什么让 3D 室内不再像一个游戏画面

Flur Team7 分钟阅读
透过门口看到的一间明亮卧室的写实渲染图,可见一盏吊灯与远处的阳台景观

一个 3D 房间可以拥有完全正确的几何结构——每一面墙、每一件家具都在对的位置—— 却依然明显看起来像个电子游戏画面,而不是一张真实照片。这道差距的成因是具体、 可以叫出名字的,而且每一个都是材质或灯光问题,而不是建模问题。

PBR 通道,以及每一个通道究竟在做什么

基于物理的渲染用若干个独立通道来描述一个表面,要把一种材质做对, 意味着要把这些通道全部做对,而不只是最显眼的那一个。基础色是去除了 光照影响后的底色——在纯白光下这个表面应有的颜色。粗糙度控制 反射是锐利还是漫射,从镜面般清晰到完全哑光。法线贴图在不增加 真实几何结构的前提下,伪造出小尺度的表面细节——纹理、织纹、质感。 环境光遮蔽让缝隙和接触点变暗,那些地方光线本来就难以照到。 以上任何一个通道被跳过或者被拉平,即便另外三个都正确, 这个表面看起来仍然会有种说不出的不对——这些通道之间并不是互相冗余的, 每一个都在回答关于同一个表面的一个不同视觉问题。

读成「CG 感」的具体错误

粗糙度均一是最常见的单一破绽。真实表面是有变化的——一面刷了漆的墙, 表面各处光泽略有不同;一片木地板,被踩踏过的地方光泽也不会完全一致—— 一种在整个范围内只用同一个粗糙度数值的材质,无论灯光多好,都会读成合成的。

缺少倒角几乎同样常见。现实中的边缘——桌角、门框、家具的收边—— 从来都不是完全锐利的;光线绕过一个极小的圆角时,会在那里留下一道细细的高光。 渲染图里一个完全锐利的 90° 直角边,是一个虽然细微但很强烈的信号, 说明现实中从来没有任何东西是这样被加工出来的。

天花板显得扁平,是因为一个房间里最显眼的大面积表面没有被充分照亮。 一个被均匀打光、没有衰减也没有变化的天花板,会消灭一个空间的体积感—— 真实的天花板会不均匀地接收到反弹光,靠近窗户和灯具的地方更亮,角落更暗。

单一点光源是灯光版本的粗糙度均一:技术上存在光照,但没有一个真实房间 是这样被照亮的。真实空间是由多个不同强度、不同色温、彼此重叠的光源 共同照亮的,把这一切压缩成一个光源,会把它本该呈现出来的空间感压平掉。

为什么面光源与暖色实体灯具很重要

点光源在数学上是一个点——零物理体积——这意味着它投出的阴影边缘 锐利得没有任何真实光源能做到。窗户、灯具、台灯都有实际的面积, 正是这个面积产生了真实空间才有的那种柔和、渐变消失的阴影边缘。 把光源建模成具有真实面积,而不是无维度的点,正是让阴影看起来 「有人居住」而不是「计算出来」的关键。

暖色实体灯具——台灯、壁灯、以及色温比冷白日光更暖的灯具—— 除了照明之外还承担第二个作用:它们会被观者的眼睛识别为合理的光源, 而不是一团来源不明的环境光。

同一个房间在真实感优化之前的基础几何结构——正确但未经风格处理,材质通用,也没有经过任何灯光处理

阴影柔和度、色调映射与白平衡

阴影边缘的柔和程度,直接取决于光源的大小与距离——一个大而近的光源 会产出边缘柔和的阴影;一个小而远的光源会产出边缘锐利的阴影。 这一点无论往哪个方向出错,都会读成不真实,只是方式不同: 太硬会显得合成,太软会显得雾蒙蒙。

色调映射的作用,是把一个场景远超屏幕显示能力的完整动态范围, 压缩成一个可以观看、既不会高光过曝、也不会阴影死黑的结果。 白平衡则调整整张图像的色温,以修正光源本身的实际颜色—— 这和相机自动完成的校正是同一回事,只是渲染必须刻意去做。 这两者都是场景本身已经正确之后再应用的全局修正, 而不是用来弥补底层材质或灯光问题的补丁。

路径追踪什么时候值得等待

路径追踪模拟光线在场景中真实反弹的过程——撞到墙上、穿过材质、 再反射到其他表面上——这正是产生物理准确的间接光照与正确柔和阴影的方式。 它也很慢,而这正是为什么在你还在调整布局或材质选择的阶段, 它不是合适的工具;实时预览已经够快,足以判断一个决定对不对, 而不必在每一次尝试上都付出路径追踪的代价。这个取舍会自然地 解决自己:还在做决定的时候用预览,没有什么可以再决定的时候才用路径追踪。

以上任何一个修正都不是孤立起作用的。正确的 PBR 通道放在单一刺眼的 点光源下,依然会显得不真实;一个打光良好、但材质粗糙度均一的场景, 依然会读成扁平——材质和灯光是两种各自独立的失败模式, 需要各自独立的修正,两者都必须做对,渲染图才会不再显得合成。

立即开始

想了解真实感优化在整体搭建流程中处于什么位置,可以参考 3D 模型搭建流程完整解析。 想了解一个完成、灯光正确的场景是如何被交付成一段可漫游作品的,可以参考 等距柱状全景捕捉详解。 而想了解在这些渲染工作开始之前,是哪些布局与灯光选择让一间真实酒店客房 拍照上镜,可以参考 如何设计一间拍照好看的酒店客房

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