- 位置
- 方向
- 强度（大小、能量、功率）
- 全点（从其中心向各个方向发出的光）（蜡烛、灯泡、壁灯）
- 方向性（光发射器的位置来自任何地方，但具有特定的方向，此方向定义了阴影的位置，主要像太阳一样）
- 聚光灯（以锥体形式发光）（模拟室内灯、路灯、场景聚光灯）
- 区域（从扁平的矩形或圆形到处发光）（窗灯、吸顶灯）
- 发光物体（产生光能的物体）
- IES ：制造灯（LED、灯泡、霓虹灯等）的数据属性，数据可以导入 3D 光以复制这些类型的制造灯
- 全局照明“GI”（光线在表面上反射的数学计算名称）
- 显示器光源特性*
- 档案光源rayfile*（光源表面等效于一个微型显示器）
- 演播室（再现人工照明）
- 室内（可以是人工照明和自然照明的混合）
- 户外（主要是自然照明）
介绍
出于寻求真实感的艺术、美学或真实物理计算目的，光源的的定义是计算机图形模拟中的关键点。照明不正确（参数不正确、数据不一致等），图像可能会出现虚假并导致视觉错误，无论对象的建模或渲染质量如何。
这种光源的表示通常由照明模型管理，该模型考虑了光源、物体材料和环境属性的特性。这些模型的复杂程度可以从简单的单光源照明模型到更高级的全局光模型。
不同的定义方式同时伴随着不同的物理精度，对于虚拟样机技术中的视觉仿真而言，物理精度是最高优先级，因此有必要了解不同类型光源的工作原理及定义方式。
3D场景照明程序的“照明”
通用方法
3D 场景线框-CG方法
3D 场景平面渲染-CG方法
使用环境地图进行Ocean™模拟-视觉仿真
从头开始，3D场景是完全黑暗的，直到我们使用发射一些能量（光子）的光源。光源的物理属性（能量量、光线方向）与物体表面相互作用（材料属性）定义了场景的可见度和发光方式。
为简单起见，3D 光源由三个主要属性定义：
全局照明 （GI） 行为的表示
光源产生从其位置向每个方向投射的光线。
这种光产生我们所说的“直接照明”。
当来自直接照明的投射光线照射到物体表面时，它们会反弹到另一个方向，从而产生“间接照明”。
这是真实世界 3D 照明的最物理、最自然和最复杂的数学表示，这称为“全局照明”（GI）。基本上，这就是现代软件解析 3D 场景中光方程的方式。
理论方法
照亮 3D 场景是显而易见的：只需在 3D 场景中放置一个太阳，剩下的就让物理属性的魔力完成，但这取决于我们想要实现的目标。这就是照明发挥作用的地方！
目的是什么？
我们想注意太阳镜如何防晒吗？这种新的塑料成分在多大程度上是透明的？在地球上特定的地方种植西红柿作物的温室玻璃效率如何？我们想通过以审美的方式展示产品来突出产品吗？我们只想要获得最接近真实的照明场景！
图 5 – 用于汽车内部仿真的各种照明设置示例-ocean仿真案例
出于这些目的，我们必须在技术和美学之间结合使用。
3D 场景中的灯光再现
图 6 – 灿烂的太阳
在现实生活中，太阳是室外场所和室内的主要光源，因为光线可以穿过玻璃窗等透明材料。当夜晚到来时，月亮会像太阳一样提供全球照明，但能量不同。
在室内场景中，没有任何透明材料让阳光进入，为了看到一些东西，我们必须打开灯。然后我们可以使用人造光。根据这盏灯的位置、方向和能量，我们不会以同样的方式看到这个地方。户外场景也可以在需要时使用人工照明（在夜间，用于美学目的、广告、信息、安全等）。
当太阳从黄昏到黎明改变位置时，天空颜色也不相同，阴影的方向也不同。在一天的中午，当太阳处于天顶时，光线非常明亮，闪耀在最大时，阴影非常刺眼，靠近物体。在一天的开始或结束时，阴影是柔和和拉伸的。
图 7 – 全天的天空颜色
图 8 – 太阳投射光线穿过体积云
当云层来临时，太阳被隐藏起来，但仍然在那里发出能量，穿过体积云层，产生均匀的光线和更柔和的阴影。虚拟仿真中，我们尝试使用多种技术再现这些物理特性。这是我们必须在 3D 场景中管理的参数，以模拟现实世界中光的物理特性。
图 9 – 聚光灯效果示例
图 10 – 点光/全光效果示例
图 11 – 区域照明效果示例
图 12 – CG（计算机生成）行业中使用的虚拟光的主要类型
用于 3D 场景的不同类型的灯光
大多数 3D 软件使用常见类型的虚拟光来模拟物理特性：
Ocean支持以上全部的类型的光源定义。
我们可以将照明分为 3 种类型：
演播室灯光设置-ocean仿真案例
室内照明设置-ocean仿真案例
户外灯光设置-ocean仿真案例
演播室照明
这是最可控的氛围。一切都是人为的。
