照片级图书馆三维建模过程全解析

导言：为了参加一次全球性的三维设计大赛，我创作了这件作品。大赛允许CG艺术家自由选择任何一处能够激发其灵感的室内空间进行创作，创作的主要目的是对作品进行照片级真实感的渲染。

灵感来源

我选择的地点是建筑大学，我在这里已经读了六年书。很久以来，我一直想设计出一条连通大街和学校图书馆的小径。由于时间限制，我只能集中选取一小段路径进行模拟设计。

我认为学校的图书馆是读书的绝佳去处，主要是因为室内的光线柔和，读书时不会感到不适。图书馆的几何构造令人赞叹，细微之处尽显完美，建筑比例非常适宜。

受到意大利艺术家米开朗琪罗的故事启发，最初的建筑师Siza设计了一条小径，行走时坡道起伏不断，仿佛置身迷宫之中，你需要费很大力气才到达尽头的图书馆。我这次的作品《FAUP求知之路》也遵从建筑师Siza的设计理念：在设计简单、用料讲究、注重采光和精益求精的基础上，使设计具有突出的超现实主义特点。

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建模

下面讲述一下图书馆空间建模。我利用大小约1m×50cm的小木箱（如图01-02）为地板、扶梯和墙体附近的空间进行建模。地板看似面积很大，其实不然。地板是由不同的零件组成的，间隔距离为5mm。这样做的重要性在于，所有建模工作结束时，我会用Unique Material插件给每个零件标上不同的编号。基本模型建成后，我会使用复合材料2.0瓷砖，检测该模型在使用RailClone Pro插件后的分布情况。最后，将复合材料替换成大理石，即显示为纹理的区域。

画出两条样条曲线，一条用于地板，另一条用于扶梯。这样做是为了测定使用RailClone Pro插件时地板和扶梯的路径（如图03）。

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对RailClone设置中的参数稍作调整后，确定最终模型（如图04-05）。

之后，再根据RailClone几何构造，制作出可编辑的多边形物体。继而利用Unique Material自由编号插件自动为地板和扶梯物体标上不同编号。现在，每块大理石都有了一个不同的编号。这样一来大理石材料（多纹理插件）一旦应用于多边形物体就能达到理想的效果。

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材质贴图

接下来要讲的是出现在大多数木质材料边缘的V-Ray污垢。主要研究对象为暗色木材。如图06-07所示，漫反射贴图上显示着一处颜色较暗、较薄的边缘，边缘上存在着几处细微的差异。这种现象是在漫反射通道中存在噪声纹理的情况下，由V-Ray污垢造成的。这一细节虽小，但在图像特写时意义尤为重要。

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图08-09为木质材料的一般设置。

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从图中可以看出，漫反射通道中的V-Ray污垢具有一小块辐射界限，以防V-Ray污垢在实际木材漫反射中的辐射范围过大。同样，通过控制Invert Normal，相关参数将会改变光线追踪方向。关闭Invert Normal时，光线被追踪至表面以外；开启Invert Normal时，光线被追踪至表面以内。这基本上说明，在偏离率X、Y、Z为0时，污垢将会出现在所有的边缘（如图10-12）。

正常情况下，漫反射贴图的颜色不会被遮蔽。我在个人作品中总是通过改变γ值、红基色值、绿基色值和蓝基色值使颜色出现不饱和状态，从而在高级设置中进行颜色校正。由于材料或场景总是在变化，因此得到的颜色校正结果也各不相同。通过各种测试，使所有材料恰当地混合在一起。

颜色被遮蔽处的噪声纹理将会使边缘随机显示不同颜色。因此，重要的是谨慎选择噪声纹理内部的颜色，以便能够很好地和未遮蔽的颜色（漫反射贴图）混合。从而使边缘看起开不会太暗，或者不会和木材本身颜色太相似。

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我从一些主体建筑的图片中发现，大理石地板显示为浅绿色，这可能是由于一定的湿度造成的。制作地板纹理贴图时，我把这一点也考虑了进去。从图13中可以看到，我使用了著名的多纹理插件，其效果很好，并且不易被察觉。

图14显示了V-Ray材料的一般布局，这种布局很有趣。漫反射通道是一种复合材料，具有两种漫反射贴图。第一层为上面提到的多纹理贴图，第二层则是复合污垢贴图。污垢贴图则利用Photoshop绘制而成（如图15）。

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图16为构成第一层的多纹理布局。我使用了大约八种不同的大理石贴图以便达到多纹理效果。我是从CGSource.com上获得这种效果的。

第二层为复合材料贴图、污垢贴图以及遮罩。我使用了同样的贴图，使其旋转90度，从而达到更多污垢产生的效果（如图17-19）。

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灯光

建模所使用的灯光系统以V-Ray Light Dome和V-Ray Sun中的高动态范围成像为基础。这与其他灯光系统的最大区别在于天窗玻璃的特殊结构，这可能算是一个小秘密。起初，我想只采用V-Ray光圆顶，但是结果证明这不切实际。最后我决定把光线引入天窗，光线就像是在天窗玻璃上面不停地弹跳，最终穿过玻璃，进入室内。

图20显示了灯泡的安置方式和安放位置。其中一张窗户上的天窗入口处虽然安置了一台V-Ray灯泡，但是灯泡对场景不产生影响，只是用于测试；且在最后一个场景中不使用V-Ray灯泡。在Visible的天窗内部安装了一台亮度为100的V-Ray灯泡。

使用表面光滑的磨砂玻璃能够达到良好的折射效果，天窗内的金属结构也有可能显现出来。磨砂玻璃利用V-Ray混合材料制成，这种材料由一种光滑的玻璃和V-Ray光源材质混合而成。这种光源材质的亮度为100，红蓝绿基色值分别为57、95和153，混合后得到的灰度值为5（如图21-22）。

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图23为磨砂玻璃效果图的设置。

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渲染

测试期间使用了通用设置，但我想制作一幅像素超过3500的图像，因此没有采用通用设置。在最后的图像中，我使用了辐射照度贴图和灯光贴图。我以比最终效果图小四倍的分辨率（875 × 619）渲染了第一批图像。保存辐射照度贴图pre-passes（*.vrmap）和灯光贴图（*.vrmap）设置，用于渲染最后的图像。通过使用这些贴图，可以省去辐射照度和灯光的处理过程，从而直接对图像进行渲染。

图24中的GI设置即用于像素为875 × 619的渲染过程中的参数。我分别将辐射照度最小值和最大值设置为-3和0，制成高质量辐射照度贴图。采用这些设置就无法对最终图像进行渲染，而由于采用了低分辨率，并保存了辐射照度贴图和灯光贴图，因此在一台八核计算机上进行渲染的时间不会超过1小时。在应用和保存了辐射照度贴图和灯光贴图后，回头再调整渲染设置，将分辨率设置为3500 × 2625。同样，在辐射照度贴图设置中的风格板块，将Single Frame修改为*.vrmap锉刀效果并保存。同时对灯光贴图应用锉刀效果。

图25是加上V-Ray渲染效果和颜色贴图设置后的最终效果。

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