1.3 灯光

光影效果是否真实是衡量一张效果图质量的关键因素之一，要表现最真实的光影效果，首先要了解物理世界中的光影关系。

1.3.1 物理世界中的光影关系

在这里，我们先通过一个示意图来说明真实物理世界的光影关系，如图1-13所示。这里表示的是大约下午3:00的光影关系，可以看出主要光源是太阳光，在太阳光通过天空到达地面以及被地面反射的这一过程中，就形成了天光，而天光也就成了第二光源。

从图1-13中可以看出，太阳光产生的阴影比较实，而天光产生的阴影比较虚（见球的暗部）。这是因为太阳光类似于平行光，所以产生的阴影比较实（关于太阳光阴影的虚实，在后面将通过科学的方法来分析）；而天光从四面八方照射球体，没有方向性，所以产生了虚而柔和的阴影。

再来看球体的亮部（就是太阳光直接照射的地方），它同时受到了阳光和天光的作用，但是由于阳光的亮度比较大，所以它主要呈现的是阳光的颜色；而暗部没有被阳光照射，只受到了天光的作用，所以它呈现出的是天光的蓝色；在球的底部，由于光线照射到比较绿的草地上，反射出带绿色的光线，影响到白色球的表面，形成了辐射现象，而呈现出带有草地颜色的绿色。

在球体的暗部，还可以看到阴影有着丰富的灰度变化，这不仅是因为天光照射到了暗部，更多的是由于天光和球体之间存在着光线反弹，球和地面的距离以及反弹面积影响着最后暗部的阴影变化。

在真实物理世界里的阳光的阴影为什么会有点虚边呢？图1-14所示为真实物理世界中的阳光的虚边。

在真实物理世界中，太阳是个很大的发光体，但是它离地球很远，所以发出的光到达地球后，都近似于平行光，而就因为它实际上不是平行光，所以地球上的物体在阳光的照射下会产生虚边，而这个虚边也可以近似地计算出来：（太阳的半径/太阳到地球的距离）×物体在地球上的投影距离≈0.00465×物体在地球上的投影距离。从这个计算公式可以得出，一个身高1700mm的人，在太阳照射夹角为45°的时候，他头部产生的阴影虚边大约应该为11mm。根据这个科学依据，我们就可以使用VRay的球光来模拟真实物理世界中的阳光了，控制好VRay球光的半径和它到场景的距离就能产生真实物理世界中的真实阴影。

那为什么天光在白天的大多数时间是蓝色，而在早晨和黄昏又不一样呢？

大气本身是无色的，天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的景象。太阳发出的白光是由紫、青、蓝、绿、黄、橙、红光组成的，它们波长依次增加，当阳光进入大气层时，波长较长的色光（如红光）透射力强，能透过大气射向地面；而波长较短的紫、蓝、青色光，碰到大气分子、冰晶、水滴等时，就很容易发生散射现象，被散射了的紫、蓝、青色光布满天空，就使天空呈现出一片蔚蓝，如图1-15所示的蔚蓝天空。

而在早晨和黄昏的时候，太阳光穿透大气层到达观察者所经过的路程要比中午的时候长得多，更多的光被散射和反射，所以光线也没有中午的时候明亮。因为在到达所观察的地方，波长较短的蓝色和紫色的光几乎已经散射，只剩下波长较长，穿透力较强的橙色和红色的光，所以随着太阳慢慢升起，天空的颜色是从红色变成橙色的，图1-16所示为早晨的天空色彩。

当落日缓缓消失在地平线以下时，天空的颜色逐渐从橙红色变为蓝色。即使太阳消失以后，贴近地平线的云层仍然会继续反射着太阳的光芒，由于天空的蓝色和云层反射的红色太阳光融合在一起，所以较高天空中的薄云呈现出红紫色，几分钟后，天空会充满淡淡的蓝色，它的颜色逐渐加深，并向高空延展，图1-17所示为黄昏的天空色彩。

注意观察图1-17，其中的暗部呈现蓝紫色，这是因为蓝、紫光被散射以后，又被另一边的天空反射回来。

接下来了解一下光线反射，如图1-18所示。

当白光照射到物体上时，物体会吸收一部分光线和反射一部分光线，吸收和反射的多少取决于物体本身的物理属性。当遇到白色的物体，光线就会全部被反射，当遇到的黑色的物体，光线就会全部被吸收（当然，真实物理世界中是找不到纯白或者纯黑的物体的），也就是说反射光线的多少是由物体表面的亮度决定的。当白光照射到红色的物体上时，物体反射的光就是红色（其他光都被吸收了）。当这些光沿着它的路线照射到其他表面时是红光，这种现象叫做辐射，因此相互靠近的物体颜色会因此受到影响。图1-18所示的橘红色木头在光线的反射下，投射出木头的颜色，辐射在地面上。在使用VRay渲染效果图的时候，我们常会遇到溢色问题，这需要对材质进行处理，相关的内容将在后面的实例中介绍。

