电视演播室照明设计的计算机模拟[3]

　　3 与布景设施的协调

　　几何模型是每一个照明模型的组成部分之一，存在于虚拟环境中，设计师在调整灯光的同时，也在改变几何模型的位置、方向、角度等。在实际场景中，导演通常不希望灯具出现在摄像机的视野中，因此设计师在照明设计过程中，应尽力避免这一状况。在虚拟场景中，借助于照明的几何模型，调整的结果是否影响观看效果，即灯体是否会从场景中道具或结构后面露出来，可以即时判断并修正。

　　电视演播室照明效果的分类及模拟

　　照明虚拟现实的核心是将照明设备的各种参数在计算机模型上重建。这是通过对照明的分类模拟实现的。关键技术是配光特征的模拟，其余的角度、光束、聚焦和散焦、色片、遮扉开合以及光束、图案等可由计算机平台软件来实现。

　　配光特征模拟将照明分为两大类：一类是旋转对称性配光的灯具，如电脑灯、筒子灯（光束灯）等；另一类是非对称配光的灯具，如聚光灯、柔光灯、背景灯、地排灯等，这一类品种、型号都非常多，各自具有独特的结构与配光特点。
　
　　电脑效果灯通称电脑灯（Electronic Light）。电脑灯的大量使用是当今电视演播室及舞台照明的一大特色。其空间配光分布比较均匀，且为旋转对称，光束角分级调整，在实际运用中不是用来照明，而是以其光束、颜色和图案的变化取胜。光束的模拟借助于平台软件所具有的光束模型，按产品样本所得参数进行设置。利用色差计或扫描设备，提取标准白和各种滤色片颜色的色值，经标准白参数进行校准，得到各种色片的RGB值，建立数据库。在灯光设计需要时，从数据库中取出相应的数据，计算出光源与滤色片颜色的混合作用结果赋予光源，实现对滤色片效果的模拟。

　　图案变化是电脑灯的一大特色，一台电脑灯所带图案有的可达14种，各组灯具进行组合，频繁变幻，可以产生很好的舞台气氛。加上图案后，电脑灯的配光按图案的亮暗分布（图6）。将各种图案输入计算机，以之作为电脑灯的图案片，赋予计算机中的光源，它在场景中投射出图案光斑，产生逼真的效果。


图6 电脑灯投射图案样片

　　聚光灯（Fresnel Spot Light）由光源及支撑部分、调焦部分、反光板、菲涅尔透镜、遮扉、电源线及灯壳和安装结构组成。多数聚光灯有水平旋转、俯仰、调焦、扉动等三种至八种机械动作。其中调焦、扉动都会引起灯具配光分布的变化，对应着多种的配光分布情况（图7）。扉叶角度的组合变化产生不同的配光，大部分是非对称的。

　　模拟中以15°为单位，在遮扉从全张到全部遮住，分级为5～6种状况。调焦过程以全聚焦、全散焦和适中为基本情况，使之与实际使用方法相吻合。去除遮扉张角之间互相抵触，实际没有的情况，和对称情况之间可以翻转、镜像变化实现，每种聚光灯的配光可以简化为28种组合。

图7-1 筒子灯投射的场景效果图

图7－2  滤色片、聚焦及遮扉变化效果模拟

　　软件的组成

　　1 照明设计

　　该部分是本软件的核心，进行灯具参数的设置，包括聚焦、遮扉、滤色片、调光状态、图案等参数的调整或数据库的调用，完成照明设计工作。该部分通过利用平台软件来实现对实际灯光效果的模拟。平台软件可选择如3DS MAX/VIZ、LIGHT SCAPE、MAYA等，利用其强大的建模和灯光功能，特别是日新月异的渲染器，得到逼真的效果。

 

　　2 效果输出

　　该部分进行场景照明效果包括动画效果的观看及打印输出。在执行每一步照明及场景操作之后，都可以即时察看效果变化，得到符合意图的场景之后，即可记录数据；各个场次场景效果之间可以动态衔接，形成动画。调试完毕，即可输出参数。

 

　　3 参数输出

　　该部分完成照明布置参数的输出。可输出的内容有灯位图、亮度分布图、照度分布图，以及灯具的位置、投射角度、聚焦状态、遮扉、滤色片、调光状态、电脑灯图案编号等参数。根据输出结果，直接调整现实演播室中的灯光设备，即可完成照明布置（图8 ）。

 

　　4 数据库