======Lighting Basics and Good Practices======
//Digital lighting and rendering Chapter 2 notes//
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场景打光是一个反复迭代的过程。
====Starting The Creative Process====
  * 什么时候开始打光取决于工作的公司和流程。通常来说，越小的公司这个过程越简单
  * 如果想更好的达到导演需求的效果，尽可能的准备实物图片（或 concept arts）来描述自己的目标。
  * 如果是 live-action shots，所有的灯光设置需要匹配 //background plates//（通常是 sequences，并带有 lighting matching 的参考球）
  * 如果是 animation 项目，art 部门通常会提前提供原画，灯光师的会根据原画来自主打光。
===什么时候打光===
  * animation 测试的过程中需要灯光来检测动画是否存在物理接触的错误（比如是否动画接触地面）
  * 真正的打光过程始于 layout 已经完成的情况下，包括：
    * 已知晓摄像机的位置
    * 已知晓 shot 是如何组成的
    * 动画已经完成
    * 材质与贴图已经完成
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在未准备完毕的场景中打光是浪费时间。
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===The Feedback Loop===
在打光的过程中，初始的渲染应该是 rough draft，而更多的时间会花在改进灯光（//revising of lighting//）上，直到获取自己满意的效果。这个过程被称为 //feedback loop//：
\\ \\ 
{{ :vfx:digital_arts:digital_lighting_and_rendering:feedback_loop.svg?250 |}}
==feedback 提速技巧==
  * 某些改动可以通过实时的反馈观察到（比如灯光的位置）
  * 在需要渲染才能观测到改动的情况下
    * 只渲染需要观测变化的物体
    * 使用较为简单的物体替代比较复杂的物体
    * 对指定灯光修改时，关闭其他灯光
    * 只渲染改动最多的一部分区域
    * 从较低的分辨率开始渲染（测试），直到通过后再进行高分辨率渲染。
    * 关闭任何与目前修改无关的选项（比如测试角色灯光时可以关闭其毛发，毛发可以单独用额外的鸡胗测试）
    * test rendering 中可以关闭某些耗时的选项（raytracing, global illumination, 抗锯齿等等）
  * Compositing （rendering passes）也非常重要
===灯光的命名===
在多人合作中，灯光的命名是需要表意的：包括类型，motivation 和其照亮的对象等等。比如如下的例子：
<code bash>
#Specular highlight
#Motivited by a match
#illuminates the character's eyes
Spec_fromMatch_onEyes
</code>
<code bash>
#lights bouncing off the red carpet onto the rest of the set
Bounce_fromRedCarpet_onSet
</code>
具体的命名规则根据具体的公司来指定。
==灯光的管理==
如果同时存在多个为相同对象服务的灯光，将其**打组**。
===版本管理===
  * 每个版本的**灯光设置与渲染结果**都应该保存下来
  * 将对应版本的文件与渲染结果搁在同一个文件夹中
  * 将不同版本放置于同一个窗口中进行对比，更容易发现差别
====灯光的类型====
===Point Lights===
//Point Lights//，又被称为 //omni// 或者 //omnidirectional light//。该光源的特点是：
  * 所有的光线都来源于一个点
  * 向**所有的方向**均匀的发射光线
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:point_lights.png?400 |}}
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可以将 //Point Lights// 想象为一个无限小的电灯泡。
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//Point Lights// 在有遮挡的情况下可以模拟 //SpotLights// 的效果，但通常不这么做。
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===Spotlights===
//Spotlights// 与 //Point lights// 的不同之处在于其光线的发射方向被**限制在指定的区域**中（通常是一个圆锥体）。我们可以通过旋转 //Spotlights// 来控制光线发射的方向。该特性允许我们使用 //Spotlights// 来跟踪或是与指定物体绑定来达到某些特殊的艺术效果。\\ \\ 
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:spot_lights.png?400 |}}
\\ \\ 
==Spotlights 的重要属性==
  * ''cone angle''：控制光束的**宽度**。
  * ''penumbra angle / falloff / spread angle''：控制**光束边缘**的 softness
==光束边缘的软硬与应用==
  * 边缘较硬的 //Spotlights// 非常引人注目，可以用于模拟探照灯等光源。
  * 多个边缘较软的 //Spotlights// 会在其交界处混合，产生一种连续性的，无缝的组合效果：
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:softedge_spotlighs.png?400 |}}
==barn door 选项==
现实中的 spotlight 通常附带额外的四片活动的金属叶片来达到“切割”光束区域的效果：
\\ \\ 
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:barndoor.png?200 |}}
