【摘要】渲染是三维动画制作重要的组成部分，所有的前期工作成果必须通过渲染加以完
成和体现，了解渲染器的技术原理和工作方式对于渲染工作至关重要。本文从材质表现的基本
原理、折射与反射、营造真实的环境光照等多个方面，对三维渲染的关键性技术做了“解构
性”论述，阐明了渲染技术的构成主体与发展脉络，并对渲染技术的未来发展进行了预测。
但效 果不 佳 。随 着 光 线 追 踪 算 法 效 率 的不 断 提 升 ，
基本 原理 是 逆 向跟 踪 进 入 虚 拟 摄 像 机 镜 头 的 光 路 。
当光 线离 开灯 到 达 一 个 物 体 表 面 的 时候 ，会 受 到 三
种 因素 的影 响 ：吸 收 、反 射 与 折 射 。光 滑 物 体 会 将
光线 按照 镜像 角 度 反 射 出 去 。 当光 线 遇 到 透 明 或半
透 明物体 时 ，部 分光 线 会 改 变 光 路 穿 透 物 体 产 生 折
射 。理论 上 ，吸收 会 始 终 伴 随 这 个 过程 ，绝 对 的 反
射 、折 射是 很 没 有 的 。光 线 就 这 样 不 断 地 反 射 、折
射 ，最终 到达摄 像 机 镜 头 ，产 生 我 们 看 到 的渲 染 图
像 。由于光 源发 射 出来 的光 线 经 过 不 断 消 耗 ，大 部
分 不会 出现 在摄 像 机 镜 头 中 ，所 以对 于构 建 可 见 信
息 来说 ，逆 向 跟 踪 比真 实 计 算 光 线 交 互 效 率 要 高 。
光 线追 踪算 法 的广 泛应 用得 益 于它 的真 实 ，像 反 射 、
折 射 、阴影 这些 对 于 其 它 算 法 很 难 实 现 的效 果 ，对
光 线追 踪来 说却 是 一种 自然 的结 果 。有 了光线 追 踪 ，
不 得不 提 的是 ，光 线 追 踪 算 法 效 果 虽 然 出众 ，但 也
今 天 ，绝 大多 数 商 业 渲染 器 都 是 基 于 光 线 追 踪
类 型 的渲染 器 。光 线 追 踪 的 品质 已 经决 定 了一 个 渲
染 器 的好坏 。基 于 光 线 追 踪 的一 些 高级 渲 染 功 能 也
的 ，主要 原 因是渲 染 器 无 法计 算 现 实世 界 的环 境 光
照 。光 线 照射 到物 体 后 并 不 能 进 行 反 弹 ，被 照射 之
外 的区域 是一 片漆 黑 的 ，这 大 大 降低 了 画 面 的 真实
度 。为 了弥补 这些 缺 憾 ，制 作人 员 尝试 使 用 灯 光 阵
列 (用 大 量灯 光进 行 有序 排 列 ，产 生 多 角度 照 明 与
模 糊 阴影 ) 作 为环 境 光 来 调 整 画面 效 果 。这 种 方 法
不但 速度 慢 、k8凯发官网入口耗 费资 源 ，并 且 效 果 也 不 理 想 。所 以
早 期 的三 维动 画 作 品 画 面 有 一种 虚 假 、单 调 、 色彩
于 可 以营造 出真 实 的环 境 照 明 了 ，这 种 方 法 我 们 称
照 明就 是摒 弃光 照 的单 一 效 果 ，使 光 路 与 场 景 发 生
真实 的交互 ，从 而 带来 更 为 逼 真 的环 境 照 明 。全 局
照 明算 法种 类 繁 多 ，效 率 与 结 果 也 不 尽 相 同 ，大 致
演变 而来 的各 种 全局 照 明算 法 可 以统 称 为 光 能传 递
算法 。这 种算 法 带 动 了 一批 商 用渲 染 器 ，最 著 名 的
要用 于建 筑 与室 内设 计 领 域 ，虽然 速 度 较 慢 ，但 渲
3dsmax 中 ，停 止 了继续 开发 。虽 然 已时 光久 远 ，但
的算法 。这个 名 字 来 源 于 数 学 中 的 蒙 特 卡 洛 积 分 ，
是 通 过对 大量 随机 数 据 采 样 ，求 预 期 值 的算 法 。蒙
展 ，各 种 新 的方 案 层 出不 穷 ，与 光 能 传 递 一 起 ，在
容易 判别 它属 于 哪 一 类 。有 限元 算 法 意 味 着 渲 染 时
场景 会被 大量 分 割 ，同 时按 照指 定 的精 度 去 计 算 面
与 面之 间 的交互 关 系 ，有 如 此 功 能 步 骤 的算 法 一 定
是 光能 传递 算法 。蒙 特 卡 洛算 法 最 明显 的特 征 则 是
产 生大量 的随机 光 线 或 粒 子 模 拟 光 线 传播 ，通 常 还
存 在兼 容 性差 、处 理 反射 表 面 困难 、 内存 需 求 量 大
的 图像 中往 往含 有 大量 噪点 ，所 以现 在 经 常 配 合 一
力强 等 特点 ，被 广 泛 应 用 于影 视行 业 。从 上个 世 纪
