1.2.2 光与影

随着计算机硬件和软件的发展，效果图行业也有了新的发展趋势，即通过写实的表现手法来真实地体现设计师的设计理念，这样就能更好地辅助设计师的设计工作，从而让表现和设计完美地统一起来。

要通过写实手法来表现出效果图的真实感，就必须找到一个能体现真实效果图的依据，而这个依据就是现实生活中的物理环境。只有多观察真实生活中的物体的特性，才有可能制作出照片级的效果图。而很多三维教程却对真实物理世界中的光影一带而过，这样就让很多初学者盲目地学习软件的操作技术，而丢掉了这个很重要的依据，结果连自己都不知道该怎样去表现效果。

真实物理世界中的光影关系简介

在这里先通过一个示意图（如图1-5所示）来说明真实物理世界的光影关系，这张示意图是大约下午3点左右的光影效果，从图中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弹出去的过程中，就形成了天光，而天光也就成了第2光源。

从上图中可以观察到太阳光产生的阴影比较实，而天光产生的阴影比较虚（见球体的暗部）。这是因为太阳光类似于平行光，所以产生的阴影比较实；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（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到，只受到了天光的作用，所以它呈现的是天光的蓝色；在球体的底部，由于光线照射到比较绿的草地上，反射出带绿色的光线，影响到白色球体的表面，形成了辐射现象，而呈现出带有草地颜色的绿色。

技巧与提示

在球体的暗部，还可以观察到阴影有着丰富的灰度变化，这不仅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，从而使球体和地面的距离以及反弹面积影响了最后暗部的阴影变化。

那么在真实物理世界里的阳光阴影为什么会有虚边呢？图1-6所示是真实物理世界中的阳光虚边效果。

在真实物理世界中，太阳是个很大的球体，但是它离地球很远，所以发出的光到达地球后，都近似与平行光，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。从这个计算公式中可以得出，一个身高1700mm的人，在太阳照射夹角为45°的时候，其头部产生的阴影虚边大约为11mm。根据这个科学依据，我们就可以使用VRay的球体光源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阴影效果。

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、水滴等与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，它们的波长依次增加，当阳光进入大气层时，波长较长的色光（如红光）的透射力比较强，能透过大气照射到地面；而波长较短的紫、蓝、青色光碰到大气分子、冰晶、水滴时，就很容易发生散射现象，被散射的紫、蓝、青色光将布满天空，从而使天空呈现出一片蔚蓝，如图1-7所示。

在早晨和黄昏时，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很多，因此更多的光会被散射和反射掉，所以光线也没有中午的时候明亮。在到达所观察的地方，波长较短的光（蓝色光和紫色光）几乎已经被散射掉，只剩下波长较长、穿透力较强的橙色和红色光，所以随着太阳慢慢升起，天空的颜色将从红色变成橙色。图1-8所示是早晨的天空色彩。

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为紫红色，几分钟后，天空会充满淡淡的蓝色，并且颜色会逐渐加深并向高空延展。图1-9所示是黄昏时的天空色彩。

技巧与提示

仔细观察图1-9，其中的暗部呈现为蓝紫色，这是因为蓝、紫光被散射以后，又被另一边的天空反射回来。

下面以图1-10为例来讲解一下光线反弹。当白光照射到物体上时，物体会吸收和反弹一部分光线，吸收和反弹的多少取决于物体本身的物理属性。当遇到白色的物体时光线就会全部被反弹，当遇到黑色的物体时光线就会全部被吸收（注意，真实物理世界中不存在纯白或纯黑的物体），也就是说反弹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，物体反射的光子就是红色（其他光子都被吸收了），当这些光子沿着它的路线照射到其他表面时会呈现为红色光，这种现象被称为辐射。因此相互靠近的物体的颜色会因此受到影响。

技巧与提示

大致了解了真实世界中的光影关系后，下面来详细讲解现实生活中常见光源与阴影之间的关系。

自然光

所谓自然光，就是除人造光以外的光。在我们生活的世界里，主要的自然光就是太阳，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，感受到了冷与暖。本节将简单讲解真实物理世界中的自然光在不同时刻和不同天气环境中的光影关系。

