《染色陽光》——VELUX 2014 Special Mention繪制詳解

使用軟件：SketchUp, Vray for SketchUp, Photoshop

背景簡介

提起“VELUX競賽”或“威盧克斯”，我想學習建筑學的同學都不會陌生，很多同學關注過、參與過這項賽事。這項賽事的正式名稱是“國際威盧克斯建筑學生設計競賽”（ International VELUX Award for Students of Architecture），故縮寫是“IVA”。

點擊這里前往IVA官網(wǎng)查看往屆作品

“VELUX競賽”是由來自丹麥的“VELUX公司”發(fā)起的國際競賽，自2004年開始，兩年一度。那么時至2014年，已經(jīng)是第六屆的賽事了，VELUX競賽也走過了十個年頭。

“VELUX公司”的主營業(yè)務是天窗，因此競賽的主題也與“日光”緊密相連。大賽的主題一直是“明日之光”（Light of Tomorrow），鼓勵建筑學生圍繞自然光和建筑，進行前瞻性和實驗性的探討。

“光”這個因素，的確是建筑的靈魂，因此這樣的探討往往是非常有意義的。每年的VELUX競賽中，都會涌現(xiàn)出一批非常優(yōu)秀的，創(chuàng)新的，發(fā)人深省或是美妙絕倫的設計作品，而VELUX競賽的影響力，也在隨之而擴大。

在VELUX這個國際舞臺上，中國學生的表現(xiàn)越來越搶眼了：

• 2008年，來自清華大學的阮昊、熊星摘取了第三屆VELUX大賽的二等獎。
• 2010年，來自天津大學的馬欣、王睿和楊濛團隊和來自香港的Joe Wu（東海大學-荷蘭Delft）獲并列二等獎。另外，在2010年還有“3.5”支中國隊伍獲得榮譽提名獎（Honourable Mention，這個“0.5”來自一支荷蘭Dleft的二人小組，其中有本科就讀于上海交大的Yan Shi同學）。
• 2012年，李博（華南理工-ETH）和門閣（浙江大學-ETH）合作奪得了VELUX大賽的一等獎，這也是大家普遍概念中的首個中國學生獲得的VELUX大賽一等獎，但是由于兩位都是在ETH留學中參賽，所以獎項并未歸屬“中國”。同年，徐琦和曹濤（重慶大學-同濟大學，夫妻店，咳咳）的二人組合在王方戟老師的指導下與另一支波蘭隊伍分享了并列三等獎。另外還有4支中國隊伍入圍，獲得榮譽提名獎（Honourable Mention）。
• 2014年，中國學生再次創(chuàng)造了歷史，來自清華大學的杜頔康、李樂、周于敬和馬堯勇奪大賽一等獎，這一次一等獎的“歸屬國”一欄終于是“中國”了，的確是非常讓人激動的。他們的作品“Light，Revitalization”也極其優(yōu)秀，評委們稱贊“作品滿足了評委會所有的期望”。本屆比賽的二三等獎分別被韓國團隊和保加利亞團隊摘取。隨后的兩個“特別提名獎”均歸屬中國團隊，一支是來自于清華大學的程正雨、葛肇奇、黃河、楊良崧團隊，另外一支就是筆者所在的天津大學團隊（孫二奇、余嘯、韓世麟）。特別提名獎（Special Mention）是第一次在VELUX比賽中出現(xiàn)，不知評委作何用意，對我們也算是一個小小的驚喜。在接下來的7個榮譽提名獎（Honourable Mention）中，還有三支中國團隊入圍，分別是來自清華大學（黃海洋、柏佳辰、閔嘉劍）、黑龍江科技大學（夏炎、李斯佳、孟威）和天津大學（周平，張葉芃，張倩儀，盧汀瀅，張博男）的團隊。

概念階段

先講講故事：2014年4月26號上午，我接到一通電話，是學弟孫二奇打來的。他說他們想要投14年的VELUX競賽，已經(jīng)有了想法，想要邀請我加入，組成三人團隊，一起畫圖。彼時距離交圖截止日期5月2號還有不到一周的時間。我在電話中并沒有具體的詢問“要做什么”，而是立刻打車到學校，與二位面談。

學弟能夠這樣“冒昧”地拉我干活，我能夠這樣“沒心眼”地答應，其實都是建立在對彼此的了解和信任之上的：如果單純是學弟的設計作業(yè)做不完，我肯定不會輕易地代勞，我寧可多花點時間教會他自己畫圖（這就是我這幾年在做的事），但是組團一起做競賽就是另一個概念了，這不是幫忙，而是合作。而孫二奇的設計和繪圖實力我也有所了解，我知道除非是遇到了難題，他是不會來找我的。

