淺談SOLIDWORKS PhotoView360渲染技術的應用

撰文/北京億達四方信息技術有限公司 閆會嶺

淺談SOLIDWORKS PhotoView360渲染技術的應用

撰文/北京億達四方信息技術有限公司 閆會嶺

如果可以在產品設計階段生成高質量且具有真實感的示例圖像，就可以更早地給客戶提供直觀的產品印象，為產品宣傳提供很大的助力。SOLIDWORKS自帶的渲染插件PhotoView 360可以快速完成產品的渲染，生成逼真的圖像，這些圖像可以直接用于產品手冊、選型手冊封面等市場營銷相關材料。SOLIDWORKS中的零件和裝配體模型有帶邊線上色、上色、消除隱藏線、隱藏線可見及線架框幾種顯示狀態，還可使用RealView和環境封閉來增加模型的逼真效果，為了得到更加逼真的圖像光靠這幾種顯示狀態、RealView及環境封閉是不夠的，還需要對零件的外觀進行設置，如顏色/圖像、照明度、表面粗糙度及映射，然后定義場景及布光，最后借助PhotoView 360進行渲染。

一、渲染

渲染，英文為Render，也有的把它稱為著色，但一般把Shade稱為著色，把Render稱為渲染。Shade窗口，提供了非常直觀、實時的表面基本著色效果，根據硬件的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬件支持的情況下，它的顯示甚至是無理無序的。Render的效果就不同了，它是基于一套完整的程序計算出來的，硬件對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結果，影響結果的因素在于基于什么樣的程序進行渲染，比如是光影追蹤還是光能傳遞。

SOLIDWORKS提供了制作高質量逼真圖像的渲染工具，使零件或裝配體的顯示逼近照片，借助PhotoView 360工具，可以直接創建SOLIDWORKS模型的逼真圖像。

二、PhotoView 360渲染流程

1.打開模型加載PhotoView 360（圖1）

圖1

2.應用外觀、以及貼圖

SOLIDWORKS提供了豐富的顏色外觀，可直接應用到零件上。還可以使用貼圖給模型應用警告或指示標簽及品牌LOGO等。也可以使用貼圖來有效展現模型細節而不是模型幾何體，貼圖是應用到零件及裝配體模型的2D圖像。設置如圖2所示。

3.編輯布景

布景是為渲染提供一個渲染空間，為零部件模型提供逼真的場景效果。SOLIDWORKS 布景中的光源來自環境和線光源，它們在模型上形成反射效果并可在樓板上投射陰影。在插入了PhotoView 360插件時，布景提供逼真的光源，包括照明度和反射，從而要求更少的光源操縱。PhotoView 360中的光源來自PhotoView 360主光源（布景環境）。布景環境為HDR（高動態范圍）圖像，如圖3所示，呈球形包圍場景，生成現實光源和反射。在PhotoView 360中HDR為場景提供所需要光源，設置渲染布景時只需在庫中選擇相應HDR文件即可，添加光源只作為無法在HDR環境獲取光源的一種手段。

圖2

圖3

4.設置光源

在現實世界中如果沒有光，將會是一片黑暗，在虛擬的三維環境中也是一樣。帶有真實材質及外觀的模型如果沒有光照射，那么所有添加到模型上的外觀也是無法看見的。因此，燈光在渲染布景中扮演著重要角色。燈光在布景中要遵循基本布光原則，避免燈光過于混亂。對于靜幀場景可以采用傳統的三點照明法（Three-point lighting），即主光源（Key Light）+補充光源（Fill Light）+背光源（Back Light/Rim Light）,如圖4所示。