1.中午

在一天中，当太阳的照射角度大约为90°时，这个时刻就是中午，此时太阳光的直射强度是最强的，对比也是最大的，所以阴影也比较黑。相比其他时刻，中午的阴影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，并且比较小的物体的阴影细节变化不会太丰富，所以要在真实的基础上来表现效果图，中午时刻相比于其他时刻就没有那么理想，因为表现力度和画面的层次要弱一些。比如在图1-11中，这是一幅中午时刻的小型建筑的光影效果图，其画面的对比很强烈，暗部阴影比较黑，而层次变化相对较少，所以不宜选择中午时刻来表现效果图的真实感。

2.下午

在下午的时间段中（14:30～17:30），阳光的颜色会慢慢变得暖和一些，而照射的对比度也会慢慢降低，同时饱和度会慢慢增加，天光产生的阴影也随着太阳高度的下降而变得更加丰富。

从整体来讲，下午的阳光会慢慢变暖，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适，特别是在日落前大约1个小时的时间里，色彩的饱和度会变得比较高，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比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。比如在图1-12中，阳光带点黄色，而暗部的阴影层次比中午时刻要丰富一些，而阴影带点蓝色，对比也没中午时刻那么强烈；再来看图1-13，阳光的暖色和阴影区域的冷色，使色彩的变化相对来说变得比较丰富，所以无论在光照还是在阴影细节的选择上，下午时刻的效果都要强于中午时刻。

3.日落

在日落这个时间段中，阳光变成了橙色甚至是红色，光线和对比度变得更弱，较弱的阳光就使天光的效果更加突出。所以阴影色彩变得更深更冷，同时阴影也变得比较长。

在日落时，天空在有云的情况下会变得更加丰富，有时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像是从云的下面照射出来的原因。比如在图1-14中，这是一张日落前的照片，阳光不是那么强烈，并且带有黄色的暖调，天光在这个时刻更加突出，暗部的阴影细节也很丰富，并且呈现出天光的冷蓝色；再来看图1-15，这是一张日落时的照片，太阳快落到地平线以下时，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

黄昏是一天中非常特别的时刻，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，所以此时的阴影比较柔和，同时对比度也比较低，当然色彩的变化也变得更加丰富。

当来自地平线以下的太阳光被一些山岭或云块阻挡住时，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，以辐射状指向苍穹，有时还会延伸到太阳相对的天空中，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，人们把这种现象称为“曙暮晖线”。

日落之后，即太阳刚刚处于地平线以下时，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，这种现象被称为“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橙色的灯光对比，整体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。比如在图1-16中，这是一张黄昏时分的照片，此时太阳附近的天空呈现为红色，而附近的云彩呈现为蓝紫色，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，阴影变暗了很多，同时整个画面的饱和度也增加了不少；再来看图1-17，这是一张具有“曙暮晖线”的照片，太阳被云层压住，从云的下面照射出来，呈现出一幅很美丽的景象。

5.夜晚

在夜晚的时候，虽然太阳已经落山，但是天光仍然是个发光体，只是光照强度比较弱而已，因为此时的光照主要来源于被大气散射的阳光、月光以及遥远的星光，所以要注意，晚上的表现效果仍然有天光的存在。比如在图1-18中，这是一张夜幕降临时的照片，由于太阳早已经下山，天光起主要光照作用，因此屋顶都呈现为蓝色；再来看图1-19，月光起主要照明作用，整个天光比较弱，呈现为蓝紫色，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。阴天的天光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），在太阳高度比较高的情况下，阴天的天光主要是呈现为灰白色；当太阳的高度比较低的情况下，特别是太阳快落山时，天光的色彩会发生变化，并且呈现为蓝色。比如在图1-20中，这是一张阴天的照片，阴影比较柔和，对比度也较低，而饱和度却比较高；再来看图1-21，这是一张太阳照射角度比较高的阴天照片，整个天光呈现为灰白色；接着看图1-22，这是一张太阳照射角度比较低的阴天照片，图像的暗部呈现为淡淡的蓝色。

室内光与人造光

室内光和人造光是为了弥补在没太阳光直照以及光照不充分的情况，比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、辅助式光源和普照式光源，用它们组合起来营造一个光照环境，其亮度比例大约为5:3:1。其中5是指光照亮度最强的集中性光线（如投射灯）；3是指柔和的辅助式光源；1是指提供整个房间最基本照明的光源。