學弟拿著方案概念來找我，表面上看起來是“兩手空空”，實際上對我們團隊來說，最困難的部分已經(jīng)攻克了，我個人感覺方案已經(jīng)做完了90%，我此時介入，正是一個最好的時機，我擅長的領域是對光影、材質(zhì)物理現(xiàn)象的理解和表達，所以我的角色大概可以定義為一個“實現(xiàn)者”（當然只是畫圖階段的“實現(xiàn)者”）。

那么究竟是什么樣的方案概念呢？

說起來是一個很簡單的想法，直到今天學弟告訴我，我才意識到原來其中一張靈感來源就來自于我做的首次專筑公開課，圖片是用來解釋丁達爾效應的那張圖：

用地選址則是天大的馬宇婷和孫宇同學先發(fā)掘出來的，后來他們小組做了另一個概念，在征得他們同意后，我們組用了這塊地，地點在北非，摩洛哥的菲斯城：

那么當時的想法就是把這兩張場景融合起來，經(jīng)過不斷的向三位指導老師（胡一可，張昕楠，鄭穎）請教，討論，最終確定了方案的想法以及背后的故事。

為了讓大家對方案概念有一個完整的了解，我這里把我們團隊投稿時所寫的文本貼上來，供大家參考：

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染色陽光

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源起與現(xiàn)狀：

基地坐落于千年文化古城——摩洛哥，菲斯。因其豐厚的文化底蘊以及獨特的皮革制造業(yè)，菲斯在1981年即被收錄于世界文化遺產(chǎn)名錄。我們這個項目的概念就是基于菲斯的一個傳統(tǒng)皮革制造工廠。這兒是一個旅游勝地，但是游客卻不能走進這個地方，體驗這兒的獨特文化。此外，傳統(tǒng)的、密集的城市肌理，導致社區(qū)中缺少公共空間。

策略：

我們在皮革廠下面創(chuàng)造出一個大的公共空間，讓游客能夠走進這塊色彩斑斕的基地，同時為當?shù)鼐用裢卣沽嘶顒涌臻g。 我們將染缸底部改造成透明材料，以便于陽光可以直接穿透染缸，到達地下空間，形成色彩斑斕的光柱與光斑，像彩虹一樣回蕩在這兒。

地面上染缸的機理，被鏡像到地面之下，成為地下空間的天花板肌理。當陽光穿透染缸，一個個光斑被投射到地板上，自然而然的形成空間內(nèi)的游走路線，這路線恰恰與地面上染缸之間形成的路徑是一致的。同時，我們將這個地下空間的入口，安放在工廠周邊的街道上。這樣，人們可以直接從街道進入地下，而不至于影響工廠正常的制革工作。

場景：

在白天，陽光穿透染缸，像被染色一般，在地下空間形成彩虹一樣的光柱。人們游弋在棵棵光柱與點點光斑之間。

到了夜晚，建筑內(nèi)部的燈亮了起來。燈光又從地面之下穿過染缸，在地面上形成多彩的光柱、光斑。如此，這兒將會成為一個光與色彩的世界！

 
項目難點

看到這樣的方案想法，我首先提出了幾個問題：

1. 染料能否透光？

   如果有皮革堆在染缸里面，肯定是透不下來的，那么隨著染缸的使用，有一些光孔會被堵上。如果染料極為厚重渾濁，光也很難打下來，很多傳統(tǒng)的天然染料的確是很渾濁，但是經(jīng)過調(diào)研，也有一些合成染料是水性染料，光線有可能透射下來。那么后來為了讓光線透射的可能性更大，學弟們也針對性的設計染缸改造后的剖面，讓沉淀物排到兩邊，最大限度的提高透光率。

   從另外一個角度來看，我們似乎也不用糾結(jié)太多，首先肯定這是一個非常有趣的想法，如果我們自己就認定不可能透光，那也就沒有做下去的必要了，競賽想法重要的在于發(fā)聲和表達，不妨先表達出來，如果想要在技術上實現(xiàn)的話，總會有辦法。

2. 是否會產(chǎn)生丁達爾效應？

   丁達爾效應產(chǎn)生的原理是光線投射到膠體上，光線在懸浮顆粒上發(fā)生散射從而在鏡頭中拍攝到或者“看到”了光線的軌跡。那么產(chǎn)生的條件之一是空氣中要有灰塵，其二是室內(nèi)相對暗，光孔相對小。其三是光線足夠強。這三個條件中哪一個增加，都會加強丁達爾效應的效果。從我們找到的幾張參考圖中大概可以感受到一個會產(chǎn)生丁達爾效應的空間尺度。只要尺度差不多，我們相信同樣在陽光的照射下，空氣中的彩色光柱是不成問題的。

