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光照、色彩与结构Part4

 一个久火 2017-06-21

继续上周的主题,上周主要讲了光源的属性,重点中的重点是:光源面积&远近与明暗的关系

简单概括就是:

  • 大的&近的光源,形成柔和的明暗交界线和投影界线(注:光源面积大且环绕物体时,明暗交界线与投影界线消失。例如阴天的天空)。

  • 小的&远的光源,形成清晰的明暗交界线与锐利的投影界线

这周其实讲的就是调子素描,必须基于正确理解上面两点之后,才能进行,如果没有看过之前的部分,强烈建议从头读起。


这周的主题是:

光照中的结构

虽然其实没必要把色彩分开,但你也可以认为这是(光影)素描基础。

要点不多,5条。

  • 『一次光照』;

  • 『二(多)次反弹』;

  • 『死角』;

  • 『投影与明暗交界线』;

  • 『高光』。


在此之前,得了解一下通用的『光与表面』的知识点,就二点。

所谓『光照中的结构』里的『结构』,通俗点说,就是物体的表面的转折关系

之前的主题中说过,你可以把任何看到过的复杂的物体,概括地看成下面左边图这样的形式。

建议初学者无论是临摹还是创作,就算画的时候并不是由方到圆,在脑子里还是要有这样的概括面的朝向概念。

能够比较准确地把曲面概括成上面左图这样不同的斜面,是创作的时候还原比较正确的明暗效果的前提条件。

是的,重点是:概括朝向不同的斜面

当你能形成这种概念,那么光影与明暗将是很好理解的,这里用一个模型来简单说明问题。

这里有三个一模一样的表面(面积相同)。

现在我旋转它们,使它们成为不同的斜面。

你可以把它们想象成你概括复杂表面而形成的斜面。

然后,我用一些柱状体来模拟光线:

假设有这样三束同样的光线照射这三个斜面,你也可以把这些柱状物看成光子(不准确,但可以这么假想)。

我们从上图中能见到,同样是5X7=35这样格式的光线,在不同的斜面上,『命中』斜面的数量是不同的。

去掉没有命中的,来看看每个面上各是怎样的表现。

如上图所示,同样面积的表面:

  • 当表面与光线越垂直,则表面越亮。

  • 当表面与光线越平行,则表面越暗。

这是光照与表面作用在明暗上体现的特征之一:表面与光的角度

同时,另一个特征是:表面与光的距离

如上图所示,由于光线在直线运行中,能量不断衰减(变暗),所以:

  • 表面距离光源越近,越亮。

  • 表面距离光源越远,越暗。

虽然大部分人都知道以上两个简单得不能再简单的原理——事实上是,如果你的素描明暗关系有问题,你就没有资格忽视它,也正说明你做得不够好

而光与物体的基本渲染关系就是这几条(排除质感因素)。


当这几点能够被理解,你再去看平时常见的物体,比如球体:

或者这个:

你用上述的2个特征逻辑体会一下上面的明暗变化,是否比较容易理解了?


然后,我们接着说上面提到的5条内容之一:

『一次光照(直接光照)』

光从光源处被发射出来,当它触及物体,就会有一些表面是第一时间被照亮的——也叫亮部。

这里插个基本常识,借用一个以前我翻译的国外的教程(版权归原作者所有)

上图的这个『一次光照』是按之前说的表面与光源的『距离』与『角度』来渲染的。

由于表面斜度和距离的不同,一次光照形成了亮部与灰部(某些光源条件下,一次光照还产生了明暗交界线)


『二(多)次反弹』:

但我们知道,更重要的是光的反射,也就是当『一次光照』打亮某些表面后,光线也会从这些表面反弹到另外的表面上去,例如:

对照上上张图,这张图的暗部显得更亮了些,这是由于光线的二次(或多次)反弹——二次反弹更多影响着未被一次光照照亮的暗部。

注意二次反弹也同样依照着『距离』『角度』这两个规律进行渲染,只不过这时的『光源』是反弹光线的『表面』(也可以想象成表面在发光)。

例如反光:依然是越近越亮,角度越垂直越亮。

同时,记住任何反光永远比任何的一次光照要暗(同一物体的同种表面情况下)

也就是说,同种表面属性下,反光总是比亮部或灰部要暗。


『死角』:

在有一期的简答中对『AO画法』作过解析,其中谈到『死角』:

当两个表面相接的时候,如果形成一定的角度,如下图:

