1概述

工業(yè)設(shè)計(jì)軟件對(duì)渲染質(zhì)量的要求高于機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，但其渲染模塊效果較差，要求高時(shí)可調(diào)用專業(yè)渲染軟件進(jìn)行渲染。導(dǎo)出過程采用中間通用格式，如igs或stp，其中igs描述是面，igs轉(zhuǎn)入后，復(fù)雜模型可能面臨大量破面修補(bǔ)的問題，占用時(shí)間較長(zhǎng)，stp格式標(biāo)準(zhǔn)晚于igs，在曲面與實(shí)體及組合件都得到更好完整的定義，轉(zhuǎn)換時(shí)很少出現(xiàn)丟面現(xiàn)象，效果優(yōu)于igs。渲染軟件(又稱渲染器)主要在三維動(dòng)畫后期、影視、建筑工業(yè)中應(yīng)用廣泛，主流的有：AUTODESK公司的Lightscape,法國Advent公司的Artlantis，NextLimit公司的MaxwellRender，SplutterFish團(tuán)隊(duì)的Brazi，美國RobertMcNeel公司AccuRender，Chaos-group和Asgvis公司VRay，德國MAXON公司C4D和LuxionApS發(fā)行的Keyshot等。隨著技術(shù)的推進(jìn)，不少渲染軟件都推出了針對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件和工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的專用接口模塊。專業(yè)渲染軟件相對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)軟件渲染模塊來說具備HDR（高動(dòng)態(tài)光照渲染High-DynamicRange），焦散等功能。HDR讓圖片無論高光還是陰影部分細(xì)節(jié)都很清晰，相當(dāng)拍攝光比較大的攝像時(shí)，縮小光比，達(dá)到高光不過曝，暗調(diào)不欠曝，使立體場(chǎng)景更加逼真。

焦散是指透明物體被燈光照射以后所反射或折射出來的影像，如一束光照射透明的玻璃球，在球體后的投影表面出現(xiàn)光線明暗偏移，就是折射焦散。此功能可仿真3D模型中透明材質(zhì)的光照，大幅提升渲染效果的真實(shí)感。渲染器根據(jù)的專業(yè)需求的有不同側(cè)重范圍，工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域一般選擇C4D和VRay來做渲染，主要因?yàn)樾矢撸?jiǎn)單方便；室內(nèi)設(shè)計(jì)更多使用VRay或者是MaxwellRender渲染，效果華麗，光影映射逼真；室外建筑多采用Lightscape渲染，功能豐富，表現(xiàn)到位。以上軟件都能滿足機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域?qū)τ阡秩拘Ч拇蠖鄶?shù)需求，尤其VRay渲染器提供了工業(yè)設(shè)計(jì)軟件的專用接口，如VrayforRhino和3DSMAXVray，在機(jī)械設(shè)計(jì)渲染應(yīng)用中最為熱門，但獲得良好的渲染效果的同時(shí)，存在著格式轉(zhuǎn)換不便，操作繁瑣、渲染時(shí)間過長(zhǎng)問題。Keyshot是互動(dòng)性的光線追蹤與全域光渲染程序，無需復(fù)雜的設(shè)定即可產(chǎn)生照片的品質(zhì)。Keyshot相對(duì)于VRay而言，不需通過頻繁切換和轉(zhuǎn)換格式操作，同時(shí)又能達(dá)到較好渲染效果，操作復(fù)雜度和渲染效果較平衡，而且相比其他軟件學(xué)習(xí)效率高。以下著重分析Keyshot渲染軟件的特性。

2Keyshot渲染應(yīng)用

Keysho（tTheKeytoAmazingShots）基于LuxRen-der內(nèi)核的實(shí)時(shí)光線跟蹤和全局照明程序。LuxRender根據(jù)物理方程模擬光線流，產(chǎn)生出逼真的圖像。基于LuxRender技術(shù)開發(fā)的軟件，上手簡(jiǎn)單，效果逼真。同Photoview操作流程相似，對(duì)材質(zhì)-環(huán)境-光照-貼圖進(jìn)行模塊化設(shè)定即可得到即時(shí)的效果。

2.1直接操作3D模型數(shù)據(jù)

Keyshot具有直接打開三維模型功能。Photoview360只能渲染Solidworks文件，Keyshot能很好的支持多種3D軟件格式。動(dòng)畫設(shè)計(jì)軟件3DSMax、Maya、C4D，工業(yè)設(shè)計(jì)軟件Rhino、Inventor和機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Creo、Solidworks、NX中數(shù)據(jù)文件都能方便的導(dǎo)入其中，文件的兼容性在主流渲染軟件里表現(xiàn)優(yōu)秀。并提供了部分機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的插件，可以直接從Creo、SolidWorks或Rhino等軟件中鏈接到KeyShot中，同時(shí)又保留了顏色、名字以及結(jié)構(gòu)。新版KeyShot可以在渲染的時(shí)候?yàn)槟?D幾何體上實(shí)現(xiàn)調(diào)整小圓角半徑的邊緣功能，不需要返回Solidworks或Creo中進(jìn)行模型的編輯，提高創(chuàng)作速度同時(shí)更好的控制模型的邊緣效果，以補(bǔ)充照明。這是一個(gè)完全可視化的操作，并沒有增加文件的大小和渲染時(shí)間。

2.2配置材質(zhì)