\\ \\ 
经过 barn door 剪裁的光束通常呈现为矩形的光束。
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在图形学中，//Spotlights// 可以瞄向（聚焦）指定的区域的特性导致其产生的阴影（depth map shadow）可以被精确并快速的计算。
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===Directional Lights===
//Driectional Lights//，也被称为 //distant, direct, infinite//，或者是 //sun light//，主要用于模从非常远的地方射过来的光源（比如直射的阳光）。该类光源有如下特点：
  * 调整该光线只需旋转而无需移动，光源的位置不会影响照明。
  * 所有的光线都会按指定的方向**平行**的照明目标；也就是说**光线的角度是统一**的
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:directional_light.png?400 |}}
===Sky Domes===
//Sky Dome// 又被称为 //environment sphere//，是一种模拟环境光的手段。//Sky dome// 产生的光线通常非常柔和（也包括引用）。其主要用于：
  * 可模拟来自于天空的光
  * 可以做为 fill light
  * 通常与 //directional light// 一起使用对室外环境进行模拟
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:sky_dome.png?400 |}}
==IBL==
当 //Sky Domes// 使用图片进行照明的时候，渲染器会使用图片的颜色来决定光线的 //Brightness// 和**颜色**。这种技术被称为 //Image-based Lighting(IBL)//。
===Area Lights===
//Area LIghts// （也称为 //rect light//）模拟的是**面板类型**的光源。这种类型的灯光会产生柔和的光线和阴影。常见的应用有：
  * 天花板灯的照明
  * 模拟来自窗户外部的**柔和填充光**
  * 任何需要柔和阴影的应用
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:area_light.png?400 |}}
==Area Lights 的尺寸==
与点光源不同，//Area Lights// 的尺寸影响其**明亮度与软硬度**。通常，越大的 //Area lights// 越亮越柔和。需要注意的是，尺寸越大的 //Area Lights//，会产生更多的阴影。如果不希望阴影呈现出颗粒状的样子，需要提高阴影的 sample。
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当 //Area Light// 使用真实世界中的单位（比如 lumens）时，panel 的大小不会影响明亮度。
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如果 //Area Lights// 的尺寸受 //UV// 控制，那么应该使用 //UV// 属性而不是 //Area Lights// 的长宽来控制其尺寸。
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==特殊应用==
//Area Lights// 有一种很典型的应用：模拟来自窗户的室外填充光。这种灯光在某些软件中被特殊归类，称为 //portal light//。这种灯光会从 sky dome 的环境贴图中读取数据，可以更好的模拟来自于外部的填充光。
===Physically Based Lights===
//Physically Based Light// （也被称为 //IES LIghts & photomertic Lights//），是基于现实中的真实灯光的数据来创建的光源。其数据来自 //IES(Illuminating Engineering Society)//，不同类型/品牌的灯泡会有不同的表现。此类型的光源通常使用**色温**（//color temperatures//）与 //Lumens// 进行调整。
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  * 色温的数值与颜色有关。越低越**红**，越高越**蓝**。
  * 由于科技的发展，灯泡消耗的 //Watts// 不再是决定其灯光发射量的决定性标准，因此 //Physically Based Light// 普遍使用 //Lumens// 作为灯光强度的计量单位。
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==Physically Based Light 并不能保证渲染结果时真实的==
要保证渲染结果的真实性，光有 //Physically Based Light// 是不够的，其配套的其他设置也需要保证物理正确，比如：
  * 场景的缩放
  * 材质 / Shader
  * 摄像机的曝光参数
===Models Serving as Lights===
常见的 3D 软件中都支持自定义的几何体作为光源。此类光源主要通过两种方式来实现：
  * 使用超过白光（通常是 RGB{1,1,1}）的颜色来作为几何体的材质颜色。
  * 使用渲染器自带的发光材质（比如 VRay 的 ''Light Material''）
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:geo_lights.png?400 |}}
\\ \\ 
需要注意的是，即便几何体自身可以作为光源，但软件自带的光源是进行过渲染器优化的，并拥有更多的选项。因此，几何体自发光尽量用于特定的场合，而可以用默认光源替代的场合尽量使用默认光源。
===Ambient Light===
//Ambient LIght// 指环绕在我们周围的光源。这种光源来源于各种地方，在不同的角度呈现出不同的照明强度与颜色。真实环境中，//Ambient Lights// 并不是“平” 且 “均匀” 的。\\ \\ 
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:ambient_light.png?400 |}}