3. 地上是否會有彩色的光斑？

   這個問題非常簡單，我基本上是自問自答的，從光和色彩的原理來說，只要光線透下來了，那么絕對是彩色的光斑，因為染料會吸收掉自身顏色以外的可見光波段，從而對白色陽光產(chǎn)生“濾色”效果，這和我們透過紅色玻璃只能看到紅色的世界是一樣的道理。只要地面能反射全光譜，換句話說地面最好偏白，我們就能在室內(nèi)看到和染料相應的彩色光斑。

4. 不做模型是否有說服力？

   這是一個非常非常關鍵的問題，我們知道VELUX是關于光的競賽，那么對于光的探討最好的方式就是去模擬，試驗，我們可以通過模型來驗證各種相關的效果，對于VELUX競賽來說，模型照片或?qū)嵕罢掌瑢嶋H上是非常重要的表現(xiàn)手段，也可以認為是“證據(jù)”式的關鍵圖紙。試想如果我們的設計圖紙通過PS等軟件憑空繪制出各種現(xiàn)實中根本不會存在的絢爛的光感，那么這樣的結(jié)果和造假無異，是非常沒有說服力的，也是不負責任的行為。

   那么在第一次討論結(jié)束的時候我傾向于讓學弟們做一個實體模型來模擬這個空間。但是在當晚我在網(wǎng)上偶然看到一張這樣的照片：
   
   我立刻意識到我忽略了尺度的因素，在大的暗室空間里，鏡頭至天花的距離足夠遠，兩者之間的空氣和空氣中的灰塵都足夠多，所以在強烈陽光的照射下，我們會看到明顯的丁達爾效應。如果我們僅僅制作小尺度的實體模型，那么最好的結(jié)果也不過是如上圖所示的彩色光斑，由于鏡頭和被攝物體間距離太近，空氣中灰塵不夠“濃”，所以不可能拍攝到丁達爾效應，也就是說，除非我們做接近1:1的空間模擬，或者是往小實體模型里灌“霧霾”，否則光柱是不會出現(xiàn)的。如果沒有光柱，只有光斑，我認為這個模型暫時沒必要做，因為即使不模擬，我也知道彩色光斑是必然會產(chǎn)生的。我立刻聯(lián)系學弟，暫時放棄實體模型，先專心建立設計本身的SketchUp模型。

分工合作

初次討論后，我們進行了如下的分工：兩位學弟先用SketchUp建立地下大空間以及天花板染缸的模型。我則是使用3ds Max的Vray來試驗能否得到令人滿意的體積光效果。模型建好后，我來包辦效果圖。

至于為什么要用3ds Max來試驗，這里要稍稍科普一下：

之前總有人問我SketchUp的Vray和3ds Max的Vray有什么差別，是不是3ds的Vray又快又好，SketchUp的又慢效果又差。

其實從技術上來說，只要Vray的內(nèi)核版本是一樣的，渲染的運算速度和質(zhì)量就是一樣的，但是確實，就使用體驗來說，Vray for SketchUp每次點擊渲染都要等待一段時間，而且在模型比較大的時候還更容易崩潰。

而且，Vray for SketchUp還比Vray for 3D少很多實用功能，直接導致一些關鍵性特效無法實現(xiàn)，在VFS 1.49.02版本的時候，VFS不能使用法線貼圖和代理渲染，直接導致我們無法得到更生動的凹凸效果和更精致的樹木配景，這樣一來我們就很難用VFS來渲染非常逼真的場景。

在Vray for SketchUp 1.6測試版本發(fā)布之后，一直到今天比較主流的VFS 2.0，VFS已經(jīng)能夠使用法線貼圖和代理物體了，雖然代理物體能夠處理的模型量仍舊比3ds Max的少，但好歹是能夠進行全模渲染了。

我認為目前剩下的一個最主要的問題就是VFS無法渲染體積光，而其它的同類型軟件如Vray for 3ds Max、Artlantis Studio、Lumion等等早就能處理這種效果了。常規(guī)的建筑表現(xiàn)圖可以用后期的方式來繪制丁達爾效應，但是像我們這次競賽需要比較嚴謹?shù)哪�擬，所以就不得不使用Vray for 3ds Max來制作體積光效果。