自帶豐富材質(zhì)樣式近200種材質(zhì)類型，通過集中操作面板以圖標(biāo)方式顯示、選擇，渲染中將材質(zhì)圖標(biāo)拖至模型表面，就可以添加所需材質(zhì)效果。支持SolidWorks的紋理貼圖坐標(biāo)，并且通過在編輯欄修改材質(zhì)貼圖生成操作者所需材質(zhì)。在KeyShot4中改進(jìn)了半透明材料，提供更精確的次表面散射。高光貼圖的支持，焦散與物理燈的照明和科學(xué)正確的交互，其半透明的材料被稱為行業(yè)中的佼佼者。并提供卡通著色功能，使描繪物體表面平滑、生硬的金屬質(zhì)感與柔和的散光、炫光等反射光有機(jī)結(jié)合，大大提高了圖片的層次。需要注意的是，Keyshot中無法對(duì)片面進(jìn)行識(shí)別并賦予不同材質(zhì)。當(dāng)使用者將材質(zhì)拖放到模型上時(shí)，往往整個(gè)模型都會(huì)被賦予同一材質(zhì)。因此，使用者在模型制作階段，需要通過三維設(shè)計(jì)軟件給需要分別上色的部分預(yù)先賦予材質(zhì)或色彩，當(dāng)模型被調(diào)入Keyshot時(shí)，原軟件所賦予的材質(zhì)不會(huì)顯示，但卻可以用作曲面分色的依據(jù)。

2.3HDR貼圖和配色

支持HDR環(huán)境貼圖，使金屬、塑料等材質(zhì)達(dá)到良好的反光效果，提供交互工具進(jìn)行光照操作、即時(shí)進(jìn)行光影跟蹤和結(jié)果處理。同時(shí)使用者可以自定義自己需要的HDR貼圖和背景貼圖，從而使產(chǎn)品的光影效果與背景環(huán)境相融合，達(dá)到最好的相片級(jí)效果。改進(jìn)KeyShot中引入任意幾何形狀的物理燈光和色卡，簡(jiǎn)單的導(dǎo)入或者使用現(xiàn)有的幾何體為光源，可移動(dòng)、控制、動(dòng)畫等，讓工作流程增加了更大的靈活性，顏色選擇器，可連接到KeyShotProject面板上的任何顏色選項(xiàng)。配色到完全獨(dú)立的材料上，只需點(diǎn)一下鼠標(biāo)，可在屏幕的任何一個(gè)地方挑選顏色，而且將所選的顏色保存到一個(gè)新的調(diào)色板內(nèi)。

2.4渲染即時(shí)急速

Keyshot與Photoview360的MentalRay、VRay是有名的急速工業(yè)渲染器。將材質(zhì)使用SHIFT+右鍵拖放到窗口中的模型表面，從而不改變默認(rèn)的材質(zhì)，在渲染光滑反光材質(zhì)時(shí)軟件進(jìn)行即時(shí)著色，所見即所得，運(yùn)算迅速。通過如圖4中減速器模型渲染表明Keyshot比Photoview360要高效，Photoview360中20min完成渲染，Keyshot中半分鐘完成。輸出選擇JPG、TIFF等類型格式，新版Keyshot4.0引入了新的渲染選項(xiàng)，支持Alpha通道、深度通道、法線通道或Clown通道，方便后期Photoshop操作。渲染層選項(xiàng)可以將每一個(gè)層單獨(dú)的呈現(xiàn)出來，還可以輸出立體模式，在屏幕上通過立體眼鏡查看模型3D效果，把渲染和動(dòng)畫以虛擬3D的形式呈現(xiàn)給他人，進(jìn)一步擴(kuò)展虛擬現(xiàn)實(shí)中的視覺體驗(yàn)。

2.5使用缺陷

開啟Keyshot軟件，CPU使用率接近100％，相對(duì)于硬件的配置要求較高。keyshot伴隨著鼠標(biāo)拖動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，keyshot渲染不是很流暢，造成很卡的感覺，實(shí)時(shí)性不是很強(qiáng)。

3結(jié)束語

產(chǎn)品渲染是虛擬現(xiàn)實(shí)中展示產(chǎn)品外觀特點(diǎn)的有效方法。自帶渲染器操作方便但渲染效果不佳，專業(yè)渲染器效果突出但操作復(fù)雜，不能很好地短時(shí)間內(nèi)將設(shè)計(jì)思路展示出來。Keyshot小巧快速但預(yù)設(shè)豐富，滿足了機(jī)械設(shè)計(jì)產(chǎn)品渲染的要求，兼顧了工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)中專業(yè)應(yīng)用。采用Keyshot進(jìn)行產(chǎn)品渲染，是機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中渲染的好方法。但渲染不完全等同機(jī)械設(shè)計(jì)軟件中外觀設(shè)計(jì)，所需理論知識(shí)同攝影有很大關(guān)聯(lián)，筆直認(rèn)為所謂渲染軟件是用計(jì)算機(jī)來模擬攝影場(chǎng)景工作的一種方式，最大限度的降低成本和提高效率，所以除了采用上述合適的渲染工具外需要了解專業(yè)攝影的概念，包括平面構(gòu)圖、顏色搭配、光的運(yùn)用、材質(zhì)特性、HDRI技術(shù)。渲染軟件只是表現(xiàn)設(shè)計(jì)者的思路一種手段和工具，把渲染的理論特性了解清楚，才能更好的駕馭這個(gè)工具，有效的發(fā)揮它的作用。

作者：郝駿剛 趙娜 單位：北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所