提 出相对 较 晚 ，但 实用 价 值 很 高 。主要 用 于 影 视 领
域 ，极 大 改善 了 电影 的制 作 效 果 。点 云概 念 首 先 由
电影 制 作 流 程 中 ，这 在 当 时 ，成 为 一 项 惊 人 创 举 。
都 能产生 非 常真 实 的 照 明 效果 ，但 在 电影 领 域 并 没
有 得 到广 泛 应 用— — 光 线 追 踪需 要 在 场 景 中产 生数
这些 都需 要 消耗 大 量 计 算 资 源 和 渲 染 时 间 ，大 部 分
的渲染 技术 意义 非 凡 ，它在 光 线 追 踪 和 光 能 传 递 之
通 道 信 息 ， 例 如 照 明 信 息 、k8凯发官网入口 环 境 光 阻 塞 信 息
信息 烘焙 到一 个 点 云 文 件 中 ，这 样 点 云 文件 中 的 每
个点 就带 有 了相 关 信 息 。这里 要 说 明 的是 ：点 云 描
述 的是 场 景 模 型 的 近 似 信 息 ，是 模 型 的 大 致 轮 廓 。
相 比光线 追 踪精 确 计 算 多 边 形信 息 ，时 间 成 本 得 到
了非常 可观 的 优化 。第 二 步 ，渲 染 器 会 根 据 赋 予 模
定半 径 的碟 形 ，在 没有 光 线 追 踪 参 与 的情 况 下 计 算
色溢 和 环境 光 阻塞 的分 布 信 息 。渲 染 效 果 媲 美 光 线
噪点 出现 ；渲 染 色 溢 效 果好 、速 度 快 ；渲 染 置 换 不
会增 加额 外 的时 间 成 本 等 等 。点 云 的优 势 还 在 于 它
的灵 活性 。点云 渲染 可 以根 据 少 量 的灯 光 生 成 点 云
以让 点 云 只渲染 离 镜 头 较 近 的物 体 ，离 镜 头 较 远 的
物体 和 区域 则可 排 除在 外 ，这 样 做 的好 处 是 能 在 最
佳效 果 与最 低能 耗 之 间找 到 平 衡 点 。 由于 点 云 具 有
创新 性 的技 术优 势 ，所 以 为 电影 工 业 生 产 开 创 了崭
视野 里 ，个 个 模 块 齐 全 、功 能 强 大 。如 何 对 这 些 渲
染器 进 行评 价 、 比较 、选 择 呢 ? 首先 ，一 款 好 的 渲
表 现力 、算 法 的精 确 性 ，画面 的细 腻 程 度 ，都 直 接
但是 在 具体 表现 和 呈 现 的效 果 上 却 大 不 相 同 ，导 致
就 是 速 度 。渲 染 时 间 过 长 ，会 大 大 延 长 生 产 周 期 ，
增 加生 产 成本 ，这 是商 业 制 作 绝 对 不 能 接 受 的 。反
过 来 ，同样 的画 面 质量 但 速 度 能 得 到 保 证 ，这 样 的
渲 染器 一 定会 大放 异彩 。决 定 渲 染 器 速度 的关 键 环
节 是反 走 样算 法 。反走 样 算 法 是 否 高 效 ，直 接 决 定
渲染器 向来 以快 速 、精 确 、细 腻 著 称 ，在 业 界 难 逢
渲 染 技 术 发 展 到 今 天 已 经 取 得 了长 足 的 发 展 ，
以后 的进步 也 将会 更 加 迅 速 。 目前 而 言 ，即时 渲 染
染 技术 新课 题 。所 谓 即时 渲染 就 是制 作 与 渲 染 的 同
步更新 能 力 ，这 种 同步 更 新 也 可 以 是 动 画 级 别 的 。
即时渲 染可 以涵 盖 所 有 的渲 染 元 素 ，包 括 材 质 表 面
以让我 们 轻 松 地 控 制 画 面 ，及 时 地 把 握 渲 染 效 果 。
以前耗 时 费力 的工 作 现 在 得 以瞬 间完 成 ，极 大 地 提
高 了工 作效 率 。 目前 少 量 渲染 器 已经 拥 有 了 自己 的
“即时 渲 染 ” 系 统 ，但 是 在 速 度 和 质 量 上 还 不 够 成
熟 ，离 真正 的商 业 制 作 还 有 一 段 距 离 。相 信 在 很 短
的时 间 内 ，我 们 就 可 以 看 到 真 正 的 “即 时 渲 染 器 ”
问世 ，到那 时 我 们 再 也 不 必 坐 在 电 脑 前 苦 苦 等 待 ，
再 也不 必 为节 省 观察 时 问而 煞 费 苦 心 ，因为 一 切 都
革 新将 会变 得越 来 越 快 ，给 予 我们 的 自由将 会 越 来
黄 晓 萍 ，魏 家 宪．计 算机 图形技 术 在 三维 动 画 中的 应 用
E3 ] 张斌斌 ，赵韩 ．电脑三维动画制作技 术 [ J ] ．计 算机 时代
E4 ] 孙 鑫 ，周 昆，石 教英 ．可 变材 质 的实 时 全局 光 照 明绘 制
