计算机三维视觉艺术中阴影的应用分析:计算机文字阴影效果

　　对自然界中真实阴影和人们对阴影的心理感受进行分析，从生理学和应用技术两方面对计算机三维视觉艺术中阴影应用进行了较为详细的说明，提出阴影应用对于三维视觉艺术作品表达效果的重要意义。
　　计算机三维视觉艺术是伴随计算机三维软件的发展而形成的一门新的设计艺术。在这种新兴的设计艺术中，作品的艺术性很大一部分不是取决于作品中物体的建模，而是取决于作品中光影效果的应用，其中，阴影较之于灯光则是易被忽略的部分。本文从心理学和三维软件的应用技术上阐述计算机三维视觉艺术中阴影的应用。
　　1.自然界中阴影产生的原因
　　大家知道明暗和阴影产生的原因是由于光照，沿直线传播的光被物体挡住，就会在光无发到达的区域形成阴影。简言之，阴影就是在光源的有效照射范围内，没有被照射的部分形成的。同时，由于物体不同部位所照射光线的强弱不同，投射出的阴影也有不同级别亮度。因为当光源照射到物体上时，会增加照射区域的亮度，明暗对比之下就形成了所谓的阴影，阴影的形状是由遮挡物体的外形决定的，阴影边缘的“硬度”是由光源的属性决定的。明白阴影形成的原理非常重要，它有助于在设计时正确设置光源的属性，当然，这也说明阴影要体现环境色的特点，而不是单纯的黑色。
　　2.计算机三维视觉艺术中阴影的视觉功能
　　一般情况下，人们认为阴影是一种模糊的受到限制的视觉，尽管物体会因为阴影的关系变的部分不可知，但阴影也能表现非阴影部分不能表达的效果。
　　2.1定义空间关系
　　在很多场景中，阴影可以表现物体间的相对空间关系，使物体的摆放位置更具实际感。例如可以通过投射在地面上的阴影的形状和大小来表现物体是否与地面接触或者距离地面的距离。
　　2.2表现角度差别
　　在设置合理的条件下，阴影可以表现物体的不同角度。当阴影投下物体一个清晰、尖锐的影象时，就可以把这个阴影看作是对物体本身的一种渲染。其目的在于从另一角度来表现物体本身的轮廓，让观赏者能够将物体本身的可见面和由阴影表现的轮廓面相结合，从而得到一个对物体更完整、更真实的认知。
　　2.3增加画面的构成效果
　　阴影在画面的整体构成中可以起到很重要的作用。一个放置合理的斜影或其他阴影可以有效的分割画面，从而增加画面的层次感和变化感，否则，画面就会变成单一的、连续的平面。同时，阴影可以将欣赏者的视线引导到画面最突出的部分，也可以增加新的构成元素来平衡画面的视觉效果。
　　2.4增加对比度
　　阴影可以增加物体间的对比度，否则整体色调会显得很单一。例如，在同色物体和背景之间，如果物体没有阴影的话就很难划分出明显的层次，通过阴影的调节来增加前景和背景之间的对比，就能有效的增加场景的深度，并且有效的表现物体的轮廓。
　　2.5表现画面外的空间
　　阴影还可以指示画面外存在的物体。这些物体可以通过其投射在画面内的阴影来表现，这说明作品所表现的世界内除了画面上看到的那些外，还有其它许多内容。这对于一些故事性的场景来说很重要。
　　2.6给人心理暗示
　　阴影可以营造特殊的气氛并给人以心理暗示。在场景中，大面积的阴影和强烈的明暗对比能产生很生动的效果，给人以强烈的视觉冲击力。例如一些具有恐怖、悬疑氛围的场景中，场景中的大部分都隐藏在阴影之中，这对给观赏者造成悬疑感和恐怖感很有效。
　　3.三维视觉艺术软件中阴影的特点和应用
　　3.1本影和半影
　　在阴影中，我们把中间颜色比较深的部分叫“本影”，边缘颜色表较淡的部分叫“半影”。半影在CG中称为Soft Shadow，这种阴影在生活中比较常见，但在三维软件中一般只有线光源、面光源和体积光源才能产生。不过，使用Depth Map阴影也可以让点光源模拟这种效果。真正的半影跟光线投射的距离有密切的关系。例如，观察窗户旁边桌子或者椅子腿产生的阴影，会发现越靠近桌腿本身阴影越清晰，越远离桌腿阴影越模糊，这说明阴影也是有衰减的，了解这一点就能使作品更为真实可信。
　　3.2比较不同的光源类型产生的阴影
　　在三维软件中，最常用的光源是Point、Spot、Directional和Area这四种。这几种不同的光源对阴影有非常直接的影响。资深的三维视觉艺术家只要看看阴影就知道使用了哪些光源。其中，Point光源和Spot光源投射的阴影是一样的，这和它们同属于点光源有关，它们的区别仅仅在于照射范围上；Directional光源投射的阴影，和上面的两个光源投射的阴影相比除了显得较小之外，变形也不大，这跟该光源射出的光线都是相互平行的有关，这种阴影效果很容易让人联想起阳光，任何平行光源加上光线追踪阴影都能够很好的表现阳光的效果。Area光源投射的阴影，和上面三个光源投射的阴影相比，最大的不同在于它产生了Soft Shadow，虽然阴影很模糊，但通常情况下会显得更真实。
　　3.3真实的透明阴影
　　理论上讲，透明物体不会阻挡光线，照射它的光源会完全穿过它，这样的话是不会产生阴影的。但实际上，透明度是一个相对的概念，绝对透明的物质在生活中很难遇到，例如，玻璃是透明的，但几十块玻璃叠在一起，透明的就会很差。同时，还存在折射现象，这会使穿过透明物体的光线发生偏转，使光线的能量产生相应的变化。还有一点，就是厚薄的问题，一个物体厚度不同的部分有不同的透明度，其阴影当然会也随之发生了化。现在的三维软件都提供了Depth Map阴影和Ray Trace阴影两种形式。两者相比，在速度上前者占优势，在质量上后者占优势，但如果要产生透明阴影，那就必须使用Ray Trace阴影。有时应避免一些不必要的阴影，重复的阴影会扰乱整个场景，或者使观赏者的注意力吸引到产生不同方向阴影的各个光源上。
　　4.结语
　　在现实中有光就必定有影，在三维视觉艺术中阴影也十分重要，它可以表现深度、气氛、环境等多种效果，令作品更具真实性。总之，阴影是三维视觉艺术的核心之一，无论从作品画面的表现还是作品内涵的传达上都有举足轻重的作用。
　　
　　参考文献
　　[1] 贝蒂.艾德华. 像艺术家一样思考：逻辑性光线和阴影的色彩明暗度. 北方文艺出版社，2006（10）.
　　[2] 杨迅捷. 三维实时阴影快速生成方法的研究[J]. 电脑知识与技术，2004（17）.
　　[3] 沈梦忱. 浅谈三维动画技术[J]. 中国科技信息，2005.
　　
　　（作者单位：河南科技大学洛阳河南471003）

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