渲染质量和仿真效果。

图像采样抗锯齿中有三种类型，固定是默认模式，测试时使用提升渲染速度。自适应DMC模式会产生大量模糊反射，显现微小细节，渲染速度慢。自适应细分模式细节程度不理想，主要运用于大量镜面反射。

四、VRay渲染引擎光影仿真布光系统构建

“灯光的角度、数值的大小、面片的选择都会影响到材质质感的效果;从物理方面考虑如何体现灯光、材质效果的表现，也就要求要加强对生活的认识和物理知识;”通过Vray渲染引擎的布光系统研究对室内自然光、人造光源等照明方式的模拟实例对比;对自然界天光、太阳光的照射光影模拟实例对比，研究出一套完整的布光系统。

通过表1中两种日光模拟方法的对比，第一种利用环境光、天光结合太阳光的模拟方式使用了3DMAX自带的TargetDirectionalLight目标平行光结合环境光，虽节省了时间但是光影效果差，达不到仿真模拟的效果。第二种光源是利用VR面片光结合VR太阳光的模拟方式使用了VRay渲染引擎中的VRLitght、VRaySun两种灯光，这种方式模拟光影效果真实，能够达到仿真的效果，但同样达到仿真的同时，VRLitght的阴影出现杂点，需要调高渲染的参数，使电脑计算时间慢，渲染时间加长。需要在后期渲染时对光子贴图进行保存来节省计算时间。

五、结束语

通过大量实践研究，提出布光技术，使用Vray渲染引擎算法来模拟现实中的光影光照效果，使其渲染效果能够逼真的反映出物理世界中的光源照射情况。最后得出真实光线物理特性的VRay渲染引擎比线性渲染引擎灯光仿真技术从效果和速度上都具有明显优势。Vray 渲染引擎带有自己的光源系统，Vray Light、Vray Sun、VRay IES。通过Vray 渲染引擎的布光系统研究对室内自然光，室内人造光源等照明方式的模拟实例对比;对自然界天光，太阳光的照射光影模拟实例对比，研究出一套完整的布光系统，得出Vray 渲染引擎的光源系统用于模拟现实物理世界中真实的光源照射的情况，光影效果能够达到仿真效果。vray渲染引擎比常规的线性渲染引擎要节省更多时间，效果更真实。

参考文献：

[1]赵扬.光影在3Dsmax和Vary渲染艺术中的影响和表现[D].景德镇陶瓷学院，2012.

[2]孙德明.谈室内艺术照明设计[J].华侨大学学报（哲学社会科学版），2006（02）：128-132.