但是現(xiàn)在問題來了，我沒試過啊……

不管怎么說先把方法分享一下：

我只能說說思路，這個方法是我很久以前翻譯的一篇教程里提到的，但是我覺得這個教程普適性不大，就暫時沒有更新到我的博客中。大概的方法是在Vray的Environment and Effects面板中的Atmosphere一欄，點擊Add，添加VRayEnvironmentFog這個特效，然后通過調(diào)節(jié)下方面板的各種參數(shù)，理論上來說，你能夠得到非常棒的體積光效果。

以下是一張非常優(yōu)秀的范例，作者是Pawel Podwojewski：

但是由于我之前從來沒有使用過3ds Max，所以在初次的嘗試中，我笨拙地建立了一個小盒、一個圓洞、一個彩色玻璃的簡陋模型，艱難地設立了基本的太陽光照，最后得到了一個非常死板的，夸張的丁達爾效應的效果，原圖我并未保存，你大概可以想象從天花板直到地面上的光斑中間，存在著一個直上直下的彩色光柱的感覺，很生硬，而且還充斥著噪點，最后很關鍵的一點，添加體積霧特效以后，渲染是相對來說很緩慢的。通過這樣的嘗試我發(fā)現(xiàn)想通過3ds Max來實現(xiàn)丁達爾效應似乎也不是一個很好的方向，首先要調(diào)整出那種若有若無的微妙效果需要大量的測試渲染，而我連軟件還沒用熟，再有，這種預先渲染光效的做法有違渲染和后期的基本原則。一般來說，前期渲染要解決的主要是光影，著色，復雜反射等等效果。而后期要追加的則是光效、景深模糊、鏡頭光暈、鏡頭色差、鏡頭暗角等等“瑕疵”類效果。如果我們預先渲染了很生硬的丁達爾效應，那么后期想要在成圖中減弱它可就非常難了。

當然，如果我的3ds Max很熟練的話，我會非常樂于使用VRayEnvironmentFog來模擬，畢竟會節(jié)省大量后期的時間。但是由于技術上達不到，最終不得不妥協(xié)，繼續(xù)退回到我熟悉的Vray for SketchUp工作流程上來。

初步嘗試

記得是在26號當天討論完以后，學弟就把設計的小透視意向圖發(fā)過來了，說實話效果出乎我的意料，我覺得我自己畫未必能畫到這個程度。這張圖表達了天花和地面的質(zhì)感，仰視水底所能看到的明暗變化，以及不均勻的丁達爾效應，地面上的反光還照亮了貼近地面的裙子：

繪圖者是余嘯，他對細節(jié)的把控給了我很大的啟發(fā)，我覺得照著這個思路，應該能夠把大效果做出來。

大約在4月29號，學弟們把初步的SketchUp模型發(fā)了過來，這個模型相當“給力”：

外景：

地下：

鏡頭設置

在設置鏡頭的時候，我花了一點小心思，甚至讓學弟稍稍改動了一下設計。我們的這個方案有若干要素需要表現(xiàn)：天花的染缸，甚至是缸底，地面的彩色光斑，兩側(cè)延伸下來當?shù)夭牧系牧⒚�，也就是說，鏡頭中看到的5個界面，全都是表現(xiàn)的主體。這種情況下，常規(guī)的鏡頭設置可能會顧此失彼，丟掉一些精彩的細節(jié)，從而阻礙設計想法的傳達。

為了能在一個鏡頭中同時表現(xiàn)天花和地面，我把鏡頭設置在了室內(nèi)“半高”的位置，比常規(guī)人視點要高一些，同時稍稍有些上仰，以便多拍攝到一些天花的細節(jié)。為了能夠同時展現(xiàn)地面上的彩色光斑，我建議學弟們把地面改成朝向鏡頭傾斜的高差式設計，同時增加一些踏步，地面上也會多一些很不錯的細節(jié)，避免空間的平淡。最終地面被修改為這樣：

空間剖面如圖：

對比一下改動前后你會發(fā)現(xiàn)，遠處的光斑面積由于透視被壓縮的很厲害，改成傾斜地面后，可見性大大提高，展示效果好了很多。而近景的一些尺度過大的光斑剛好被移出了取景范圍，非常完美（這些尺度過大的光斑會對構圖造成影響，讓人覺得很不和諧）。

另外一方面，為了更多的看到室內(nèi)的空間設計，我使用了大廣角的鏡頭，把更大的視野范圍包容于畫面之中，讓人能夠僅通過一幅大效果圖，就對這個空間有足夠的認知。為什么使用大廣角鏡頭能夠更好地表達空間的內(nèi)容呢？很簡單，如果鏡頭張角很小，那么在拍攝一個空間的時候，你只能從畫面中得到空間片段的印象，隨著鏡頭張角的增加，你就真的能夠從鏡頭中“看到”更大的范圍，更多的內(nèi)容，盡管這個時候畫面會有輕微的畸變，但是人的腦海中對空間的印象卻更為完整了。而且輕微的鏡頭畸變也是有好處的，會增加畫面的張力。因此在這次的鏡頭設置中，我第一次采用了“魚眼鏡頭”的參數(shù)設置。參數(shù)面板如下：

