Note：《光與硅的藝術(shù)》寫作于2015年，發(fā)表于2017年，書中部分內(nèi)容可能與當(dāng)前軟硬件實際狀況有出入，請注意區(qū)分。

VRED是一款極其簡單的“渲染器”，相對VRay和Mental Ray等傳統(tǒng)渲染器來說，它的參數(shù)邏輯和工作流程都很簡單。事實上，對于一個有三維渲染經(jīng)驗的用戶來說，只需要一個下午，就能掌握基本的VRED操作流程，并且還能渲染出一張不錯的作品。

4.2.1 流程說明

VRED的工作流程主要分前、中、后3個部分，分別對應(yīng)模型準(zhǔn)備、材質(zhì)燈光渲染及后期合成。在本書中，將使用3ds Max完成模型準(zhǔn)備工作，使用Photoshop完成后期合成工作（修圖），剩下的其他CG工作都將在VRED中完成。

VRED的基本工作流程如圖4-9所示。

VRED工作流程相關(guān)說明

? 模型準(zhǔn)備：這是基礎(chǔ)性工作，需要用戶細(xì)心檢查。良好的模型數(shù)據(jù)可以大幅提高后續(xù)工作的效率。在教學(xué)中，將
使用3ds Max處理一個多邊形模型，然后通過fbx文件進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，供VRED使用。

TIPS?模型準(zhǔn)備在真正的工業(yè)數(shù)據(jù)可視化流程中有一個專用名詞，叫作Data Preparation（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備）。它是一項復(fù)雜而細(xì)致的工作，并且有著相當(dāng)高的技術(shù)含量，通常由專門的數(shù)據(jù)模型師執(zhí)行。之所以在這里沒有使用Data Preparation（數(shù)據(jù)準(zhǔn)備）這個詞，是因為常規(guī)多邊形模型的處理過程較為簡單，如果使用相同的名詞可能會造成混淆。需要注意的是，本書內(nèi)容不考慮工業(yè)數(shù)據(jù)，只關(guān)注常規(guī)多邊形模型，因為真正有機會接觸工業(yè)數(shù)據(jù)的讀者實在是太少了。

? 導(dǎo)入數(shù)據(jù)：這可以看作是模型準(zhǔn)備與VRED可視化之間的銜接環(huán)節(jié)。在這個環(huán)節(jié)對導(dǎo)入的模型進(jìn)行基本的檢查處理，供后續(xù)環(huán)節(jié)使用。

? 材質(zhì)指定：?這是簡單而輕松的工作，為車輛的各個部分指定合適的材質(zhì)。由于VRED預(yù)設(shè)的存在，絕大多數(shù)常見材質(zhì)都不需要用戶從零開始進(jìn)行調(diào)節(jié)，只需把預(yù)設(shè)指定到車身正確的地方即可。

? 攝影機確認(rèn)：這是商業(yè)項目的重要環(huán)節(jié)，攝影機一旦被確認(rèn)，則不允許再進(jìn)行修改。對于CGI攝影來說，所有的努力都將圍繞這輛車在這個角度的最佳效果而進(jìn)行。

? 動畫調(diào)整：這不是每個項目都必須執(zhí)行的操作。一般來說只有路跑場景才需要調(diào)整動畫，以便渲染運動模糊效果。

? 環(huán)境調(diào)整：這在業(yè)內(nèi)俗稱Lighting（布光），主要依靠環(huán)境HDRI和HDR Light Studio完成。它是整個表現(xiàn)流程的重中之重。通常，這個環(huán)節(jié)決定了整體渲染質(zhì)量的60%，也是最見渲染師功力的部分。

TIPS?注意，這里所說的決定質(zhì)量是指渲染輸出的原始素材質(zhì)量，而非最終成圖的質(zhì)量。

? 環(huán)境與材質(zhì)微調(diào)：這是一個細(xì)致的、考驗個人功力的環(huán)節(jié)，這一步主要集中在對圖像細(xì)節(jié)內(nèi)容的處理，優(yōu)秀的作品與卓越的作品往往在這一步見分曉。

? 后期修圖：Composition（后期/合成）是三維用戶的常見用語，Retouching（修圖）是平面美術(shù)和廣告執(zhí)行的一貫說法。雖然措辭不同，但在這里，它們是指同一件事——對原始渲染素材進(jìn)行處理，以得到最終的圖像。

TIPS?后期修圖在行業(yè)細(xì)分中屬于平面美術(shù)，而非三維美術(shù)的工作。所以，這個環(huán)節(jié)在商業(yè)項目中通常由修圖師而非渲染師來執(zhí)行。當(dāng)然，在這本書中，我們不會做這樣的區(qū)分。