1.窗户采光

窗户采光就是室外的天光通过窗户照射到室内的光，窗户采光都比较柔和，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；在大窗口或多窗口的情况下，这种对比就相对弱一些。比如在图1-23中，这是一张小窗户的采光情况，由于窗户比较小，所以暗部比较暗，整张图像的对比相对比较强烈，而光影却比较柔和；再来看图1-24，这是一张大窗户的采光情况，在大窗户的采光环境下，整体画面的对比比较弱，由于窗户进光口很大，所以暗部没有那么的暗；接着看图1-25，这也是一张大窗户的采光情况，但是天光略微带点蓝色，这是因为云层的厚薄和阳光的高度不同所造成的。

技巧与提示

在不同的天气情况下，窗户采光的颜色也是不一样的。如果在阴天，窗户光将是白色、灰色或是淡蓝色；在晴天又将变成蓝色或白色。窗户光一旦进入室内，它首先照射到窗户附近的地板、墙面和天花板上，然后通过它们再反弹到家具上，如果反弹比较强烈就会产生辐射现象，让整个室内的色彩产生丰富的变化。

2.住宅钨灯照明

钨灯就是日常生活中常见的白炽灯，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，钨丝到达500℃时就开始发出可见光，随着温度的升高，光照颜色会按“红→橙黄→白”逐渐变化。人们平时看到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，色彩呈现为红橙色，而一个200W的灯泡照明看上去就比较亮，色彩呈现为黄白色。比如在图1-26中，在白炽灯的照明下，高亮的区域呈现为接近白色的颜色，随着亮度的衰减，色彩慢慢地变成了红色，最后成为黄色；再来看图1-27，这是一张具有灯罩的白炽灯的照明效果，光影要柔和很多，看上去并不是那么刺眼。

技巧与提示

通常情况下，白炽灯产生的光影都比较硬，为了得到一个柔和的光影，经常使用灯罩来让光照变得更加柔和。

3.餐厅、商店和其他商业照明

与住宅照明不一样，商业照明主要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1位，凡是比较讲究的餐馆，大厅一般情况都会安装吊灯，无论是用高级水晶灯，还是用吸顶灯，都可以使餐厅变得更加高雅和气派，但其造价比较高。大多数小餐馆都会选择安装组合日光灯，既经济又耐用，光线柔和适中，使顾客用餐时感到非常舒适。有些中档餐厅或快餐厅也有安装节能灯吸顶照明，俗称“满天星”，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，顾客在这个环境下用餐会感到非常阴冷，而且这种色调的灯光照射在菜肴上会失去本色，色泽艳丽的菜肴顿时变得灰暗、混浊，难上档次，所以节能灯不可取。另外，室内灯光的明暗强弱也会影响就餐顾客，一般在光线较为昏暗的地方用餐，让人没有精神，并使就餐时间加长；而光线明亮的地方会令人精神大振，使就餐时情绪兴奋，大口咀嚼有助消化和吸收，从而减少用餐时间。比如在图1-28中，这是一个餐馆的照明效果，给人一种富丽的感觉，促进人们的食欲。

商店照明和其他照明不一样，商店照明主要是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，如图1-29所示。

商店照明的分类主要有以下6种。

第1种：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，用来照亮整个空间。

第2种：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。

第3种：重点照明，也叫物体照明，主要是针对商店的某个重要物品或重要空间进行照明，比如橱窗的照明就是重点照明。

第4种：局部照明，这种方式通常是装饰性照明，用来营造特殊的氛围。

第5种：作业照明，主要是针对柜台或收银台进行照明。

第6种：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，以营造热闹的气氛。

4.荧光照明

荧光照明被广泛地应用在办公室、驻地、公共建筑等地方，因为这些地方需要的电能比较多，所以使用荧光照明能更多地节约电能。荧光照明的色温通常是绿色，如图1-30所示，这和我们的眼睛看到的有点不同，因为眼睛有自动白平衡功能。

荧光照明主要有以下3大优点。

第1点：光源效率高、寿命长、经济性好。

第2点：光色丰富，适用范围广。

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

5.混合照明

在日常生活中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一种美的感受。这种自然光和人造光的混合，常常会带来很好的气氛，优秀的效果图在色彩方面都或多或少地对此有所借鉴。比如在图1-31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，同时又给人们带来了和谐统一的感觉。

技巧与提示

掌握混合照明还有助于提高用户对色彩对比的把握，如图1-32所示。

6.火光和烛光

比起电灯发出的灯光，火光和烛光的光照更加丰富。火光本身的色彩变化比较丰富，并且火焰经常在跳动和闪烁，现代人经常用烛光来营造一种浪漫的气氛。比如在图1-33中，可以观察到烛光本身的色彩非常丰富，产生的光影也比较柔和。