啟用魚眼鏡頭是在VFS的Option面板中找到Camera卷展欄，點擊Type下拉菜單，選擇Fish eye即可。

首先要把Auto-fit這個坑爹的鉤去掉，然后要調(diào)整的就是“Dist”和“Curve”兩個參數(shù)了：

• Dist是Distance的縮寫，本質(zhì)上你可以想象魚眼鏡頭是在使用一個普通相機拍攝一個半徑為1的全反射球（鏡子球），最終的畫面是球體上反射到的畫面。這個Distance就是相機到鏡子球的距離，Distance越小則球體占畫面越多，畸變越大，默認是2（也就是球半徑的2倍），此時能夠看到球體，距離減小則最終球體會充滿整個畫面，距離1是極限值，因為此時鏡頭已經(jīng)撞到球體表面了。
• Curve這個值則可以讓你進一步的掌控畫面的扭曲程度，默認是1，此時在模擬標準魚眼鏡頭，越接近0則畫面越扭曲，越接近2則扭曲越小。

上圖是普通鏡頭和魚眼鏡頭的對比效果，可以清楚的看到：魚眼鏡頭增大了鏡頭的視角，更全面的展示了空間，在畫面邊緣處的鏡頭畸變以及縱深方向的拉長使得空間充滿張力。

線性工作流

另外值得一提的是，以上的渲染是在線性工作流下的渲染結(jié)果，你所看到的亮度是渲染窗口的“sRGB”按鈕，按下以后的預覽效果，如果不使用線性工作流，那么畫面將會死黑一片：

關于線性工作流的原理和參數(shù)設置以及后續(xù)圖片處理流程，請參考我的文章《論Vray for SketchUp環(huán)境下的線性工作流》。

本案例中的線性工作流參數(shù)有微調(diào)，關鍵性參數(shù)Input Gamma的值并沒有改成4.84而是使用了4.2，這樣貼圖的飽和度會稍稍低一些，地上的彩色光斑也會稍稍淡一些。Color Mapping參數(shù)面板如下：

在這樣設置Color Mapping參數(shù)面板以后，將渲染結(jié)果保存為*.exr或*.hdr格式。使用Photoshop打開這些32位/通道格式的圖片。點擊Photoshop菜單的“圖像”>“模式”，勾選“8位/通道”，在彈出的面板中選擇“合并”。

選擇“合并”后會彈出“HDR色調(diào)”面板，此時點擊“方法”下拉菜單，選擇“曝光度和灰度系數(shù)”，點擊“確定”，即完成了32位/通道轉(zhuǎn)8位/通道圖像格式的處理。

以上流程建議在所有的SketchUp室內(nèi)渲染和夜景渲染場景使用，誰用誰知道。

材質(zhì)貼圖

本方案的地下空間是地上空間的“鏡像”，是地上立面材質(zhì)的延伸，因此，我只需要從當?shù)氐恼掌�素材中取樣，就可以得到模型立面的貼圖素材了。

為了獲得高質(zhì)量的貼圖，我使用Google圖片搜索引擎，搜索關鍵字“Fes”，并且點擊“搜索工具”，將“任意尺寸”下拉菜單調(diào)整為“大尺寸”。

很多同學曾找我要素材庫，但是其實幾乎我的每一個方案都是這樣臨時搜索的合適的素材，咱們大學期間所做的方案數(shù)目屈指可數(shù)，而且類型迥異，任何素材庫都很難滿足大家特殊的需求，因案例而異的搜索才是正道。這里甚至包括材質(zhì)貼圖的素材，我基本上每次都是臨時上CGtextures上找。另外一方面，要養(yǎng)成整理素材的習慣，只有你親自收集的素材，你才知道在何種場合下能夠派上用場，隨著你的日積月累，這個親手積攢的素材庫會成為你的后期利器，一些好用素材也會反復的被使用，你會發(fā)現(xiàn)你根本不需要一個動輒數(shù)G的素材庫。但是有兩種常規(guī)素材庫是可以直接拿來使用的，即配景人和配景植被，注意一定是預先摳圖并且尺寸比較大的為好，它們會為你節(jié)省大量的時間。

最終是從這樣一張圖中取得了當?shù)亓⒚娴牟馁|(zhì)機理：

原圖尺寸為3314