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然而在计算机中， //Ambient Light// 是非常均匀的。其照明下的所有的表面颜色，强度都一致，导致了场景多样性的缺失。因此，**不推荐使用**。
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====Adjust Controls and Options====
===Soloing and Testing Lights===
//Soloing light// 指将其他光源隐藏，只测试当前光源的调整手段。其要点在于：
  * 一次只测试一个光源，这样可以清楚的认识到每个光源的照明区域
  * 添加多个类似的光源时，也应该优先测试单个光源，调整设置得到满意结果后在进行复制
===Decay===
//Decay// 指光线的强度在传输的过程中会衰减的现象。3D 软件中通常提供了各种不同的 //Decay// 设置供我们使用。//Decay// 通常会带一个数值参数（通常被称为 //decay// 或是 //exponent//），指光的衰减程度。常用的有三种：
  * No decay, ''0''
  * Linear, ''1''
  * Quadratic,''2''
  * Cubic, ''3''
==Inverse Square Decay==
当 //Decay// 值等于 ''2'' 时，//Decay// 被称为 //Inverse Square Decay//（也称 //Quadratic decay//）。这种 //Decay// **是最接近物理正确**的 //Decay//。在这种情况下，光源与目标物体的距离每增加一倍，光线的强度就会衰减四倍。
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真实生活中，//Decay// 主要原因并不是光的能量衰减，而是光的散射造成的。
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==Inverse Square Decay 的应用场景==
//Decay// 通常用于可见的光源，以及应用全局光照的场景中。//Inverse Square Decay// 作为间接光反射的一部分，可以很好的模拟 indirect light 在场景中反射的现象。
==Inverse Square Decay 的使用注意事项==
  * 由于 //Inverse Square Decay// 的衰减程度较高，通常设置光源的时候都会提供一个**很高**的初始光照强度，尤其是在光线需要进行**长距离传送**的时候。
  * 如果出现光源足够亮，但在远距离的物体依然非常暗淡，这种情况需要考虑是否使用了 //Linear Workflow//
==No decay==
在两种情况下光线不需要 //Decay//：
  * 模拟来自非常远的光源
  * 模拟 directional light
==其他的 Decay 设定注意事项==
  * //Cubic Decay// 可以用于模拟光穿过**浓厚的雾**，或是光穿过**阴暗的水下**
  * 高衰减的 //Decay// 光源可以用于**只有光源旁边的物体**需要照明的情况
  * //Linear Decay// 某些时候可以作为 //No Decay// 和 //Inverse square decay// 的中间值使用
  * 某些 3D 程序允许我们指定 //Decay// 的最小 / 最大**距离**，也就是超出范围外的光线就不再显示。这种设定并不是物理正确的，但某些场景中使用起来非常方便。
===Diffuse and Specular Refection===
真实世界中，反射分为两种：
  * 漫反射（//Diffuse refection//）：这种反射下，光线的反射方向是全方位的
  * 高光反射（//Specular refection//）：这种反射下，光线的反射是平行的，反射会呈现出类似镜面的效果
光线在场景中会综合上述两种方式进行反射。//Diffuse// 主要呈现的是**物体表面的着**色；而 //Specular// 主要呈现的是**模拟光源反射的高光**。\\ \\ 
{{ :cg:books:digital_lighting_and_rendering:diffuse_n_specular.png?400 |}}
==反射的途径==
有两个因素决定了反射的最终效果：
  * 物体的材质
  * 某些灯光设置允许设定只对 //Diffuse// 或是 //Specular// 照明起作用
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一个常用的技巧是复制光源，并设置其中一个只发射 //Diffuse//，而另外一个只发射 //Specular//。这种手法称为 //splitting out//，允许我们对不同反射的明度，颜色，以及高光的位置或表现进行独立的调整。
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==常见的 specular level==
  * sun: ''1.0-1.2''
  * fill lights repersenting the sky specular: ''0.3-0.5''
  * 地面的反射光: ''0-0.25''
==3D 中的点光源高光不是真实的==
点光源在 3D 中表现为一个点（一个点的像素）。如果是真实的高光，那么高光表现上也只应该有一个点（无限小）。但这样带来的问题是，过于小的高光点是无法进行渲染的。为了修正这个问题，shader 中提供了选项允许我们设置高光反射的**尺寸**和 softness，使得高光渲染的结果看起来像是高光一样；但这样的结果并不是真实的。
===Light Linking===
//Light Linking// 指可以将指定的灯光与指定的物体绑定，使场景中未链接的物体不受该灯光的技术。该技术的好处有：
  * 保证链接物体上始终存在需要的照明（比如专门链接一个高光灯作为人眼的高光）
  * 可以对链接的物体做更加精细的修改
  * 对场景中某些照明不佳的部分进行增强
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某些软件会将灯光与阴影关联起来；当取消了 Light Linking 的时候，对应的光源不再对未链接的物体产生阴影。使用 //split out// 进行灯光的微调时，应设置 shadow linking 不随着 light linking 而改变。
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