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快速表现机电产品质感的渲染方法研究_机电毕业

2013-06-26 01:08

　　1 引言
　　近年来，产品外型成为继加工能力、核心技术之后，机电产品的又一卖点。好的产品外形可以非常有效的提升产品的附加值。计算机的应用极大的改变了产品造型设计的技术手段，也改变了产品造型设计的程序与方法，特别是在最终的效果展示方面。
　　计算机生成的外观质感效果图可以逼真的表达产品表面的质感、色彩等信息，以及在各种照明下表现出的真实明暗程度[1]。
　　这对于初期方案评选以及后期的营销传媒都起到了至关重要的作用。因此，研究一套快捷高效地完成机电产品电脑模型的质感渲染方法将是十分迫切的。
　　2 面向机电产品的快速质感表现方法和流程
　　三维模型的真实感渲染一般指的是把用户提供的建模与设置的照明以及材质、背景等各种对象综合到一起，制作成为一个具有光影效果的图像文件。该图像文件只有通过计算机软件对模型的综合计算（渲染）才能反映出来[2]。机电产品的质感渲染方法区别于普通消费品，因为机电产品具有以下特点：（1）体量大，块面相对比较规整；（2）由于生产制造的因素限制，复杂曲面较少；（3）材质种类相对较少，以金属、玻璃、塑料为主；（4）色彩有行业规范，工程色运用较多；（5）覆盖件表面处理工艺以喷涂为主，复杂工艺运用相对较少。
　　基于以上特点，机电产品的质感表现与普通产品的区别在于：①光影效果要求简单直观，易于突出产品结构和细节特征；②质感表现以真实准确为目的，不能一味追求艺术化夸张；③机电产品的研发，时间紧任务重，制作效果图要求快捷高效。
　　Vray 通过使用Global Illumination Rendering System 进行逼真的灯光运算[2]，与3ds max 及Photoshop 互相配合非常适合用来表现机电产品的形态结构及质感方案。如图1 所示是由3ds max、VRay、Photoshop 三方软件进行机电产品质感表现的基本流程，以及各软件在各步骤的分工使用情况。 （转载自http://zw.nseac.coM科教作文网）
　　3 场景设置
　　场景通常包括灯光、前景（地面）和背景。机电产品的场景设置目的在于快速表现产品结构特征及质感，因此场景三要素设置不能太繁杂，否则渲染时会占用计算机大量内存，降低渲染速度。
　　3.1 灯光比较3D 场景常见的布光方法[3]包括：三点布光、阵列布光等，甚至可以用一张HDRI 贴图模拟照亮整个场景。渲染机电产品与普通消费品不同，在GI 全局光照天光环境下，只需要添加一盏目标聚光灯，就可以较好地表现机电产品的立体形象以及产品各部分的结构形状和材质本身所具有的美学特点，不但渲染速度快，而且设置简单。
　　4 材质质感的快速表现方法
　　机电产品中金属、塑料、玻璃以及橡胶等材质使用最频繁。
　　根据机电产品具体零部件的结构特点及表面工艺，采用适当的渲染方法把这些材质的光泽、色彩恰如其分地表现出来，将使整体外观造型达到形、色、质的完美统一。
　　4.1 金属材质机电产品覆盖件的百分之八十约为金属材质，例如钣金件、铸件等。由于面饰工艺的不同，表现出的质感效果也有很多种[4]。
　　最具代表性的是不锈钢和磨砂金属。
　　不锈钢是具有高光泽的金属材质。在渲染这种反射材质时，不同的结构类型对应不同的渲染方法，如表3 所示，只有正确的渲染方法才会省时省力。
　　相同的场景中，采用后者的效果与前者基本相同，但渲染时间却明显减少。这说明合理的利用3ds max 默认的材质贴图方式，可以大幅度节约渲染时间。
　　4.2 玻璃材质玻璃非常广泛地应用在机电产品中。例如，在观察窗、推拉门、驾驶仓上多使用比较通透的钢化玻璃，而在一些电火花加工机床工件台上的围板件则采用深色的磨砂玻璃或有机玻璃。 （科教范文网http://fw.NSEAC.com编辑发布）
　　在Vray 材质反射通道中使用衰减贴图控制Fresnelreflections（菲涅尔反射）的强弱程度，就可以使玻璃表面产生真实弧度反射计算。当光线与表面几乎平行时，反射将是可见的，当光线垂直于表面时将几乎没有反射[5]。
　　渲染机电产品时经常会遇到Vray 玻璃材质不能正常透光的现象。解决办法有两种：（1）分两次渲染。第一次渲染时将玻璃模型隐藏，渲染完成后保存光子图用于第二次渲染。第二次渲染时再将玻璃模型取消隐藏即可达到玻璃透光的效果。（2）在3ds max 标准材质的贴图通道中加VRay map 贴图，强度越大透光效果越明显。
　　透明材质的透明度取决于材质的光滑程度，透明材质越光滑，透光率就越高[6]。因此，磨砂玻璃的透光率要比钢化玻璃低很多。磨砂玻璃材质的设置可以适当参考磨砂金属的实现方法。试验结果再次证明了采用3ds max 默认的材质贴图方式配合VRay的基本材质渲染方案是最快最好的编辑磨砂材质的方法。
　　4.3 塑料材质塑料与金属两大材质的本质区别在于塑料材质的表面光滑程度没有金属材质高。而反射材质的反射率、反射模糊率同样取决于材质的光滑程度，即材质越光滑，反射就越强烈，反射模糊率就越低，高光就越明显[6]。因此，塑料材质的编辑只需在金属材质基本属性之上适当调整参数即可。
　　塑料材质在机电产品中所占比例很小，多出现在控制面板中。
　　控制面板相对体量很小，且面板内容信息繁简不尽相同。针对不同的控制面板类型可以选择编辑材质渲染或PS 贴图渲染两种方法。
　　编辑材质渲染耗时较多，但效果真实，若需重点突出表现控制面板，可以采用该方案。一般情况采用更快的PS 贴图模拟渲染。
　　5 分次渲染
　　VRay 渲染器由于使用了GI（全局光）照明技术，如果想要使渲染速度得到最大的提高，必须使用正确的制作流程，否则会浪费很多时间。整个测试渲染可分为三步。

　　首次渲染的目的是在极短的时间里大体了解模型场景的效果，若有漏光、黑斑等问题可做及时调整。二次渲染应注意观察产品各个结构形态之间的结构缝及连接关系是否表达清晰以及材质编辑是否符合预期等。渲染完成后保存光子图，可用于最终渲染。如果没有达到效果，可以适当调整模型后局部渲染该区域，而不用重新渲染全图。由于VRay 的渲染图片分辨率为72dpi，所以为了保证A4 照片级效果，最终渲染时将渲染尺寸设置为2400*1800 或更高，进一步保证精度效果。
　　VRay 采用3 种不同的算法来进行图像采样，都比Scanline需要的渲染时间长，但可以在短时间内制作出高品质图像。在不同渲染阶段采用不同的图像采样器，可有效节约渲染时间。具体每个渲染阶段的关键参数设置。
　　6 后期处理