三點照明法（Three-point light），一般用于較小范圍的場景照明。對于大場景，可以經過場景拆分成若干較小的區域進行布光。主光源模仿場景中的主要照明來源提供主要照明及陰影效果，有明顯的光源方向，一般與照相機夾角為30°～45°，同時被拉高30°～45°（圖5）。主光源會使主體對象產生陰影，呈現主體形狀，主光源雖然照亮了主體對象，但場景依然很暗，主體的陰影對比十分明顯，為此需要增加燈光來達到更好的光照效果，這里就需要補充光源（Fill Light）,用來平衡主光源帶來的明暗對比，補充光源一般放置在主光源的另外一側，與照相機同高，補充光源可以減少主光源所帶來的陰影，并向不能被主光直接照射的角落補充一些光線，可以提供景深和逼真的感覺，補充光源的亮度不能超過主光源。三點照明的第三個光源，背光源（Back Light）。背光源通常放置在主體對象背后，要有足夠角度的高度，避免背光源光線照射到照相機，其高度可根據實際情況調節，光源強度通常很小，背光源通過照亮主體對象邊緣使其與背景分離，有助于為主體塑造輪廓。

圖4

圖5

為了在PhotoView 360中更好地使用燈光，必須了解PhotoView 360中燈光的工作原理。PhotoView 360光源類型，如圖6所示。

環境光源——從所有方向均勻照亮模型。如白色墻壁房間內的環境光源很強，這是因為墻和環境中的物體會反射光線。

線光源——來自于距離模型無限遠的光源。它是一種聚焦光源，由來自同一方向的平行光組成，例如太陽。

點光源——來自位于模型空間特定坐標處一個非常小的光源。此類型的光源向所有方向發射光線。其效果就像浮動在空間中的一個小燈泡。利用點光源可以模仿燈泡發出的光線。

聚光源——來自于一個限定的聚焦光源，具有錐形光束，其中心位置最為明亮。聚光源可以投射到模型的指定區域。可以使用聚光燈來模仿手電筒或汽車前燈發出的燈光。

陽光——添加到模型的日光需考慮位置、時間、日期和大氣條件。

5.渲染

以上在PhotoView 360中完成外觀處理（定義材質，外觀及貼圖），定義布景及燈光之后，即可進行渲染，渲染是個反復的過程，要得到逼真的圖像，需要反復進行調整，PhotoView 360自帶的布景照明度校樣工具，如圖7所示，此工具能夠通過在一系列校樣中查看一系列設置的效果來選擇照明設置。每個圖像均表示一個不同的 PhotoView 360主照明設置。使用 PhotoView 360布景照明度校樣中的復合渲染可快速更改渲染明暗度、背景明暗度和布景反射的設置，并實時查看這些更改的預覽。

在完成設置后，即可進行最終渲染，通過PhotoView 360選項定義輸出圖像大小和渲染品質等參數。

為加快渲染速度，SOLIDWORKS訂購服務客戶可以在多臺計算機之間共享PhotoView 360中的渲染結果。

網絡渲染通常還指分布式渲染或使用渲染農場。網絡渲染使用客戶端機器和協調員機器。

圖6

圖7

圖8

三、結語

以上介紹了SOLIDWORKS插件PhotoView 360的基本操作流程。作為內嵌于SOLIDWORKS中的渲染模塊，PhotoView 360可以基于模型本身的一些特性進行渲染，如與SOLIDWORKS MBD結合渲染出帶有工程信息的逼真圖像。

SOLIDWORKS的渲染功能非常的強大，除了PhotoView 360，SOLIDWORKS還提供了Visualize——更為專業的渲染模塊，可以幫助使用者創建出更為逼真、飽含情感的專業級圖像。

利用渲染創建圖像的同時，結合SOLIDWORKS Composer可以在產品設計完成時完成各種手冊、說明書等宣傳資料內容的制作。

SOLIDWORKS推薦用戶采用并行的開發流程，多數工作可以以并行的方式展開。在產品設計階段生成高質量的逼真的圖像對于產品的宣傳至關重要。SOLIDWORKS中的渲染模塊作為一項虛擬現實的技術，如果利用好，能夠幫助我們設計出更好的產品并展現在我們的客戶面前，是設計過程中一個必不可少的工具。