【Maya】Arnold渲染器的学习（3）： Arnold灯光

【AreaLight（区域光）】

常用于模拟室内照明。它有三种形状：Quad（矩形）、Cylinder（圆柱）、Disk（圆盘），可在Light Shape下拉菜单中选择。Quad常用于模拟面片光源，例如显示器、透过窗外到达室内的光线；Cylinder用于模拟圆柱体光源，例如灯管、激光；Disk用于模拟圆盘状光源，例如月亮、圆形顶灯。其中，Quad形状的区域光参数最丰富，可以设定灯光的扩散（Spread）、分辨率（Resolution）、圆度（Roundness）、软边（SoftEdge）。

Spread：默认值为1。数值越低（始终不等于0）灯光越聚集，产生的画面噪波越多。

Resolution：默认值为512。应和连接灯光Color通道的图片分辨率相同（如果使用了贴图）。

Roundness：默认值为0，表示矩形四个角为直角。随着数值增大，矩形四个角会变成圆弧。值为1时矩形就变成了圆形。

SoftEdge：默认值为0，灯光边缘无衰减。数值增大，灯光边缘出现衰减模糊；值为1时，灯光边缘将达到最大的衰减。类似后期剪辑中的图像边缘羽化功能。

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【SkydomeLight（天穹光）】

常用于模拟室外照明。在介绍天穹光之前，先来了解两个概念：IBL和HDRI。

 IBL(Image-based lighting)：基于贴图的照明技术。通过专用相机，将真实世界的光照信息全方位的捕捉并存储到图像中，然后将图像应用于三维场景的环境照明。

HDRI(High Dynamic Range Imaging)：高动态范围成像。使用高动态范围摄影技术，再现超过标准动态范围亮度的数字成像技术。通俗的说，就是用计算机渲染或者HDR相机拍摄得到高于标准亮度的图片，便于后期图形细节的调节，例如再现遥远星云的微弱光芒。

*标准动态范围成像，就是直接展现在显示器或者纸张上的颜色，是以人类视觉系统编码的，也称伽马校正。

【一句话阐述IBL和HDRI的关系】

使用HDRI技术得到HDR图片，然后通过IBL技术，将HDR图片（后缀可以是.hdr或者.exr）作为三维场景的环境照明参考。这就是间接光照技术中的HDR贴图照明的原理（MentalRay渲染器中称为FinalGather“最终聚集”的技术就和IBL技术有关）。

多数时候，我们会选择HDR贴图素材连接到SkydomeLight的Color通道创造出各种自然或建筑环境。

Resolution（分辨率）：默认值为1000。同Area Light，分辨率应该和HDR图片一致，或者比图片分辨率低，过大会造成不必要的系统资源浪费。

Format（格式）：默认Lat-long。有四种方式：Lat-long（经度-纬度）、Mirrored Ball（镜像球）、Angular（角度）。Lat-long是最常用的，匹配多数HDR贴图的布局方式。

Portal Mode（入口模式）：默认interior_only 。off，关闭入口；interior_only，阻挡入口外的灯光；interior_exterior，允许入口外的灯光通过。

如果场景中没有使用LightPortal（灯光引导），这个参数不起作用。使用LightPortal时， Portal Mode要设置为Interior_exterior才能得到全部的灯光效果。值得一提，设置为interior_only会加快渲染速度，尽管它会失去一些小缝隙处的光线引入，但画面表现效果有时会好于Interior_exterior模式。有关Portal Mode文章后半部分会进行说明。

AOV Indirect（AOV间接）：默认天穹光是输出到直接AOV的，勾选转为间接AOV。

*AOV可以理解为类似MentalRay的渲染通道，一种分图层渲染技术。

Viewport（视口）：Sky Radius（天空半径）和Facing（朝向），作用是改变天空球在场景中的尺寸和贴图朝向。这两个参数只是视口显示，改变设置不影响渲染结果。

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【MeshLight（网格灯光）】

模拟人造发光体。原本是几何体形状节点下的属性，未来只保留在Arnold灯光菜单中，用于将多边形几何体转换为特殊形状的灯光。相比材质的自发光（Emission）属性，网格灯光的照明效果更明显，产生的画面噪点也更少，并且网格灯光可以产生间接照明效果，而材质自发光只能进行直接照明，缺少光线的环境反弹。

当将一个多边形几何体转为网格灯光，几何体形状节点下的ObjectDisplay的Visibility属性被网格灯光节点的Show Original Mesh属性关联。几何体默认是不显示在视口的，勾选Show Original Mesh可以启用几何体可见（通常都会隐藏）。如果要在渲染中显示灯光轮廓，勾选Light Visible，而不是Show Original Mesh。

*网格灯光会忽略多边形的平滑处理，也就是多边形形状节点下的Subdivision（细分）功能不起作用。如果要删除网格灯光还原灯光模型，在outliner的灯光模型子级中删除light_mesh_light节点即可。

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【PhotometricLight（光度学灯光）】

需要灯泡制造商提供的灯光数据才能发挥作用的，用于模拟真实灯泡的照明效果。如果要制作现实中各式各样的照明光斑，使用特定的*.ies数据可以很快的构建所需的灯光效果，例如手电筒或者自行车夜行灯那样中心区和边缘亮度不同的光斑。

*光度学灯光只有在渲染后才能看到效果。

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LightPortal（灯光引导）

需要场景中存在SkydomeLight才能使用，作用是将室外光线引导到室内进行照明。SkydomeLight针对开阔的室外场景进行了照明的优化，但对于光线穿透建筑物门窗进行的室内照明存在不足，会产生大量噪波。因此需要LightPortal对特定区域进行SkydomeLight光线的引导。

*LightPortal的用法和区域光一样，将它放置并覆盖住整个入口即可

通常使用面光源和平行光模拟天光对室内的照明效果，天穹光仅仅是作为背景，不参与照明。

单纯使用天穹光+HDRI贴图进行环境照明，不管是否使用LightPortal，都会产生大量噪波。

采用颜色通道为纯白色的天穹光进行照明，可以看到，使用LightPortal能最大限度的降低噪波。

而使用LightPortal时，interior_only模式除了在墙角和木板夹缝处没有照明效果，画面效果和Interior_exterior是差不多的，而渲染时间却缩短了1/3。

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【PhysicalSky（物理天空）】

用于模拟真实的天空照明，可设定太阳的位置、尺寸和照明强度。事实上PhysicalSky就是在Color通道连接上物理天空纹理节点（aiPhysicalSky）的SkydomeLight。物理天空通常用于构建简单的大气照明环境，快速展示场景效果。

例如这个官方示例中的场景，仅使用了一盏聚光灯和物理天空即构建了清晨的大气照明环境效果（渲染设置中添加了“大气体积（aiAtmosphereVolume）”着色器）。

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【总结】

在实际应用中，AreaLight和SkydomeLight的使用概率较高。需要注意的是，多数情况下，都不应该使用SkydomeLight来进行封闭的室内照明，会产生不必要的噪波，应使用AreaLight来完成。