修圖對于成品的意義極其重大，對于一個常規(guī)的廣告表現(xiàn)項目來說，如果布光決定了渲染素材質(zhì)量的60%，那么修圖決定了整個最終效果的50%~70%，所以，業(yè)內(nèi)也有“三分渲七分修”的說法。

當(dāng)然，“三分渲七分修”只是為了說明修圖的意義，對于渲染師而言，不管修圖對于最終效果起到多大的提升作用，我們?nèi)匀粦?yīng)該努力追求渲染出最優(yōu)質(zhì)的素材！

4.2.2 演示案例

VRED自帶了一個非常優(yōu)秀的汽車演示案例——Automotive Genesis，基礎(chǔ)教學(xué)將主要基于這個案例來展開。在進(jìn)行VRED軟件教學(xué)之前，先介紹這個案例，如圖4-10所示。

1.文件位置

官方演示案例文件位于軟件安裝目錄下的Examples（范例）文件夾中，文件名為Automotive_Genesis.vpb，建議將這個文件事先備份，以免學(xué)習(xí)中的誤操作而影響到文件的原始性。

可以在Windows資源管理器中找到這個文件，直接將它拖曳到VRED中打開。也可以在VRED中執(zhí)行File（文件）>Open Examples（打開范例）菜單命令來打開范例文件夾，進(jìn)而打開演示文件，如圖4-11所示。

2.車身換色（材質(zhì)演示）

Automotive Genesis場景包含許多演示內(nèi)容，覆蓋了VRED功能的多個方面。其中，材質(zhì)切換就是非常直觀和令人感興趣的一個內(nèi)容；通過它，可以為車身設(shè)置不同顏色的車漆。

單擊主面板下方快捷方式欄中的Materials（材質(zhì)）按鈕，可以打開Material Editor（材質(zhì)編輯器），如圖4-12所示。

在材質(zhì)列表中選中Carpaint Switch（車漆切換器），如圖4-13所示，然后在它的子選項之間切換激活狀態(tài)，就能實現(xiàn)對車漆的換色操作，如圖4-14所示。

TIPS?你的Material Editor（材質(zhì)編輯器）打開以后的默認(rèn)樣式可能與我的截圖有所不同，我會在“6.1 Material Editor（材質(zhì)編輯器）”中講解具體原因。在這一步，你只要能夠通過材質(zhì)列表修改車漆配色即可。

3.環(huán)境切換

通過切換不同的Environment（環(huán)境），可以觀察車輛在不同場景中的表現(xiàn)效果。通過Material Editor（材質(zhì)編輯器），可以找到Environments（環(huán)境切換器），如圖4-15所示。通過選擇不同子選項，即可實現(xiàn)場景切換，如圖
4-16所示。

4.其他切換

單擊主面板快捷方式欄的VSets（變量管理器）按鈕，如圖4-17所示，可以打開Variant Sets（變量管理器）面板，如圖4-18所示。雙擊以展開面板左邊的文件夾，然后雙擊所顯示的子內(nèi)容就能發(fā)現(xiàn)驚喜?？梢試L試調(diào)用更多的預(yù)設(shè)配置，如預(yù)設(shè)動畫（Animation）、車牌修改（License Plate）、開關(guān)車燈（Lights）、更改車頂附件（Roof），等等，如圖4-19所示是不同的車頂附件效果。

TIPS?“變量管理器”也稱“配置管理器”或“方案管理器”，主要用途是管理場景中的各個可變配置內(nèi)容。

VRED軟件基礎(chǔ)教學(xué)將主要基于本演示案例展開，但不會涉及它所包含的所有內(nèi)容。因為我們的著眼點在于如何進(jìn)行汽車外觀表現(xiàn)，所以，配置設(shè)置和TouchSensor（觸發(fā)器）設(shè)定等虛擬現(xiàn)實內(nèi)容在本書中不做講解。

4.2.3 顯示模式

初次使用VRED這類虛擬現(xiàn)實軟件的渲染師一定會為它毫無延遲的優(yōu)質(zhì)交互式顯示效果所傾倒。比起傳統(tǒng)的3dsMax、Maya等軟件來說，簡直是一個天上一個地下，圖4-20所示是VRED的顯示效果，圖4-21所示是3ds Max的顯示效果，可以看到，對比十分顯著。

