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3ds max® Lighting Nicholas Boughen Wordware Publishing, Inc. LibraryofCongressCataloging-in-PublicationData Boughen,Nicholas. 3dsmaxlighting/byNicholasBoughen. p. cm. Includesindex. ISBN1-55622-401-X(pbk.,companionCD-ROM) 1. Computeranimation. 2. 3dsmax(Computerfile). 3. Computergraphics. I.Title. TR897.7.B6652004 006.6'96—dc22 2004018413 CIP ©2005,WordwarePublishing,Inc. AllRightsReserved 2320LosRiosBoulevard Plano,Texas75074 Nopartofthisbookmaybereproducedinanyformorbyanymeans withoutpermissioninwritingfromWordwarePublishing,Inc. PrintedintheUnitedStatesofAmerica ISBN1-55622-401-X 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0409 Discreetand3dsmaxareregisteredtrademarksofAutodeskCanadaInc./Autodesk,Inc.intheUSAand/orothercountries. Otherbrandnamesandproductnamesmentionedinthisbookaretrademarksorservicemarksoftheirrespectivecom- panies.Anyomissionormisuse(ofanykind)ofservicemarksortrademarksshouldnotberegardedasintenttoinfringe onthepropertyofothers.Thepublisherrecognizesandrespectsallmarksusedbycompanies,manufacturers,anddevel- opersasameanstodistinguishtheirproducts. Thisbookissoldasis,withoutwarrantyofanykind,eitherexpressorimplied,respectingthecontentsofthisbookand anydisksorprogramsthatmayaccompanyit,includingbutnotlimitedtoimpliedwarrantiesforthebook’squality,per- formance,merchantability,orfitnessforanyparticularpurpose.NeitherWordwarePublishing,Inc.noritsdealersor distributorsshallbeliabletothepurchaseroranyotherpersonorentitywithrespecttoanyliability,loss,ordamage causedorallegedtohavebeencauseddirectlyorindirectlybythisbook. All inquiries for volume purchases of this book should be addressed to Wordware Publishing,Inc.,attheaboveaddress.Telephoneinquiriesmaybemadebycalling: (972)423-0090 Beingamanwithafamilywhoseestoolittleofhim, Imustdedicatethisbook,ofcourse, Tomywife,Victoria, Andtomychildren,MichaelandKatherine, Whohaveaskedforattentionsomanytimes WhileIsat, Zombie-like, Gluedtomyevening’swork. iii This page intentionally left blank. Contents Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xiv Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv PartI LightingTheory Chapter1 PropertiesofLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Intensity/Luminosity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Direction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Diffuseness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 Shadow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Shape. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 Contrast. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Movement. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Size. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 Chapter2 What,Where,When?. . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 InteriororExterior . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 TimeofDay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 TimeofYear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 AtmosphericConditions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Chapter3 LightSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Sunlight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Skylight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 IncandescentLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 FluorescentLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 ReflectedLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 DiffuseReflectedLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 ANoteaboutProportionandScale. . . . . . . . . . . . . . 40 Chapter4 BasicMaterialConsiderations . . . . . . . . . . . . . 42 ColorintheRealWorld . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 SpecularityandGlossiness . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Reflectivity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 DiffuseColor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 Luminosity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Chapter5 StudyingLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 NaturalLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Sunlight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 Skylight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 CloudyDay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 v Contents · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Moonlight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Starlight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 ArtificialLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 IncandescentSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 DiffuseSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 PointSources . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 FluorescentSources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Shadow. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 LightColor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Chapter6 PrinciplesofLighting. . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 TheKeyLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 TheFillLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 TheHighlight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 McCandlessLighting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 Key/FillLighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 Three-PointLighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 WhatIsGreataboutThree-PointLighting. . . . . . . . . 72 WhatIsNotSoGreataboutThree-PointLighting . . . . . 73 Four-PointLighting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 OtherLightingAngles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 ColoringYourLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 ComplementaryTint. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 RelatedTint . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 IntensityRatios. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 OptionsinLightingaScene . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 PartII 3dsmaxLightingTools Chapter7 StandardLightsandTypicalUses . . . . . . . . . . . 81 DefaultLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 AmbientLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 FreeLightsandTargetLights . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 DirectionalLights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 DirectionalParameters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 LightCone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 ShowCone . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Overshoot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Hotspot/Beam . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Falloff/Field . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Circle/Rectangle . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Aspect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 BitmapFit… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Spotlights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 OmniLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 vi · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Contents Chapter8 mentalrayLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 mrAreaOmniLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 mrAreaLightParametersRollout(AreaOmniLights) . . . 97 On . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 ShowIconinRenderer . . . . . . . . . . . . . . . 97 Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 mrAreaSpotlights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 mrAreaLightParametersRollout(AreaSpotlights). . . . 101 On. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 ShowIconinRenderer. . . . . . . . . . . . . . . 