1.3.2 自然光

所谓自然光，就是除人造光以外的光。在我们生活的世界中，主要的自然光就是太阳光，它给大自然带来了丰富美丽的变化，让我们看到了日出、日落；感受到了冷暖。在1.2节中，简单地讨论了真实物理世界中的光影关系，接下来将详细探讨不同时刻和天气的光影关系。

1.中午

在一天中，当太阳的照射角度大约为90°的时候，这个时刻就是中午，这时的太阳光直射是最强的，对比也最大，阴影也比较黑，相比其他时刻，中午的阴影的层次变化也要少一点。

在强烈的光照下，物体的饱和度看起来会比其他时刻低一些，而小的阴影细节变化却不丰富。在真实的基础上来表现更优秀的效果图，选择中午时刻来表现效果图并不是不可以，但是相比其他时刻来说，表现力度和画面的层次要弱一些。

从图1-19中可以看出，这是个中午时刻的画面，画面的对比很强烈，暗部阴影比较黑，而变化层次相对较少。

2.下午

在下午这段时间里（14:30～17:30），阳光的颜色会慢慢变得暖和一点，而照射的对比度也慢慢地降低，同时饱和度慢慢地增加，天光产生的阴影也随着太阳高度的下降而变得更加丰富。

大体来说，下午的阳光会慢慢地变暖，而暖的色彩和比较柔和的阴影会让我们的眼睛观察起来感到更舒服，特别是在日落前大约1个小时的时间里，这样的现象更加明显，很多摄影师都会抓住这段黄金时刻去拍摄美丽的风景。

色彩的饱和度在这个时刻变得比较高，高光的暖调和暗部的冷调，给我们带来了丰富的视觉感受。选择这个时刻作为效果图的表现时刻，比起中午的时刻要好很多，因为此时不管是色彩还是阴影的细节都要强于中午。

从图1-20中可以看出，阳光带点黄色，而暗部的阴影层次比中午时刻要丰富一些；阴影带点蓝色，对比没有中午时刻那么强烈。

再来看看图1-21，从图中可以看出，阳光的暖色和阴影区域的冷色，色彩的变化相对来说比较丰富。

3.日落

在日落这个时刻里，阳光变成了橙色甚至是红色，光线和对比度变得更弱，较弱的阳光会使天光的效果变得更加突出。所以，阴影色彩更深和更冷，同时阴影也比较长。

在日落的时候，天空的颜色在有云的情况下会变得更加丰富，有时候还会呈现出让人感觉不可思议的美丽景象。这是因为此时的阳光看上去是从云的下面照射的。

从图1-22中可以看到，阳光不是那么强烈，带黄色的暖调。天光在这个时刻更加突出，暗部的阴影细节很丰富，并且呈现出天光的冷蓝色。

从图1-23中可以看到，这时的太阳快落到地平线以下，阳光的色彩变成了橙色，甚至带点红色，而阴影也拖得比较长，暗部的阴影呈现出蓝紫色的冷调。

4.黄昏

黄昏在一天中是非常特别的，经常给人们带来美丽的景象。当太阳落山的时候，天空中的主要光源就是天光，而天光的光线比较柔和，它给我们带来了一个柔和的阴影和一个比较低的对比度，同时色彩也变得更加丰富。

当发自地平线以下的太阳光被一些山岭或云块阻挡时，天空中就会被分割出一条条阴影，形成一道道深蓝色的光带，这些光带好像是从地平线下的某一点（即太阳所在的位置）发出的，以辐射状指向苍穹，有时还会延伸到太阳相对的天空，呈现出万道霞光的壮丽景象，给只有色阶变化的天空增添一些富有美感的光影线条，人们把这种现象叫作曙暮晖线。

日落之后，当太阳刚刚处在地平线以下时，在高山上面对太阳一侧的山岭和山谷中会呈现出粉红色、玫瑰红或黄色等色调，这种现象叫作染山霞或高山辉。傍晚时的染山霞比清晨明显，春夏季节又比秋冬季节明显，这种光照让物体的表面看起来像是染上了一层浓浓的黄色或紫红色。

在黄昏的自然环境下，如果有室内的黄色或者橙色的灯光对比，整体的画面会让人感觉到无比的美丽与和谐，所以黄昏时刻的光影关系也比较适合表现效果图。

从图1-24中可以看出，此时太阳附近的天空呈现红色，而附近的云呈现蓝紫色。由于太阳已经落山，光线不强，被大气散射产生的天光亮度也随着降低，阴影部分变暗了很多，同时整个画面的饱和度也增加了。

