Maya基礎教程-自然光解讀教程

　　CG中，破曉場景燈光，主光一般設置為紅色，補光選擇深藍色，光比大約8:2，燈光與地麵夾角5-25度。其實此時陽光與地夾角並沒有這麼大，但是CG畫麵中如果角色或物體投影過長會讓畫麵很堵，所以此時燈光與地麵夾角的寬容度比較大。圖dawn.image4是筆者對這個時段光線的演示。

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早晨/午後
　　當太陽升起以後，我們便進入了白天。當然，“白天”並不“白”，我們仍然能發現豐富的色彩。請看下圖daylight.image1，太陽光經過大氣，射到地麵後呈現出黃色，而一些背對著太陽的地方呈現出很深的藍色。黃藍——暖色冷色的對比體現著一種色彩上的美感，但是自然光之所以給我們這樣的視覺感受，不是因為它深諳美學原理，而是因為那深藏在它背後的自然規律。

　　天空為什麼是藍色的？這並不是一個充滿童稚的問題，直到1871年，瑞利（Lord John William Strutt Rayleigh 1842~1919,1904年獲得諾貝爾物理學獎）提出的瑞利散射理論才圓滿得解釋了這個問題。白天得時候太陽照射地球表麵，太陽光在穿過大氣層時，各種波長的光都要受到空氣的散射，其中波長較長的波散射較小，大部分傳播到地麵上，這些光綜合起來呈現出黃色。而波長較短的藍、綠光，受到空氣散射較強，天空中的藍色正是這些散射光的顏色，因此天空會呈現藍色，就如圖daylight.image2所描述的那樣。平日裏，我們看到大海所呈現出的藍色也是因為散射造成的，但曾經在很長一段時間裏，包括瑞利在內的許多人都認為大海的藍色是因為反射了天空的散射光所造成的。 1921年，拉曼（Sir Chandrasekhara Venkata Raman, 1888-1970,1930年獲得諾貝爾物理學獎）在海上旅途中的發現讓我們了解了真相，它從前文提到過的布儒斯特角觀察海麵並用尼科爾棱鏡過濾掉了S光 ，從而看到不受藍天影響的大海，這樣的大海呈現出一種與平日相比更深沉的藍色，這就是光在水中散射的結果。

　　同樣是白天，陰天和晴天又有所不同。陰天的雲層很厚，而且大顆粒物較多，少量陽光照射到雲層上發生丁達爾散射（白光散射後仍然是白光），大量陽光遇到雲層後直接漫射開來，整個天空就像是一塊大的柔光布，所以陰天的自然光很少有顏色上的傾向而顯現出灰白色。

　　CG中，早晨/午後場景燈光，主光一般設置為黃色，補光選擇藍色，光比大約7:3。因為燈光與地麵的夾角與一天中不同的時段有關，另一方麵也與地球在公轉軌道上的位置有關係，所以燈光與地麵夾角幾乎可以是任意的。圖daylight.image4是筆者對這個時段光線的演示。

　　如圖daylight.image5，太陽照射方向在東西方向分量與地麵的夾角叫晨昏角，這個角度與一天中不同的時段有關，一般太陽在正午升到最高；太陽照射方向在南北方向分量與地麵的夾角叫太陽高度角，這個角度與地球在公轉軌道上的位置有關。在中國，北回歸線以北地區，每年6月22日前後太陽高度角達到最大值。

注:
太陽高度角具體的計算公式如下：


圖片附件: formu4.gif (2007-3-17 13:31, 203 bytes)


H為正午太陽高度，w為當地的地理緯度，S為太陽直射點的地理緯度。


圖片附件: daylight_image5.jpg (2007-3-17 13:31, 36.49 K)

　　當然，燈光師很少被指定設計某一天某個時間點在某個緯度的燈光，更多是被要求泛設計早晨/下午的燈光。這個時候，我們根據劇本和畫麵的要求來具體設計燈光的位置，正如前麵所述，這段時間的陽光幾乎可以在任何位置出現。
　　那麼，早晨和午後的又有多大的區別呢？其實，兩者並無實質上的區別，隻是在晨昏角上存在互補的關係。但是，我們經常在一些動畫電影中感到早晨和午後的燈光的不同，這僅僅是出於動畫藝術風格的需要，為了把兩個時段區分開，我們有時故意把早晨的主光設置成冷色，補光設置成暖色；或是讓早晨冷色的成分多一些，下午暖色的成分多一些等等，這些藝術風格上的要求不一而足。
　　正因為早晨/午後的自然光有了這些特性，它們便成了我們敘事與表達畫麵的強有力要素。首先這個時段的主光方向的選擇比較多；其次這個時段的光比為7：3，稍微改變一下這個比例就能很輕易得達到，4：1的高比調或2：1的低比調；再次這個時段的光所產生的明暗關係中有豐富的冷暖變化。這樣的可調性使得燈光師的想法表達更為靈活。這個時候的燈光適合用來敘事，早晨的自然光更多給人輕快的感覺，有時也用來表現盛大的或喜悅的場麵，下午光線的感情傾向相對弱一些，用以表現一些嚴酷的環境是一個不錯的選擇。

