Fundamentals of Lighting Design

Digital lighting and rendering Chapter 1

Motivation 指灯光应该与需要讲述的故事匹配。它决定了场景的灯光的光源的配置（位置，强度等等）。

Off-Screen Space 指不在摄像机范围内的区域。但不在该区域不代表不重要：很多场景的 Motivation 很大程度上取决于这部分区域的光照（illumination）、阴影（Shadows）以及反射（Reflection）。在设置光照之前，很重要的一步就是构想 Off-Screen Space 这一部分的内容。

典型的例子：

• 右上角的光来自于窗户外，因为有窗户各格子的阴影
• 左下角的光来源于一个多云的天（软阴影）
• 右下角的光源来源于太阳直射（硬阴影）

光源主要通过如下的，被称为 Qualities of Light 的特性来区分：

• Color temperature，决定了灯光的颜色。
• Brightness，与相机相关的特性，决定了相机曝光的程度。
• Softness，该特性由一系列灯光的设置决定。
  • 对于 spotlight， penumbra 决定了自身边缘阴影的硬度
  • Decay & Drop-off 决定了光线是如何根据距离进行衰减的
  • 阴影的硬度（soft & hard shadow）会给人带来不同的感觉
• Throw pattern，即灯光的形状。
• Light angle，灯光的角度，告知了灯光的来源。比如正午的阳光就会来自顶部。

通过模仿现实生活中的灯光，可以将以上的元素组织到一起。

Driect light（直接光）指来源于光源的光线，比如阳光。 Indirect light（间接光） 指直接光反射或者反弹至少一次而产生的光线。比如台灯照亮天花板后，天花板上产生的灯罩形状的亮斑，就是直接光；而受该亮斑照明的区域产生等亮光，才是间接光。

Cheating 是指用灯光增强 Motivation 的一种主观手段；该行为强化了场景的 motivation，但又不会让观众感觉到光线有明显的异常。

下面是一个典型的 cheating 的过程：

可以看到下图中佛像的前部并没有很好的被旁边的蜡烛照明，也没有轮廓感： 下图通过复制蜡烛光源并移动到佛像的前部，并使其只对佛像生效，从而使佛像在场景中变得更加明显：

同时通改变佛像背后物体的照明度，并且在佛像背后增加一个 rim light, 使佛像的轮廓感更强：

真实环境中，光线往往不同于电影中看到的画面；比如森林往往是纯黑的；电影中来源于窗户的光源很可能是人工打的。这一切都可以称之为 cheating。之所以这么做是因为，lighting 与 cinematography 是艺术。艺术拥有其自身的 Visual goals，也就是灯光设计者希望用光线表达出的效果。

lighting 并不是简单的模拟真实世界；它需要达到指定的 visual goals；也就是说，lighting 需要对场景表现有更好的贡献。

正如摄影，绘画一样，3D Rendering 也是将三维场景转化为二维场景的过程。因此，通过安排 3D 场景中的实物来让观众明白场景要表达的东西，就是 Make Things Read 的意义。而灯光在这个过程中扮演了关键的角色。这个过程被称为 Modelling with light，这是因为灯光可以让观众获得实物的 3D 形态。

CG 渲染的种类很多，有的渲染要求 photorealism，有的则要求渲染看起来想卡通。但无论是哪种渲染，场景中的灯光都必须是 Believable 的。

• Believable 意味着：场景中的灯光的平衡性需要与真实世界的灯光一致（比如来自窗户的日光就是比台灯亮）。
• 通常，我们可以通过找真实世界的参考来决定 3D 场景中灯光的特性。
• 我们需要通过仔细的设置灯光来达到 Believable 的效果；软件只是工具，并不能替代我们做这些事。

通常情况下我们需要按需求向场景中添加灯光来确保某些材质与真实世界更像。比如给眼睛打高光等等。

• Effects 通常需要独立的光源和细节来增加其真实性，比如往爆炸的周围添加光源。

在参与长期项目的过程中，会有很多人参与到不同的镜头中。我们需要确保每一个镜头给观众带来的感觉是“无缝”的。在 Visual Effects 中，这个问题会更加复杂，因为我们需要将 CG 元素添加到实拍场景中。在实拍素材的采集中，天气的变化会给实拍素材带来不一致；因此我们需要按需求来对镜头进行最后的灯光调整。

在好的场景中，灯光需要将观众的注意力吸引到场景中最关键的地方。反过来讲，为了突出重点，灯光需要避免将观众的注意力分散到其他地方。

在观看电影的过程中，观众往往不会“看”到灯光，而是感觉到灯光。具体的来说，灯光有助于加强观众的情感体验，而该目标是在灯光设计中最重要的一点。该过程是一个非常艺术的过程，我们可以从画和其他电影中借鉴到更多经验。

打光是一个迭代的过程；多次的练习打灯对该过程有很大的帮助。我们可以通过一系列的 Lighting Challenges 场景来练习打光并参考别人的场景、渲染通道、灯光设置等等来丰富自己的经验。同时，我们也可以通过不同的打光版本来获取反馈。

开始工作前需要注意几点：

• 工作光线的控制：太明亮的环境光会影响我们对场景打光的判断。
• 显示器在使用前需要矫正，特别是灰度。
• 输出打印可以借助校色仪。
• 输出视频需要使用颜色矫正设备。在家可以通过不同的终端来控制大致的颜色区域。

If it looks like a computer graphics, it is not good computer graphics.

作为一个艺术家，我们更应该自己来决定让别人看到什么样的作品，而不是让电脑或者软件替我们决定。