Lumion 光源的原理解說 Part 2 —特效

Monday, 20 July 2020

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Adam Ingram

The Lumion Collective 創辦人 Adam Ingram 熱衷於建築視覺化，在概念設計、視覺化、建造管理和 Civil Engineering 皆有經驗。並且創辦 The Lumion Collective 臉書社團。

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在 Lumion 中打光 – Part 2

在 Part 1 教學中，我們研究了一般光源的基本原理，以及在 Lumion 中可以找到的燈光類型。我們了解了 Lumion 中可用的燈光類型，以及它們在場景中的運作方式。以下再次重點提示：

聚光燈：精確計算的燈光並會產生陰影

區域光：單向平面燈。非常適合陰影照明、功能性照明。

點光源：全方位照明，可照亮所有表面。非常適合增加環境照明。

補光燈：可照亮面所有面向光源的表面，但準確性較低。最適合不需要精確照明的大空曠地區。

自發光材質：用途廣泛，可以套用在任何物件上。

用特效來打光

這些是我們要考慮的「物理」光源，就是可以，就是可以實際在場景中建立對移動的燈光。我們可以使用這些光源以具有美感的方式凸顯出場景中某些區域，同時也模擬出現實世界中照明的設計方式。特效面板讓我們可以調整燈光的行為，並真正發揮 Lumion 的潛力。為了明確示範如何使用每個效果，我將分成「環境」與「區域」兩大類型。

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環境效果

這些效果會影響場景的所有部分，並且受天空、雲層和太陽等全局屬性的影響。這些效果為我們奠定了蠻穩固的基礎，因為它們處理了很多涉及光線特性的技術。稍後我們會討論這些的意思。就本教學而言，環境光源效果將包括：

Sky light 天光
Sun 太陽光
Shadow 陰影

區域效果

這些效果在很大程度上會影響場景中的特定區域。它們還使我們進一步操控已設定的任何物理照明對象。將這些效果視為轉換器，它們使各個光源彼此之間，以及與我們建模的空間進行互動。這將產生一個連貫且光線充足的場景，遵循我們在 Part 1 教學中所討論的照明原理。

局部照明效果包括：

Hyperlight
Global Illumination 全局光照

Sky Light Effect 天光效果

「Sky Light」效果恰當的用來描述日照模擬器。使用來自天空貼圖資訊，Sky Light 可以模擬現實世界中發生的環境光線，並根據場景中太陽和雲的位置來計算陰影和光照的方式。這個效果使用樣本來轉換來自多個「不可見」光源的光線。這有助於表達出天空、陽光和雲影響環境的方式。樣本值越高，越多的光源會被計算。這樣可以產生更高品質的環境照明。採樣量受「Sky Light」品質選項:正常、高和超高所影響。

Lumion 天光效果具有一些影響效果表現的設定。正如預期的那樣，亮度滑桿控制著天光的亮度。該要素影響了場景中來自太陽和天空的環境照明的亮度，並允許我們根據想創造的場景畫面來調整其數值。飽和度滑桿控制了現實世界照明中存在的藍色色調的強度。較高的飽和度將導致更強的色相，而較低的飽和度將導致更淡的色相。在設定一天中的特定時間是時非常重要的，它可以幫助你抓到畫面的氛圍。例如，此圖使用較高的飽和度來傳達出在「藍色時段」中常見的色相。

Sun Effect 太陽光效果

Lumion 太陽光是 Lumion 內部的主要光源，它為我們場景中的所有模型生成環境光，並且無論室內外場景中的物件表面都會受到陽光照射，並對其產生影響。通過使用「太陽」效果，我們可以控制一些基本參數，從而可以影響太陽的行為。這些控制項不用特別說明。在場景中使用太陽效果時，請牢記以下提示。

1. 除非將太陽的值設置為負數，否則太陽還是會在封閉的室內產生環境照明。這樣做將防止天空和太陽照亮場景。當渲染沒有視窗且僅需要人造光的空間時，此功能很有用。在 Lumion 光源教學的第 1 部分中有用過這個方法，以確保燈光是 Lumion 教學中的唯一光源，以確保燈光物件是唯一影響場景的唯一光源。

2. 太陽效果是受其在效果中受到推疊位置影響的少數幾個效果之一。在「太陽」效果之上啟用「Real Skies」效果時，將「太陽」效果停用，而由「Real Skies」中的太陽位置代替圖片。但是，如果將「太陽」效果放置在「Real Skies」效果的上方，則可以在保持「Real Skies」效果的同時正常操作太陽的位置，在保持「Real Skies」圖像和「Sky Light」的狀態下，可以正常操作太陽的位置設置：在設置場景時可以進行一些非常有趣的組合，但要注意的事有時候可能會導致場景中出現 2 個太陽。