正午
　　相對於早晨/午後的自然光來說，正午的燈光並沒有奇特之處。這個時段的主光仍然是黃色，補光仍然是藍色，原理同早晨/午後。但是因為正午是一天中陽光照射最強烈的時候，所以自然光中的很多要素都被極端化了。
　　首先是主光方向，太陽達到了一天中的最高點，從早晨的側光變成了中午的頂光。一般而言，生硬的頂光效果不甚理想，很容易投下很濃重的投影。人若處在這樣的光線之中，由於眉弓、顴骨等處的凸起，就像圖midday.image1中的石膏像那樣，會產生另人不愉快的投影。對於女性角色而言，這樣的投影幾乎是致命，很容易暴露不美之處。如果我們不得不處理正午的燈光，應盡量把燈光傾斜一些。上一節已經講到，北回歸線以北地區、南回歸線以南地區，全年中太陽都不可能出現在正上方，即使在南北回歸線之間的地區，全年太陽也隻有兩次直射地麵的機會。當然，直射的光線並非總是那麼可惡。由於光線垂至於地麵，當它照射到水麵上時，菲涅爾效應很小，所以這個時候水看上去是很清澈的。

　　薄暮是黃昏的一種延續，我們有時也稱這個時候的光線為染山霞，我們所熟悉的《指環王》中有許多鏡頭為我們演繹了這個時候的光線(sunset.image2)。太陽已經下了地平線，不存在陽光對地麵的直射，但是陽光仍然能照射到西方的天空，形成紅色的散射光，但由於強度小了很多，和高層大氣產生的藍散射光“混合”，便產生了十分美麗的品紅色的霞光。但是，這種現象也不是絕對的，隻有當空氣中水分含量比較少時，才能產生染山霞。如果空氣中水分含量比較多時，光線會在其中各種難以預測的散射，有時甚至會得到綠色的散射光。不僅如此，由於薄暮時的光線不再含有太陽的直射光，所以此時的光線在物體表麵多次反射或折射後，人眼便不一定再能感覺到。一個直觀的現象是，這是時段中，高級寫字樓上的玻璃對環境仍然較強的反射，但是樹木（表麵粗糙）的光感便不再那麼強烈了。

　　薄暮場景燈光，主光一般設置為品紅色（可以考慮用燈光陣列），補光選擇紫色，光比大約6:4，燈光與地麵夾角5-20度。此時，物體的投影都是比較柔和的。圖sunset.image4是筆者對這個時段光線的演示。

　　黃昏/薄暮的光線擁有諸多個性，首先這個時段光線角度較低，投影麵積比較大，所以能很好得塑造形象；其次這個時段光線對比不強，畫麵中的物體不會產生死黑的部分，都能表現出較多細節；再次，橙－紫光亦或粉－紫光都是和諧的光線組合，也是使光線出彩的組合；最後，合理運用攝影中的一些手法，亦能獲得十分有個性的畫麵效果，比如人物在逆光效果下的剪影效果。可見，黃昏/薄暮時段的光線可以提供給燈光師很多選擇，也讓燈光師有額外的發揮餘地。如果考慮到這個時段光線塑造力很強，情節的轉折、衝突、推進都適合在這個時候來表現；如果考慮到這個時段光線具有冷、暖雙重特性，各種陰暗或是隆重的場麵在這個時段都有表現的餘地；如果考慮黃昏是一天中能看到陽光的最後時段，那麼燈光師便能使之表現一種落寞的氣氛等等。可以說，隻要我們考察黃昏/薄暮的角度不同，就能表達出不同的情緒，這個時段的內涵不是筆者用寥寥文字能盡述的。

