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物理相机大解析
2009/09/25 19:43
1.
功能
<
/p>
VRayPhysicalCamera
（
VRay
物理相机）可以模拟真实相机的结构原理，包括镜
头
、光圈、快门和景深等。因为相机的结构比较复杂，所以先要了解一下相机的
基本原理，
这样学习
VRay
物理相机就轻松多了，如图
< br>1
所示。
1.
图
1
从图
1
中可以看出相机的基本原理是很简单的，
就是在一个封闭的区
域内有一个
小孔，光线通过小孔照射到内部的感光材料（胶片）中就可以形成图像，图像
的
效果和孔（后面所说的孔径就指的这个孔）的大小与孔所通过的光的多少有关，
孔越大光线就越多，在感光材料（胶片）上所得到的潜影也就越暗，最终形成的
图像就越亮。当然，图像的亮度也与感光材料（胶片）接收光的时间长短有关，
接收光线的时间越长，在感光材料（胶片）上所得到的潜影也就越暗，最终形成
的图像也
越亮
要点提示：
需要注意的是，感光材料（胶片）不是最终的照片，它是照片
的负片，如图
2
所示，
所以负片越亮的
部分，
最后洗出来的照片对应的部分就越暗，
如图
3
所示。
感光材料（胶片）的明暗与接受光的强弱成反比，也就是说感光材料（胶片）在
光照强的地方所形成的影像就会越暗。
这一点让人很难理解，
想知道原因就必须
要了解感光材料（胶片）的受光原理。
胶片是由一个单层或多层的感光乳剂以及附着感光乳剂的一个
透明基片组成。
感
光乳剂一般是由卤化银晶体组成，
在基片上均匀分布，
当有光照到卤化银晶体时，
其
结构就会发生化学变化，
卤化银晶体会相互聚结起来，
形成黑色
金属银颗粒的
聚结体，
光量少的地方卤化银晶体会相互聚结也少
，
这样就形成了影像
（负像）
。
负像上黑暗（厚的）部分就是曝光较多部分；明亮（薄的）部分就是曝光较少的
部分；全透明部分就是没有受到光照射的部分。
上面的理论有些复杂，
其实这些理论的最终解释就是相机上的孔
径大小以及光通
过孔的时间与最后洗出来的照片的明暗区是成正比的。
< br>
2.
图
2
3.
图
3
真实相机的结构要比图
1
中复杂，
如图
4<
/p>
所示，
最主要的就是增加了镜头、
光圈、
快门和焦距控制等装置。
4.
图
4
镜
头就是接收光线的最前端部分，
主要是由一片曲面玻璃或塑料制成，
以凸透镜
的原理聚焦形成清晰可辨的影像，
而更复杂些的镜
头是由称作透镜单元的两片或
更多光学玻璃组成，
并将所有透镜
单元组装在一起成为一个整体，
它主要的功能
就是聚焦光线。<
/p>
光圈是控制光通过镜头的孔径大小
的装置
（参数）
，
孔径越大光线通过的
光就越
多，感光材料（胶片）所接收的光线也就越多，最后形成影像（最后渲染的效果<
/p>
图）也就越亮。
< br>快门是控制光通过镜头的时间长短的装置，
它的主要功能就是控制感光材料
（胶
片）接收光的时间。接收光线的时间越长感光材料（胶片）的感光
就越多，最后
形成影像（最后渲染的效果图）也就越亮。
焦距控制装置是控制画面透视及焦长大小的，
焦距分为广角、
标准和长焦
（望远）
< br>，
镜头除了可以改变画面的透视以外，
还有一个主要的功
能就是可以影响到感光材
料（胶片）接收光的强度。广角镜头最短，光从镜头到达感光材
料（胶片）的时
间也最短，这时感光材料（胶片）接收光也最强。反之，长焦镜头会使感
光材料
（胶片）所接收的光线减少。
不同的感光材料（胶片）也会影响到胶片的感光度（接收光的
敏感度），一般分
为快速胶片（接收光的敏感度高）、中速胶片和慢速胶片。快速胶片适
合在亮度
较低的场景中使用，慢速胶片适合在亮度较高的场景中使用。
< br>
除了镜头以外，其他
4<
/p>
个相机的装置都能影响感光材料（胶片）感光的多少，特
别是焦距
控制装置对光的控制，
所以新的相机就将焦距和光圈两个功能用一个参
< br>数（
f
值体系（光圈））来控制，应用这一体系后，就可
以使用一个数字来实现
焦距和光圈多个参数才能得到的效果。
在
考虑曝光时，
不必计算焦距和光圈
（孔
径）的关系，
f
值已将这些变量结合为一个单一的数。例如
f/8
光圈就代表到达
胶片的一个确定的光
量，
这一数字已经把镜头的焦距和光圈的大小两项因素考虑
在内
了，
任何两只将光圈设置为
f/8
的镜
头，
它们让胶片所接纳的光量都是完全
相等的。
f/n
光圈这个参数可
以控制孔径的大小，
n
值越小孔径就越大
（
f
为分子，
n
为分
母，
f
为一个定数，分母
n
越小，最后的
f/n
就是越大，孔径也会越大，所以最
后我们发现，
n
值的大小与孔径成反比，也可以说
n
值越小，最
后所得到的图像
（渲染的图像）就会越亮。
2
参数
物理相机的参数设置面板如图
5
所示。
5.