1.實時游戲與光線追蹤

VRED優(yōu)秀的實時交互效果依賴于顯卡計算，默認(rèn)模式下的顯示結(jié)果并非傳統(tǒng)意義上的“渲染”，而是一種專為汽車可視化工作所優(yōu)化的“實時游戲”。簡單來說，它在本質(zhì)上和極品飛車沒有什么區(qū)別。

“實時游戲”模式下的顯示效果很出色，效率也極高，但由于技術(shù)原因，它具有一些不可避免的缺陷，如無法計算真實的反射與折射。請查看下面的效果對比。

圖4-22所示是默認(rèn)模式下的顯示效果，車身沒有反射出后視鏡的倒影，只反射出了場景環(huán)境；圖4-23所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的顯示效果，無論環(huán)境還是后視鏡，它們都在車身上呈現(xiàn)出了正確的反射結(jié)果。

圖4-24所示是默認(rèn)模式下的玻璃球，這個顯示結(jié)果極其錯誤，這分明就是是一個氣泡。圖4-25所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的玻璃球，這才是正確的玻璃折射結(jié)果。

另外，除了最典型的反射與折射問題，默認(rèn)模式下的材質(zhì)質(zhì)感、光照表現(xiàn)和陰影細(xì)節(jié)等均存在或多或少的缺陷。

圖4-26所示是默認(rèn)模式下的車輪，其質(zhì)感較為平庸；圖4-27所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的車輪，其質(zhì)感相當(dāng)出色。

圖4-28所示是默認(rèn)模式下的整體光照質(zhì)感與陰影，圖4-29所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的整體光照質(zhì)感與陰影，請?zhí)貏e注意畫面中真實的硬陰影。

由于“實時游戲”模式，也就是默認(rèn)模式存在著上述無法避免的缺陷，VRED為了高質(zhì)量地輸出渲染結(jié)果，提供了效果更為優(yōu)秀的Raytracing（光線追蹤）模式，也叫“RT模式”。Full Global Illumination（完整全局照明）是效果最優(yōu)
秀的Raytracing（光線追蹤）模式。相對應(yīng)地，“實時游戲”模式被稱為Rasterization（光柵化）或OpenGL模式。

TIPS??“實時游戲”模式有一個更常用的稱呼，稱為“實時預(yù)覽”模式；在此后的章節(jié)中，將一直使用“實時預(yù)覽”這個詞。

使用圖標(biāo)欄的RT按鈕可以激活Raytracing（光線追蹤）模式。當(dāng)光線追蹤啟用后，軟件使用效果優(yōu)異的光線追蹤算法為場景計算正確的反射、折射、光照、材質(zhì)、陰影等細(xì)節(jié)效果。但是，由于光線追蹤計算量極大，系統(tǒng)響應(yīng)速度會因此而顯著變慢——這就是我們一開始需要習(xí)慣性關(guān)閉CPU相關(guān)性的原因。

一般來說，應(yīng)該使用實時預(yù)覽模式查看場景整體效果、執(zhí)行基本操作；使用光線追蹤模式調(diào)整細(xì)節(jié)，渲染最終高品質(zhì)圖像。

TIPS?“實時游戲”模式有一個更常用的稱呼，稱為“實時預(yù)覽”模式；在此后的章節(jié)中，將一直使用“實時預(yù)覽”這個詞。

2.光線追蹤的操作模式

VRED為光線追蹤計算提供了兩種不同的操作模式：Interactive（交互模式）和Still Frame（靜幀模式）。用戶可以使用抗鋸齒按鈕在這兩種模式間進(jìn)行切換。

? 交互模式：當(dāng)RT按鈕打開、Antialias（抗鋸齒）按鈕關(guān)閉時，系統(tǒng)進(jìn)入光線追蹤交互模式，以方便用戶操作。

? 靜幀模式：當(dāng)RT按鈕與Antialias（抗鋸齒）按鈕同時打開，且用戶停止操作后，系統(tǒng)將進(jìn)入光線追蹤靜幀模式，以提供更高的渲染質(zhì)量。

上述兩種模式可以分別設(shè)定不同的渲染參數(shù)，通常為一低一高。這樣，用戶可以使用Interactive（交互模式）初步查看或調(diào)試光線追蹤結(jié)果，然后使用Still Frame（靜幀模式）查看最終渲染結(jié)果。

TIPS?事實上，兩種操作模式的誕生，是一種對光線追蹤巨大計算量的妥協(xié)。

3.光線追蹤的計算模式

除了前面介紹的操作模式，VRED還為光線追蹤提供了5種不同的計算模式，以達(dá)成速度與質(zhì)量的平衡。每種計算模式都可應(yīng)用于上述的操作模式當(dāng)中。