夜晚
　　黃昏和薄暮轉瞬即逝，隨之而來的便是漫長的夜晚。盡管目前3＋1種猜測說仍然不能完美地解釋月球的起源，但是，我們還是要感激這顆地球衛星的存在，它使得地球的夜晚不再徹底地黑暗。
　　太陽光在月球上經過漫反射後到達地球，期間經過大氣形成散射光。這個過程和原理已經在前文花大筆墨闡述。但是和白天不同的是，晚上的光線十分微弱，一些暖色光和散色光混合以後，顯現出銀白色甚至於寶石籃的顏色，圖night.image1所展示的是一幅十分美麗的桂林夜景。值得注意的是，盡管晚上的光線十分昏暗，但是，在這昏暗中仍然充滿了變化。這些變化與月亮的位置、月相、雲層厚度都存在各自的關係。這樣的原理前文也已經提到，這裏是同樣的道理。變化歸變化，但有一點是始終不變的：在夜晚，除了被人工光源照亮的地方，地麵的光線總間接來自於天空，所以地麵總是比天空要暗。有時，我們不經意就把地麵的顏色調得比天空亮，可能一時間反應不過來哪裏出了問題，但總是會覺得畫麵很奇怪。

　　CG中，夜晚場景燈光，主光一般設置為藏青色，補光選擇籃色，光比大約6:4，燈光與地麵夾角可以為任何角度。一般情況下，燈光師不會被要求設計特定日期的月光。所以滿月便是最好的選擇，當月相為滿月時，我們整晚都能看到最亮的月亮。圖night.image4是筆者對這個時段光線的演示。

注:
　　月亮在天空中出現是有規律的。和太陽一樣，它也是東升西落，但是周期和太陽的不同。有時它會和太陽同時掛在天上，但是白天的天空太亮，我們便感覺不到它的存在。農曆上半月，月亮從朔到望（即由虧到盈、由缺到圓），月亮位於太陽的東邊，在日落以前已從地平線上升起，出現在天空。新生的蛾眉月，常在太陽升起後不久就升起，黃昏後已出現在西方天空，月牙的弓弧向西，但不久即消失在西方上的天空。弦時，月亮在正午升起，18點左右出現在南方天空，弓弧向西。滿月時，太陽從西方地平線上落下時，月亮正好從東方地平線上升起。農曆下半月，月亮從望到朔、即由盈到虧（由圓到缺）的月相稱為殘月，殘月位於太陽的西邊，在日出以後月亮才從地平線上落下。下弦時，月亮在半夜0點左右出現在東方的地平線上，弓弧朝東。蛾眉月（殘月）出現在黎明前的東方天空，月牙弓弧向東，但不久即消失在東方天空中。夜晚看到月亮時間的長短可根據月亮圓缺的情況推測出來，月亮愈圓，夜晚看到月亮時間愈長；月牙愈窄，夜晚看到月亮時間愈短。如新月（朔）整夜不見，上弦月上半夜能看到，滿月整夜可見，下弦月下半夜能看到。下表歸納了這些現象。(night.image3)

　　如果按照上述燈光設置的方法，藏青－籃屬於相鄰的色係。這樣的補光方法會顯得比較單調。但索性，晚間我們可以通過人工光源來補充自然光的這一不足。由於色溫的關係，人工光源呈現出暖色或是中性的綠色（一些熒光的物體），這和夜晚的自然光正好形成一種有益的互補。如果夜晚場景含有人工光源，人工光源將成為主光，它的形式是點光源。主光選擇暖色，補光選擇冷色。光比大約8:2。圖night.image4是筆者對這個聯立光線的演示。

　　純粹的夜晚光線適合用來表現一種寧靜的氣氛。這種寧靜可以視為可怕、緊張，也可視為安詳，表達的內容始終比較有限。而此時段的光線一旦和人光光源聯合作用，便產生了新的語境。人光光源可以出現在任何位置，頂光、底光、側光、逆光甚至正麵光都成了燈光師表達畫麵的語句。可以說，隻要通過燈光師的加工，這時的光線除了含有它“黑暗的”、“衝突的”、“神秘的”的本意外，還能擁有其他任意的氣氛和情緒。(night.image5)

總結
關於自然光的解讀，行文至此差不多該收筆了。此文有別於平時比較多見兩類文章，一類是關於燈光與渲染的技術文章，另一類關於色彩、色溫理論的應用。目的旨在讓讀者從光線性質以及更微觀的角度來理解CG中的燈光。相信細心的讀者能察覺到，文中雖有多處花了濃重的筆墨解釋光線，但遠未為到淋漓盡致的程度。一者因為在某些現象上，筆者自身未能尋求到一個滿意的答案，再者因為篇幅關係，很難麵麵俱到，譬如色溫等一係列概念都未作深入探討。相信讀者心中自有一番獨到的見解。 如有問題可致信筆者一起探討tinyglobe@hotmail.com，或光顧筆者主頁留言www.tgjay.com，歡迎的大門將永遠敞開。最後，將此文獻給所有讀者，讓那些對於自然光不可捉摸的困惑一散而盡吧。