图
5
（<
/p>
1
）
Basic
parameters
（基本属性）
type
（类型）：
Still
camera
（静态相机）主要模拟常规的静态画面的相机，也
是在效果图中所用的一种相机类型；
Cinematic
camera
（电影相机）主要模拟电
影相机效
果；
Video
camera
（视频相机）主要模拟录像机的镜头。
targeted
（目标）：是否手
动控制相机的目标点。
film
gate
（
mm
）（胶片（
mm
））：是指感光材料的对角尺寸，
35mm
的胶片是最
流行的胶片画幅，也就是常说
的照片底版（负片）大小，
该数值越大画幅也就会
越大，透视越
强，所看到的画面也越多。
focal
length
（
mm
）（焦长（
mm
）
）：控制相机的焦长，同时也会影响到画面的
感光强度。
较大的
数值效果类似于长焦效果，且感光材料（胶片）就会越暗，特
别是胶片边缘的区域会更暗
，
较小数值的效果类似于广角效果，
透视感强，
胶片
就会越亮。
图
6
是焦长为
50<
/p>
时的效果
（类似人眼所看到的效果）
，<
/p>
图
7
是焦长为
1
0
时的效
果（广角效果）。
6.
图
6
7.
图
7
zoom factor
（视图缩放）：控制相机的视角大小，
与
focal length
（
mm<
/p>
）（焦
长（
mm
））功能相似，只是该功能只改变画面的透视效果，不会影响到画面的感
光强度。
f-number
（光圈数值）
：
光圈数值就是控制光通过镜头到达胶片所通过的孔的大
小，
数值越大胶片感光就越强，
反之就越弱
，
图
8
左是
f-number
为
2
时的
效果，
图
8
右是
f-number
为
4
时的效果
要点提示：
f-number
中的数值是指
number
中的数值，最后的光圈为
f/
number
。
8.
图
8
distortion
（扭曲）：扭曲效果是由下面的
distortion
type
（扭曲类型）来控
制的。
< br>
vertical
sh
ift
（垂直变形）：可以控制在垂直方向的透视效果，类似于
Camera
correction
（相机修正）功能。
specify
< br>focus
（指定焦点）
：
勾选
该选项后，
用户可以用下面的
focus
distance
（焦点距离）选项来改变相机目标点到相机镜头的距离。
exposure
（曝光）
：
勾选此参数后，
改变场景
亮度一些选项
（
f-number
（光
圈）
、
shutter speed
（
快门）、
ISO
（感光系数））才能起作用。
< br>
vignetting
（
虚光）：该功能可以模拟真实相机的虚光效果，也就是画面中心部
分比边缘部分的光线亮
，图
9
左是不勾选时的效果，图
9
右是勾选后的效果。
9.
图
9
white balance
（白平衡）：真实相机所拍摄的画面和肉眼所看到的会一有定差
别，
这主要是由于相机不会像大脑一样智能处理色彩信息，
白平
衡就是针对不同
色温条件下，
通过调整摄像机内部的色彩电路使
拍摄出来的影像抵消偏色，
更接
近人眼的视觉习惯。
白平衡可以简单地理解为在任意色温条件下，
摄像机镜头所
拍摄的标准白色经过电路的调整，
且使之成像后仍然为白色，
< br>可以由右边的预设
选项来定义白平衡，也可以由下面的
c
ustom balance
（手动白平衡）选项来调
节，白平
衡调成
时的效果如图
10
左所示，白平衡成
时的效果如
图
10
右所示。
10.
图
10
要点提示：
从图
10
中可以看出白平衡的色彩映射到感光材料（负片）
后，色彩会增加到负
片上，负片是相片（渲染的效果图）的反色，所以最后的图就会与白
平衡的色调
相反。
shutter
speed
（快门速度）（单位是秒）：这里的快门速度中的数值是实际速
度的倒数，也就是说如果将快门速度设为
80
，那么
最后的实际快门速度为
1/80
秒，它可以控制光通过镜头到达
感光材料（胶片）的时间，其时间长短会影响到
最后图像（效果图）的亮度，数值小（例
如
shutter speed
（快门速度）为
10
，
最后的实际速度为
1/
10
秒）
与数值大
（例如
shutter
speed
（快门速度）
为
200
，
最后的实际
速度为
1/200
）相比，数值小的快门慢（快门打开的时间长
，通过的
光就会多，感光材料（胶片）所得到的光就会越多，最后的图像（效果图）就会
越亮），数值大的快门快（所得到的图像（效果图）就会越暗）。这样就得到一
个结果，
shutter speed
（快门速
度）数值越大图像就会越暗，反之就会越亮。
如图
11
所示，右图的
shutter
speed
（快门速度）数值就比左图的大。
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