从图1-25中可以看到，太阳被云层压住，从云的下面照射，从而呈现出了美丽的景象。

5.夜晚

在夜晚，虽然太阳已经落山，但是天光本身仍然是个光源，只是比较弱而已，它的光主要来源于被大气散射的阳光、月光，还有遥远的星光。

所以大家要注意，夜晚的表现效果仍然有天光的存在，只是比较弱。

图1-26表现的是夜幕降临时的一个画面，由于太阳早已经下山，这时候天光起主要作用，仔细观察屋顶，它们都呈现蓝色。

从图1-27中可以看出，整个天光比较弱，呈现蓝紫色，月光明亮而柔和。

6.阴天

阴天的光线变化多样，这主要取决于云层的厚度和高度。可能和大家平常的看法有点不一样，其实阴天也能得到一个美丽的画面，在整个天空中就只有一个光源，它是被大气和云层散射的光，所以光线和阴影都比较柔和，对比度比较低，色彩的饱和度比较高。

阴天里天光的色彩主要取决于太阳的高度（虽然是阴天，但太阳还是躲在云层后面的）。通过观察和分析，可以发现在太阳高度比较高的情况下，阴天的天光主要呈现出灰白色；而当太阳的高度比较低，特别是快落山的时候，天光的色彩就发生了变化，这时候的天光呈现蓝色。

从图1-28中可以看出，阴天的特点，阴影柔和、对比度低，而饱和度高。

图1-29所示为太阳照射角度比较高的情况下的阴天，整个天光呈现出的是灰白色。

图1-30所示是太阳照射角度比较低的情况下的阴天，我们可以看到暗部呈现淡淡的蓝色。

1.3.3 室内光和人造光

室内光和人造光是为了弥补在没太阳光直接照射的情况，光照不充分而产生的光照，如阴天和晚上就需要人造光来弥补光照。同时，人造光也是人们有目的地去创造的，例如，一般的家庭照明是为了满足人们的生活需要，而办公室照明则是为了满足人们更好地工作。

随着社会的发展，室内光照也有了它自身的定律，人们把居室照明分为3种，分别是集中式光源、辅助式光源、普照式光源，用它们组合起来营造一个光照气氛。其亮度比例大约为5:3:1，其中的“5”是指光亮度最强的集中式光源（如投射灯）,“3”是指给人柔和感觉的辅助式光源，“1”则是提供整个房间最基本照明的普照式光源。

1.窗户采光

窗户采光就是室外天光通过窗户照射到室内的光。窗户采光都是比较柔和的，因为窗户面积比较大（注意，在同等亮度下，光源面积越大，产生的光影越柔和）。在只有一个小窗口的情况下，虽然光影比较柔和，但是却能产生高对比的光影，这从视觉上来说是比较有吸引力的。在大窗口或者多窗口的情况下，这种对比就减弱了。

在不同天气状况下，窗户采光的颜色也是不一样的。如果是阴天，窗户光将是白色、灰色或者是淡蓝色；在晴天，窗户光又将变成蓝色或者是白色。窗户光一旦进入室内，它首先照射到窗户附近的地板、墙面和天花上，然后通过它们再反射到家具上，如果反射比较强烈，这时候就会产生辐射现象，让整个室内的色彩有丰富的变化。

图1-31所示是小窗户的采光情况，我们可以看到，由于窗户比较小，所以暗部比较暗，整个图的对比相对比较强烈，而光影却比较柔和。

从图1-32中可以看到，大窗户和小窗户采光的不同，在大窗户的采光环境下，整个画面的对比较弱，由于窗户进光口大，所以暗部也不是那么的暗。

从图1-33中可以看到，这里的天光略微带点蓝色，这是由云层的厚薄和阳光的高度不同所造成的。

2.住宅钨灯照明

钨灯也就是大家平常看见的白炽灯，它是根据热辐射原理制成的，钨丝达到炽热状态，让电能转化为可见光。钨丝的温度达到500℃时就开始发出可见光，随温度的增加，从“红→橙黄→白”逐渐变化。人们平时看到的白炽灯的颜色都和灯泡的功率有关，一个15W的灯泡照明看上去很暗，色彩呈现红橙色；而一个200W的灯泡照明看上去就比较亮，色彩呈现黄白色。