102 Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 Radius,Height,andWidth. . . . . . . . . . . . . 102 Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Chapter9 PhotometricLights . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 TheGood… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 TheBad… . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 …andtheUgly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104 PhotometricLightTypes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 PointLights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 AreaLights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 LinearLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 IESSky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 IESSun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 DaylightSystem–SimulatedDirectSunlightPlusa PhotometricSkylight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 PhotometricLightParameters . . . . . . . . . . . . . . . . 113 PhotometricLightPresets . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 ExposureControl(EnvironmentControl). . . . . . . . . . . 114 Chapter10 OtherLightinginMAX . . . . . . . . . . . . . . . . 116 LightTracerandRadiosity(DefaultScanlineRenderer) . . . . 116 Caustics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 VolumeLights . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 ObjectsasLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 LensFlares. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 LensFlaresDefined . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 WhyNottoUseThem . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 GoodUsesforLensFlares . . . . . . . . . . . . . . . 127 Chapter11 ManipulatingLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 CreatingLights. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 SelectingandTransformingLights. . . . . . . . . . . . . . 135 SelectinganItem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 MovinganItem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137 RotatinganItem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138 ScalinganItem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140 vii Contents · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · TransformingTargetLights . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 TheLightViewport . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 LightNavigationControls. . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 Dolly,Target,Both . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144 LightHotspot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145 RollLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 LightFalloff . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 TruckLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 Orbit,PanLight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149 TheLightLister. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150 Chapter12 GeneralLightParameters . . . . . . . . . . . . . . 152 GeneralParametersRollout. . . . . . . . . . . . . . . . . 153 LightType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 On. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Targeted . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154 Shadows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 On. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 155 UseGlobalSettings . . . . . . . . . . . . . . . . 155 ShadowType . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Exclude . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156 Intensity/Color/AttenuationRollout(StandardLights) . . . . . 159 Multiplier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 ColorSwatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Decay. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Start . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 Show. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 NearandFarAttenuation . . . . . . . . . . . . . . . 163 Use. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Show. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Start/End . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164 Intensity/Color/DistributionRollout(PhotometricLights). . . . 165 Distribution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Isotropic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Spotlight . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Diffuse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 Color . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 Kelvin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166 ColorSwatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 FilterColor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 Intensity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 ResultingIntensity . . . . . . . . . . . . . . . . . 168 Multiplier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169 viii · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Contents LinearLightParametersRollout . . . . . . . . . . . . . . . 169 AreaLightParametersRollout. . . . . . . . . . . . . . . . 170 ShadowParametersRollout . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 ObjectShadows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170 Color. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Density . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171 Map . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172 LightAffectsShadowColor . . . . . . . . . . . . 173 AtmosphereShadows . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 On. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Opacity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 ColorAmount. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 Atmospheres&EffectsRollout. . . . . . . . . . . . . . . . 174 AdvancedEffectsRollout . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 AffectSurfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Contrast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 SoftenDiff.Edge . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 Diffuse/Specular . . . . . . . . . . . . . . . . . 177 AmbientOnly. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 ProjectorMap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179 Chapter13 ShadowTypesandtheirTypicalUses . . . . . . . . . 181 ShadowMaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 ShadowMapParametersRollout . . . . . . . . . . . . 181 Bias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 Size . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 SampleRange . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 AbsoluteMapBias . . . . . . . . . . . . . . . . 183 2SidedShadows . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 mrShadowMaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 mentalrayShadowMapParametersRollout. . . . . . . 183 MapSize . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 SampleRange . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Samples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 Ray-tracedShadows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 RayTracedShadowParametersRollout . . . . . . . . . 185 RayBias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 2SidedShadows . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 MaxQuadtreeDepth . . . . . . . . . . . . . . . 186 AdvancedRay-tracedShadows . . . . . . . . . . . . . . . 186 AdvancedRayTracedParametersRollout . . . . . . . . 186 2SidedShadows . . . . . . . . . . . . . . . . . 186 ShadowIntegrity . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 ShadowQuality. . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 ShadowSpread. . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 ShadowBias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 ix