零、入门名词理解

色彩三大属相：色相、纯度（饱和度）、明度，即HSB色彩模式。色彩的明度受色相与纯度影响，例如纯蓝的明度会比纯黄要低很多：

同时纯度越低，明度会随之提高。

色彩冷暖：暖色加速血液循环使人温暖，冷色减缓血液循环使人寒冷。冷暖不是绝对的 而是相对概念：

绘画表现调子：包括光源、亮部、暗部、明暗交界线、投影、闭塞、高光、倒影。基础的五大调子在前面的素描入门blog中解释了，这里多了光源、闭塞、倒影这几个要素，也都很好理解。光源就是发光体本身，闭塞就是两个物体离得很近的夹缝处或凹槽形成的阴影，倒影就是对于粗糙度极低的物体所反射出来的清晰的倒映虚像。

绘图评估指标：指图像在构图、色彩方面能够提升美感的一些要素，包括：

①体积感；②（材质）质感；③虚实；④疏密；⑤对比——把颜色、形状表现中对立的概念安置在一定条件下，形成相辅相成的比照和呼应。例如亮暗对比、形状尺寸对比、疏密对比；⑥层次——绘画要素的等级秩序，决定信息是否简明或丰富；⑦渐变；⑧取舍——对各种画面元素的抓取与舍弃，例如取亮舍暗；⑨节奏——元素变化的韵律，用渐变、对比等形式将各个元素的层次进行组织，使之协调；⑩构图与透视，貌似不是色彩专栏该重点讨论的东西所以略了。

一、光影构图

绘画一般有两种表现手法，分别是光影表现法和结构表现法：

前者偏重色与光，后者偏重结构形态塑造。本篇blog主要走光影表现法的路径。

二分法：将画面中的亮面与暗面划分成多个层次区：

这里有一个误区需要排雷，即二分是在固有色之上进行二分。例如橘子是橙色的，那么就需要在这个固有橙色上划分成明橙和暗橙，旁边的茄子是紫色的，那么就需要在固有紫色上划分成明紫和暗紫，而并非对整个图像全部内容划分成两个调子。

二分法的使用条件：①光源又强又硬；②光源很单一。

反之，如果光源不强、光照很柔和、光源又多又杂，那么直接一分即可（即只上一个固有色）

这样我们就用最简单的明暗调子对基础光照做了一个构图。

二、光影塑造

这一节又是素描的基础内容了，在前面的blog中详细记录过。不过这里我还学到了一些扩展知识，需要记录一下。

首先，明暗交界线也分两种——投影边缘线和结构转折线。对于结构边缘线，指的是物体表面朝向变化，导致部分表面无法受光从而形成的明暗交界线。锐利的边缘转折就会形成锐利的交界线，而圆滑的方向转折就会形成平缓的交界线：

至于投影边缘线，就是投影周围形成的明暗交界线，在学习图形学的时候学习了PCF和PCSS说的就是这个东西。形成投影的点距离投影物体越远，越容易形成模糊、平滑的交界线。

然后记录一下光滑材质的表现，对于玩CG的人来说这个就比较熟悉了，粗糙度越低 整体高光会又亮又集中清晰，粗糙度越高 整体高光会又暗又分散模糊。此外低粗糙度会形成背景的反射，这个是后话了。

三、光影渐变

光线是有衰减的，随着衰减会形成不同的明暗节奏。那么物体受光的强度主要由三个因素决定：物体与光源的距离、光照强度、光线方向与材质法线的夹角。

作为一个有点图形学基础的人，这玩意可以直接用渲染方程来解释了：

$$L(x→out)=L_e(x→out)+\int_\omega^\omega f_r(x,in→out)L(x←in)cos(\pmb N,\pmb {in})d\omega$$

$$L(x←in) = \frac{I}{K_c + K_l * d + K_q * d^2}$$

其中物体与光源的距离是d，光照强度是I，而光线方向与材质法线的夹角就是渲染方程中的cos项，这几项一起决定了该材质反射光线的强度。（不是 你让一个绘画小白看渲染方程来理解这玩意是不是有点过分）

用这个图是想说明，光线方向与材质法线的夹角也是很重要的决定因素之一，当物体与光源的距离变大时，若法线和光照方向夹角变小，反而可能会形成更强烈的反射。

四、自然光照

自然光照一共分为三类：阳光、天光、环境光。

①阳光：来源于太阳的平行光，会随着时间推移而改变平行光的方向。由于光照方向单一，所以物体的亮暗对比会很强烈；同时阳光也会带来色彩方面的差异，正午发白、下午发黄、傍晚发红：

日出、日落的时候，光线进入大气层所传播的距离会更长，被水蒸气吸收得越多，因此明度消耗越严重，最后就会呈现红色；同时由于投影的明暗交界线处明度更低，因此会比亮色区更偏红，形成红色的“边缘光”：

②天光：阳光在照射到地面前，会先照亮大气层，此时大气层自身成为一个巨大的光源并将光线发散到地面（例如阴天）。由于整个大气层都是天光的光源，因此其光照方向是从四面八方照射下来的，换言之二分现象不是很明显，这是与阳光最大的区别。天光不会导致特别锐利的明暗交界线，但是会呈现出物体上方更亮、下方更暗的趋势。

由于红色光拥有更强的穿透力，因此红光更容易作为阳光照射到地面上，而蓝光容易打在大气层上变成天光。在傍晚，天光会从蓝色变成紫色；云层较厚时，天光会变灰白色。

③环境光：用图形学的角度解释，就是经过多次弹射后的间接光。最典型的就是画素描球体的时候，球体的下侧会有一片较亮的反光区域，这就是光线从地面弹射上来的“环境光”。

环境光的色彩主要由环境中物体的固有色影响。例如如果桌子是红色的，那么物体下侧接收到的环境反光也会是偏红的。

在绝大部分情况下，阳光、天光和环境光是需要组合的：

分别对应UE里的directional light、skylight和raytracing light。那么如何分辨一张图像中，各个区域分别受哪种光线影响呢，如下图所示：