? CPU Rasterization（CPU光柵化）：使用CPU替代顯卡進(jìn)行光柵計算的模式。這是一種對于顯卡性能進(jìn)行妥協(xié)的“實時預(yù)覽”模式，而非真正Raytracing（光線追蹤）模式。

? Precomputed Illumination（預(yù)烘焙照明）：最基本的光線追蹤模式，僅供正確計算反射折射使用，建議用于Raytracing（光線追蹤）交互模式。

? Precomputed+Shadows（預(yù)烘焙+陰影）：更細(xì)膩的Raytracing（光線追蹤）模式，可實時計算正確的光線追蹤陰影。

? Precomputed+IBL（預(yù)烘焙+IBL）：更優(yōu)秀的Raytracing（光線追蹤）模式，使用預(yù)計算的間接光照與實時環(huán)境照明。

? Full Global Illumination（完整全局照明）：最佳質(zhì)量方案，也是耗時最長的方案，是靜幀模式與產(chǎn)品級輸出的首選方案，簡稱FGI。

在Render Settings（渲染設(shè)置）對話框的Raytracing Quality（光線追蹤質(zhì)量）選項卡中，找到Illumination Mode（照明模式）卷展欄，通過它可以為每一種光線追蹤操作模式設(shè)定上述各種計算模式，如圖4-30所示。

TIPS?“光線追蹤”“光柵化”和OpenGL均是計算機圖形學(xué)術(shù)語，普通用戶了解即可。

4.實時預(yù)覽與光線追蹤模式的區(qū)別

由于計算方法存在本質(zhì)上的不同，“實時預(yù)覽”與Raytracing（光線追蹤）模式存在效果上的顯著差異。除前文所述的真實反射與折射、材質(zhì)質(zhì)感、光照表現(xiàn)和陰影細(xì)節(jié)等方面外，它們之間還存在一種極其重要的差異，即反射位置偏差。

觀察圖4-31和圖4-32所示的效果圖中的標(biāo)注區(qū)域，注意白色燈光條的反射位置，能夠輕易地看出，“實時預(yù)覽”與Raytracing（光線追蹤）模式不僅在效果上存在差別，在反射位置上也存在著明顯的差異。

不過，這種反射位置的些許差異在室外環(huán)境渲染時不會帶來太大困擾，如晴空萬里的機場環(huán)境，如圖4-33和圖4-34所示。

但是，在需要進(jìn)行精確布光的攝影棚表現(xiàn)時，這種反差會帶來嚴(yán)重的問題，如圖4-35和圖4-36所示。注意車體側(cè)面的白色反射分界線的位置變化。因為這種差異的存在，建議一旦需要精確布光，則打開光線追蹤計算。

再次注意圖中的差異位置，這種差異產(chǎn)生的原因在于：“實時預(yù)覽”模式在計算環(huán)境反射時，使用的是虛擬的環(huán)境貼圖；而Raytracing（光線追蹤）模式在計算環(huán)境反射時，使用的是周圍真實存在的Environment Geometry（環(huán)境幾何體）。幾何體存在著形狀、尺寸和遠(yuǎn)近的變化，而環(huán)境貼圖沒有，所以，兩種模式的最終計算結(jié)果會產(chǎn)生一些偏差。

TIPS?初學(xué)者可能會被VRED復(fù)雜的多種渲染模式所困擾，在這里提供如下簡單歸納與建議。

（1）使用實時預(yù)覽模式進(jìn)行基本設(shè)定。如物體對位、材質(zhì)指定、環(huán)境預(yù)覽、攝影機確認(rèn)等工作都應(yīng)當(dāng)在實時預(yù)覽模式進(jìn)行，以提高工作效率。還可以在這個模式中進(jìn)行初步的效果調(diào)試。

（2） 使用光線追蹤Interactive（交互模式）進(jìn)行精確布光。光線追蹤交互模式是只激活RT按鈕而不激活抗鋸齒按鈕的渲染模式，推薦為光線追蹤交互模式指定Precomputed Illumination（預(yù)烘焙照明）計算方法，它可以計算正確的反射、折射效果，且不會消耗太多的性能。

（3）使用光線追蹤Still Frame（靜幀模式）來進(jìn)行最終的布光與材質(zhì)效果微調(diào)。光線追蹤靜幀模式是同時激活RT按鈕和抗鋸齒按鈕的渲染模式。建議為光線追蹤靜幀模式指定Full Global Illumination（完整全局照明）計算方法，它是我們查看最終結(jié)果的第一選擇。