Shadow Effect 陰影效果

儘管從技術上來說並不是陰影，但陰影在照明場景時同樣重要。這就是為什麼 Lumion 內的許多效果都旨在產生精確的環境照明的原因。雖然在技術上來說不是「光」，但陰影在場景打光時同樣重要。這就是為什麼 Lumion 內部的許多效果都是為了產生精確的環境光源。 Lumion 會根據計算光源（太陽/聚光燈/天窗）的位置來產生陰影紋理。根據選擇的陰影類型，這些陰影會以不同的分辨率產生，儘管在室外渲染中明顯的使用了陰影，但室內場景也受益於陰影效果的使用。

OmniShadow 設置負責控制環境光遮擋（用於確定光源的表面下的曝光程度的過渡）。我們經常在室內場景的角落和邊緣注意到這一點，當光線離開光源時，它有助於建立光的漸變。我計劃在另一個教學中進一步介紹陰影效果。

Global Illumination Effect 全局光照效果

儘管 Lumion 的名稱如此，但 Lumion 內建的 Global Lighting 設定實際上更像是 Global Illumination 的模擬器。「全局光照」設定不是分析光線在整個房間中反彈時的路徑（例如在路徑跟踪引擎中），而是分析與光源相交的區域，然後放置不可見的「probe lights」。這給人一種從表面反射光的印象。 Lumion 使用的 probe light 和內建的 Omni Lights 相同，並且會自動放置在整個場景中。因此，與手動放置相同的限制同樣適用於模擬光反射的區域不會投射任何陰影，如果放置在距離表面太近的位置，也會引起溢光。

實際上，這是一種相當古老的方法，用於在普及全局光照和路徑追蹤引擎之前「仿照」全局光照。

Hyperlight 效果

Hyperlight 在 Lumion 中可以被視為「Global Illumination2.0」。這是一種全新的效果，因此使用了更高級的模擬光反射的方式。「全局光照」效果放置探照燈以模擬光反射的位置，而「Hyperlight」效果則改為在場景中尋找明亮的像素。如果檢測到任何發光像素，則「Hyperlight」將從這些像素發出光來模擬光反射。這代表我們不再有小空間光反射溢光的限制，因為「Hyperlight」效果只需要場景中的單個發光像素即可產生「光反射」。結果是對場景中間接照明進行了更加詳細和準確的模擬。但是，這裡有些折衷...

與全局照明設定不同，「Hyperlight」設置是一個螢幕空間效果。這意味著，在計算光線反射出的表面時，只能考慮可見像素。因此，Hyper Light 無法解釋表面或畫面之外發生的情況。右圖中顯示了這個限制，Hyperlight 僅能分析地板和天花板上的發光像素，而不能分析投影到屏幕之外的整個光錐。結果是後部和側面有一些死角，沒有周圍的光線。在大多數情況下，Hyperlight 的好處遠遠超過他的限制，如果正確使用，其效果將非常讓人信服。

Hyperlight vs Global Illumination

那麼哪種更好呢？實際上我還是不確定。這兩種效果我都使用了很多，它們的優點和限制也很明顯。全局照明具有「全局」的優勢，因為它使用的探照燈也位於螢幕外，這意味著儘管其使用的探照燈也位於螢幕外，這意味著即使光源可能不在視窗中，但它仍會在渲染過程中進行計算。請參閱（右）這與 Hyperlight 流程有何不同。 Hyperlight 具有更強大的反射照明模擬，但是受到螢幕空間的影響，它確實是比較局限。根據我的經驗，Hyperlight 確實可以取得讓人相信的成果，所需的精力更少、性能成本卻更低。它還具有從發光材質投射光線的能力，這是全球光照不具備的。

目前，我建議在可以使用跟其他所有 3D 渲染相同的方法，在需要時使用所需的內容。我發現在很多情況下，將兩者結合使用，實際上可以幫助解決它們各自面臨的一些局限。加入了兩種效果的前一個範例如下所示。請注意，環境照明和陰影的吸引力更大嗎？這是因為「Hyperlight」效果還將拾取用作「全局光照」效果一部分的不可見 probe lights。從理論上講，這將擴大場景中模擬的光反彈的範圍。值得一提的是，將這些效果組合在一起會顯得有些強烈，因此在構建效果堆疊時請務必謹慎使用。

Honorable Mentions

儘管本教學未包含，但還有其他影響場景照明的效果。

Sky and Clouds 天空和雲：提供影響環境光線行為的手動天空和雲的調整。它提供了更多的控制選項，但不像「real Skies」這麼效果逼真。
Real Skies：產生匹配的環境光照的真實天空影像。該功能與「Sky Light 2」功能相結合，可匹配天空圖像的色相和亮度。它幾乎不用任何調整，但是是更逼真的天空圖像。
Moon：為夜景提供環境光照選項。有趣的一點是，月球實際上是動態的，它會根據其前進方向和高度改變形狀。