A、B两个斜面,形成了一个夹角(事实上任何物体塑造的关键就是面与面的角度,你在上面的例图中可以找到很多大小不同的由面与面形成的角度)。

当光线进入这个夹角时,光线在两个面不断反弹中,越到内部越少。

越少的光线,意味着反弹入我们眼睛里的光也越少,那里就显得越暗。

例如下图:

面与面的夹角越小越深,就会越暗(多次反弹变少形成死角)


『投影与明暗交界线』:

提到这个想到一个梗,自学初期,因为接受了5调子的概念——我总是试图在不会存在明暗交界线和投影的东西上,找到这两者的存在。

比如你要是试图从右图中找到明暗交界线和投影线,简直就是不可能的。如同上期对这方面做的解释,这与光源类型有关。

  • 偏天光类的『笼罩型光源』还是按『死角』和『大体衰减』的方式来考虑明暗。

  • 偏阳光类的『方向感较明确的光源』,通常会形成明暗交界线和投影界线,我一直认为投影与明暗交界线必须同步来考虑。

因为,这两者的模糊或锐利通常是正相关的,原理请看上一期。

那么,在能够产生明暗交界和投影的这类情况里,需要注意的一点是,不仅要把它们同步考虑,还要形成『暗区』的概念:


这是一个简单的球体渲染。

当要推算明暗交界或投影的时候,最好这么考虑:

投影是由物体遮挡而形成的,所以,把明暗交界线和投影整个看成一个『区』(暗空间),会有助于推算出二者的边界,如果是画场景的话,在这个边界之内的,就全都被阴影遮挡着。

至于像阴天天光这样的『笼罩型光源』。

也并不是没有投影或明暗交界线,是由于A方向的投影被B方向的光减弱了,如此环绕,就只剩余了如上图飞机下方模糊的阴影(因为总体光源是半球天空,地面反射不多。)


『高光』:

高光的重要性简直是不言而喻的,大部分的质感表现,主要靠高光。这部分内容会在『光色结构』这个主题的最后一个部分『质感』里进行比较全面的描述。

在这里,先做一下热身,了解点基本概念。

其实『高光』这个名词是有点不严谨的,正经的说法是:镜面反射

OK,物体表面对光的反射,分两种:

  • 镜面反射

  • 漫反射

光是如何反射的呢?物理常识告诉我们:

建立一个模型如上图,然后模拟一些阳光:

用蓝色的线表示入射光,按入射角=反射角,用黄色的线表示反射光:

红色的线是垂直与表面的法线,黄色是光线反射方向。

可以看到,同一束光照到不同斜度的表面,反射方向也是不同的。

同理,即便是圆球体,也可以概括成由无数细小的平面构成的状态,在此,当黄色的光线反射恰巧照到人的眼睛的时候,高光就出现了

这里需要注意的是一个误区,上图中的B点,是光线垂直与表面的点(同时它也离光源最近),它是除了高光外最亮的点,但不是高光

而A点是直接把光反射到了人的眼睛里,所以高光的位置在这里

所以,推算高光位置:

  • 确定光源的位置。

  • 估算大致哪个面会把光线反射入眼(也就是绘画者的角度)

  • 嗯,那里就是高光了。

放上两张照片,你能根据高光估算光源的位置了么?画画就是反过来的。

注意上面男模头发的高光,以及石头的高光。

从微观上看,不同质感的表面是不同的:

如我们的常识所知,绝对的平面是没有的,把上面的两种材质的地面,微观放大:

较光滑的表面,容易有更多恰好使光线反射入眼的表面,也就更容易反射完整的光源形状。

可以这么理解镜面反射漫反射

  • 光滑的表面,把光线大量地通过某些表面的镜面反射照入某一方向(如果是人眼,就形成很亮的高光),但反射到周围的光量小,比较不容易影响周围的表面。

  • 粗糙的表面,由于细微表面的朝向更复杂,所以能给周围的表面提供漫反射更多,但射入人眼的光量就小,于是就没有那么亮。


通过以上对『一次光照』;『二(多)次反弹』;『死角』;『投影与明暗交界线』;『高光』的学习,你已经基本了解了除色彩与质感之外所有的渲染基础知识。

理论上,如果能踏实地实践以上原理到你的绘画练习中,进步是会显而易见的。

下面这句是个人的心得

真正的难点在于,当我们创作的时候,如果脑子里是上述这种非常理性的思路,通常确实是很难『找到绘画感觉』的,但矛盾的是,要表达出真实的光影和调子,又必须要按上面的规律来做——通常解决这个问题的方法,是在理解原理的前提下,大量练习,使之成为本能。

下一期引一些实例来分析『光照中的结构』。

咳咳,文太长了,能看完全部的同学,希望你们不要只记得男模照片的帅。



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