五、反光透光

反光：光线打到材质表面后发生反射的光线。如果固有色和受到的反光色相相似，则纯度会提高；如果色相有差距，则纯度降低，且色相会向两者中和的方向移动。

影响反光效果强弱的因素：反光物与受反光物之间的距离、反光面积大小、表面朝向、受反光物体固有色明度。这个说白了还是用渲染方程解释，距离是d，反光面积大小是积分域，表面朝向是cos项，固有色明度是自发光。

反光的刻画主要分为三类：

①强烈渐变反光，即物体受到高强度反光后随着位置变化而有个衰减的过程，非常影响体积感，需要绘画中期多次铺色进行强化；

②柔和渲染反光，即纯色固有色物体受到低强度的多次弹射后的反光，基本不影响体积感，但是会微量影响色彩。

③明朗边缘反光，即边缘处/偏侧处所形成的高光，面积虽小但是色彩变化较为明显，和图形学材质的sheen所对应，主要在作画后期表现。

接下来是一个实战分析：

对于橘子，固有色是橙色，受到阳光照射后明度提高变成黄色；由于橘子外表是圆滑的因此明暗交界线是渐变的橙红色；背面因为不受光，明度降低变成深红色；白色桌面会给予橘子下方一个反光，使得橘子下方的明度提高变成黄色；同时橘子的亮面也会反射到桌子上使得桌子形成微小的橙色区域，而窗帘的上部受到桌面反射 会比下部更亮。

整张图像的绘画步骤——光影二分-确定五大调子区域-确定反光区域-绘制各调子的颜色-细化明暗交界线的过渡-细化细节反光-补充闭塞和高光。

对整张图象进行光影二分：

然后开始找五大调子的区域，注意这里我们先只考虑直射，不考虑多次弹射后的反射：

接下来刻画反光面：

刻画明暗交界线的过渡：

反光补充——菲涅尔反射：

闭塞与高光补充：

接下来是透光。光线在打到某些材质后并非完全被吸收和反射，而是透过材质表面。

透射光对颜色的影响主要体现在4个方面：

首先是光线颜色，顾名思义，光线是什么颜色 物体本身就会呈现什么颜色；物体内部颜色指的是半透明物体内部介质的固有色；直射光线强度越高，透过的颜色明度会更高、饱和度会更低：

最后是亮面与透光面的纯度区分，由于透光面中光线会不断被吸收，光强越来越弱，所以纯度会提升。

其实大部分都可以用图形学中次表面散射的知识来解释，例如σt可以决定介质中的弹射强度，ρa可以决定介质中的吸收强度，scale可以决定介质的整体浓度。

在了解了透射的特性后，可以参考一下半透物体的绘画步骤。

这里使用猕猴桃作为案例进行分析。首先猕猴桃分为果皮和果肉两个部分，果皮的固有色是棕色，果肉的固有色是绿色；果肉部分的透射强度是不同的，在果肉较多的区域透射弱、果肉较少水分较多的区域透射强。

首先还是经典的光影二分：

按我的理解，这里虽然要进行光影二分，但是猕猴桃的果皮和果肉都没有呈现出暗面来，所以二分的结果和一分没什么区别；只有桌面出现了阴影所以呈现了明显二分。

绘制渐变：

这里细化了各个区域的明度从而绘制出渐变，将猕猴桃的固有色体现了出来。接下来增加光照：

通过观察猕猴桃可以分析出果肉的分布规律，由于果肉的阻光性很强所以颜色会变暗，而对于周围水分更多的区域由于透光性好，因此需要绘制高明度低饱和的亮绿色。最后由于靠近果皮的区域，光线透过后会被果皮所阻挡，因此透光性也不会很高，需要用深绿色绘制。

接下来画暗色的籽：

这里因为籽并非完全在表面上，有一些嵌在了果肉里，因此不是所有的籽都是纯黑，根据节奏需要间隔地插入一些嵌在果肉内部 发绿的籽；同时果肉的中心会有一些粗欣慰，需要用深黄色来表达涂抹。

最后就是处理透光的细节，从而提升质感：

这里我的解读是，为了让质感更强，所以要将原本透光的区域更亮，实现对比；同时增加一些果实的细节，例如果皮的绒毛、果肉的渗透等。

六、镜面反射

对于粗糙度很低的物体，光线会在其材质上发生镜面反射。粗糙度越低，反射的环境越清晰。

根据菲涅尔效应，金属和非金属的镜面反射现象也是有差异的：

这是因为根据菲涅尔效应，光线打到非金属材质后会有一部分光线转换为漫反射，镜面反射的占比会下降，从而导致反射的环境不是很清晰；同时当金属材质的镜面反射效应非常强时，阴影也会减弱甚至消失。

当材质表面本身就有颜色时，金属和非金属的颜色效应也是不同的，如下图所示：

可以看到由于非金属会有更多的漫反射，因此其固有色会更加明显；但是金属没有漫反射，只有镜面反射少量地掺杂了固有色，因此整体的固有色不会非常明显。

根据菲涅尔效应，对于非金属材质，当视线与材质表面法线平行时，其反射最弱；当视线与材质表面法线垂直时，其反射最强：

同理可解释为什么远处的大海很蓝而近处的海水会很清澈。

绘制镜面反射的技巧如下：