图 16 – 现实生活中标准演播室灯光设置示例
图 17 – 标准演播室灯光设置的虚拟场景
1-灯箱
受控环境示例：灯箱。
我们可以在相同的光照条件下比较虚拟灯箱模拟和现有灯箱照片之间的结果。
Lightbooth CAD 场景
使用材料样品进行照明-ocean仿真案例booth 模拟
Lightbooth CAD 场景的线框图
使用塑料瓶进行灯箱模拟-ocean仿真案例
2-机库
再现更大的汽车拍摄环境工作室。我们需要再现仿真区域的大小、比例、能量，以获得相同的行为。
图 23 – 具有演播室灯光设置的机库的 3D 场景-ocean仿真案例
图 24 – 带有演播室和自然光设置的机库-ocean仿真案例
室内照明
1-定向光
为了再现从右窗口进入的太阳，我们使用了一个简单的平面（第一个模拟的右上角）的定向光。朗伯（各向同性分布，完全漫射）发射器材料被分配给该平面，注意柔和的阴影，光因与光源的距离而衰减。
平行光
使用朗伯发射器模拟平面
使用Dirac发射器模拟照明
在第二次仿真中，朗伯发射器材料被Dirac（单向光束，完全准直）光束所取代。
能量值相同但更集中，这就是为什么阴影更清晰和强烈的原因。
图28 – ocean™再现区光型中的朗伯发射极节点
图29 ocean™中的狄拉克发射极节点
2-全向/点光源
仿真显示了球体上的高斯发射器材料，非常平滑的照明。充当点光源。舒适的氛围！
图 30 – 使用点光源/全向光源渲染的场景
3-区域灯光
在每个窗户的正前方（从外面），我们放置了一个带有朗伯发射器材料的平面。平面从其所有区域表面发射，产生明亮的强度和柔和的阴影。
图 31 – 仅区域光设置（无墙）
图 32 – 使用再现自然光的区域光设置渲染的 3D 场景
4-IES灯
IES灯可以模拟各种制造的灯具。对于室内拱形可视化模拟非常有用，可以再现特定的光产品。
图33 – OCEAN™中的IES发射极节点
图34 – IES灯示例
图35 — IES灯作为壁灯-ocean仿真案例
户外照明
1-环境图
模拟户外场景的最简单方法是使用环境贴图。它由一张以 360° 拍摄的照片（如全景图）和多个曝光范围（也称为 HDR“高动态范围”）组成。这张照片是从背景中球形投影的，每个像素发出可变数量的光（取决于所选的曝光）。
汽车的 3D 线框
在ocean™中渲染的汽车与环境贴图的最终模拟-ocean仿真案例
在这里，汽车被放置在一个简单的地面上，然后将环境地图投影为一个球体，围绕着场景。摄影的每个像素都投射出一束具有自身强度的光线。
图 38 – 模拟中使用的 360° HDR 环境图（请注意，图片中的橙色汽车与之前模拟的 3D 汽车不同）（来源：https://polyhaven.com/hdris）
在 Ocean™ 中，只需创建一个新的环境对象，将类型设置为“环境映射”，在“外部文件”节点中，定义 HDR 或 EXR 文件的位置。您可以更改此环境对象的旋转和强度。最后，不要忘记将其分配给您的场景。
图 39 – Ocean™ 中的环境映射节点
2-程序天空模型
另一种方法是使用过程环境。此方法提供了一个参数化环境。可以使用不同的参数：太阳位置（仰角、旋转），天空的颜色由太阳位置自动决定。
程序化“Hosek-Wilkie”环境示例：左侧模拟太阳为60°（旋转）和10°（高度），右侧为20°（旋转）和15°（高度）。
程序天空，太阳 60°（旋转）+ 10°（高度）
太阳 20° （旋转） + 15° （高度）
在ocean™中，您可以找到 3 个程序天空：“Hosek-Wilkie”、“Preetham-Wilkie”和“Perez Sky”
图 42 – 海洋™中的程序天空“Hosek-Wilkie”节点
仅使用HDR环境贴图照亮的室内场景
室内场景仅由程序天空照亮
结论
通过创建具有逼真光线表示的模拟，可以创建与真实环境无法区分的虚拟环境，使设计人员能够在制造样机之前对其进行可视化和评估。
归根结底，数字世界的光源定义对于创建可在各种环境中使用的逼真且引人入胜的图像至关重要。根据拍摄对象的目的，我们可以使用特定的灯光设置。多亏了这一点，我们能够看到产品（通过其形状和材料特性）如何与给定的光照条件相互作用或者给定的光如何根据环境和材料条件而表现。从而能最大限度的仿真出目标场景的真实效果。准确又灵活的设置光源，是一切的基础。
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