通常情况下，白炽灯产生的光影都比较硬，人们为了得到一个柔和的光影，都会通过灯罩来改变白炽灯的光影，让它变得更柔和，如台灯的灯罩。

从图1-34中可以看出，在白炽灯的照明下，高亮的区域呈现接近白色的颜色，随着亮度的衰减，色彩慢慢地变成了红色，最后到黄色。

从图1-35中可以看到，加上灯罩的白炽灯，光影要柔和很多，看上去并不是那么刺眼。

3.餐馆、商店和其他商业照明

和住宅照明不一样，商业照明主要是用于营造一种气氛和心情，设计师会根据不同的目的来营造不同的光照气氛。

餐厅室内照明把气氛的营造放在第一位，比较讲究的餐馆，大厅多安装吊灯，无论是高级水晶灯还是吸顶灯，都能使餐厅感觉高雅和气派，但其造价确实可观。而大多数中小餐馆均以安装组合日光灯为宜，既经济又耐用，光线柔和适中，使顾客用餐时感到舒适。有些中档餐厅或快餐厅也有安装节能灯作为吸顶照明的，俗称“满天星”。但经验证明这种灯为冷色，其造价不低而且质量较差，使用效果也非最佳，尤其是寒冷的冬季，顾客在此环境下用餐会感到阴冷，而且这种色调的灯光照在菜肴上菜肴会失去本色，本来色泽艳丽的菜肴顿时变得灰暗、混浊，难上档次，故节能灯不可取。另外，室内灯光的明暗强弱也会对就餐顾客有着不同的影响，一般在光线较为昏暗的地方用餐，使人没有精神，并使就餐时间加长；而光线明亮则令人精神大振，使就餐者情绪兴奋，大口咀嚼，从而减少用餐时间。

商店照明和其他照明不一样，商店照明为了吸引购物者的注意力，创造合适的环境氛围，大都采用混合照明的方式，大致分类如下。

（1）普通照明，这种照明方式是给一个环境提供基本的空间照明，用来把整个空间照亮。它要求照明灯的匀布性和照明的均匀性。

（2）商品照明，是对货架或货柜上的商品进行照明，保证商品在色、形、质3个方面都有很好的表现。

（3）重点照明，也叫物体照明，它是针对商店的某个重要物品或重要空间的照明。比如，橱窗的照明应该属于商店的重点照明。

技巧与提示

（2）和（3）这两种照明方式通常提供有方向的、光束比较窄的高亮度的针对对象的照明，采用点式光源并配合投光灯具。

（4）局部照明，这种方式通常是装饰性照明，用来制造特殊的氛围。

（5）作业照明，主要是指对柜台或收银台的照明。

（6）建筑照明，用来勾勒商店所在建筑的轮廓并提供基本的导向，营造热闹的气氛。

图1-36所示为餐馆里的照明效果图，给人一种富丽的感觉，促进人们的食欲。

图1-37所示为商店里的照明效果图，在吸引购物者注意力的同时创造合适的环境氛围。

4.荧光照明

荧光照明主要是为了节约电能而被广泛采用，它的色温通常是绿色，这和我们的眼睛看到的有点不同，因为我们的眼睛有自动白平衡功能。荧光照明被广泛地应用在办公室、驻地、公共建筑等地方，因为这些地方需用的电能比较多，所以能更多地节约电能。

荧光灯的主要优点如下。

（1）光源效率高、寿命长、经济性好。

（2）演色性（指光源照射物体时呈现色彩的视觉效果质量高低的评价）优良、光色丰富、适用范围广。

（3）可得到发光面积大、阴影少而宽的照明效果，故更适用于要求照明度均匀一致的照明场所。

从图1-38中可以看到荧光的照明效果，它的颜色呈现绿色，光影相对柔和。

5.混合照明

我们常常可以看到室外光和室内人造光混合在一起的情景，特别是在黄昏，室内的暖色光和室外天光的冷色在色彩上形成了鲜明而和谐的对比，从视觉上给人们带来美的感受。

这种自然光和人造光的混合，常常会营造出很好的气氛。优秀的效果图在色彩方面都或多或少地对此有借鉴。

在图1-39中，建筑不仅受到了室外蓝紫色天光的光照，同时在室内也有橙黄色的光照。在色彩上形成了鲜明的对比，同时又给我们带来了和谐统一的感觉。

图1-40所示是临摹的一张图，其目的就是练习一下这种色彩的对比。

6.火光和烛光

比起电灯发出的灯光，火光和烛光更丰富，火光本身的色彩变化也比较丰富。需要注意的是，它们的光源经常跳动和闪烁。现代人经常用烛光来营造一种浪漫的气氛，就是因为它本身的色温不高，并且光影柔和。

图1-41所示的是烛光照明效果，我们可以看到烛光本身的色彩非常丰富，它产生的光影也比较柔和。