1概述

工業(yè)設計軟件對渲染質量的要求高于機械設計軟件，但其渲染模塊效果較差，要求高時可調用專業(yè)渲染軟件進行渲染。導出過程采用中間通用格式，如igs或stp，其中igs描述是面，igs轉入后，復雜模型可能面臨大量破面修補的問題，占用時間較長，stp格式標準晚于igs，在曲面與實體及組合件都得到更好完整的定義，轉換時很少出現丟面現象，效果優(yōu)于igs。渲染軟件(又稱渲染器)主要在三維動畫后期、影視、建筑工業(yè)中應用廣泛，主流的有：AUTODESK公司的Lightscape,法國Advent公司的Artlantis，NextLimit公司的MaxwellRender，SplutterFish團隊的Brazi，美國RobertMcNeel公司AccuRender，Chaos-group和Asgvis公司VRay，德國MAXON公司C4D和LuxionApS發(fā)行的Keyshot等。隨著技術的推進，不少渲染軟件都推出了針對機械設計軟件和工業(yè)設計軟件的專用接口模塊。專業(yè)渲染軟件相對機械設計軟件渲染模塊來說具備HDR（高動態(tài)光照渲染High-DynamicRange），焦散等功能。HDR讓圖片無論高光還是陰影部分細節(jié)都很清晰，相當拍攝光比較大的攝像時，縮小光比，達到高光不過曝，暗調不欠曝，使立體場景更加逼真。

焦散是指透明物體被燈光照射以后所反射或折射出來的影像，如一束光照射透明的玻璃球，在球體后的投影表面出現光線明暗偏移，就是折射焦散。此功能可仿真3D模型中透明材質的光照，大幅提升渲染效果的真實感。渲染器根據的專業(yè)需求的有不同側重范圍，工業(yè)設計領域一般選擇C4D和VRay來做渲染，主要因為效率高，簡單方便；室內設計更多使用VRay或者是MaxwellRender渲染，效果華麗，光影映射逼真；室外建筑多采用Lightscape渲染，功能豐富，表現到位。以上軟件都能滿足機械設計領域對于渲染效果的大多數需求，尤其VRay渲染器提供了工業(yè)設計軟件的專用接口，如VrayforRhino和3DSMAXVray，在機械設計渲染應用中最為熱門，但獲得良好的渲染效果的同時，存在著格式轉換不便，操作繁瑣、渲染時間過長問題。Keyshot是互動性的光線追蹤與全域光渲染程序，無需復雜的設定即可產生照片的品質。Keyshot相對于VRay而言，不需通過頻繁切換和轉換格式操作，同時又能達到較好渲染效果，操作復雜度和渲染效果較平衡，而且相比其他軟件學習效率高。以下著重分析Keyshot渲染軟件的特性。

2Keyshot渲染應用

Keysho（tTheKeytoAmazingShots）基于LuxRen-der內核的實時光線跟蹤和全局照明程序。LuxRender根據物理方程模擬光線流，產生出逼真的圖像。基于LuxRender技術開發(fā)的軟件，上手簡單，效果逼真。同Photoview操作流程相似，對材質-環(huán)境-光照-貼圖進行模塊化設定即可得到即時的效果。

2.1直接操作3D模型數據

Keyshot具有直接打開三維模型功能。Photoview360只能渲染Solidworks文件，Keyshot能很好的支持多種3D軟件格式。動畫設計軟件3DSMax、Maya、C4D，工業(yè)設計軟件Rhino、Inventor和機械設計軟件Creo、Solidworks、NX中數據文件都能方便的導入其中，文件的兼容性在主流渲染軟件里表現優(yōu)秀。并提供了部分機械設計軟件的插件，可以直接從Creo、SolidWorks或Rhino等軟件中鏈接到KeyShot中，同時又保留了顏色、名字以及結構。新版KeyShot可以在渲染的時候為您在3D幾何體上實現調整小圓角半徑的邊緣功能，不需要返回Solidworks或Creo中進行模型的編輯，提高創(chuàng)作速度同時更好的控制模型的邊緣效果，以補充照明。這是一個完全可視化的操作，并沒有增加文件的大小和渲染時間。

2.2配置材質

自帶豐富材質樣式近200種材質類型，通過集中操作面板以圖標方式顯示、選擇，渲染中將材質圖標拖至模型表面，就可以添加所需材質效果。支持SolidWorks的紋理貼圖坐標，并且通過在編輯欄修改材質貼圖生成操作者所需材質。在KeyShot4中改進了半透明材料，提供更精確的次表面散射。高光貼圖的支持，焦散與物理燈的照明和科學正確的交互，其半透明的材料被稱為行業(yè)中的佼佼者。并提供卡通著色功能，使描繪物體表面平滑、生硬的金屬質感與柔和的散光、炫光等反射光有機結合，大大提高了圖片的層次。需要注意的是，Keyshot中無法對片面進行識別并賦予不同材質。當使用者將材質拖放到模型上時，往往整個模型都會被賦予同一材質。因此，使用者在模型制作階段，需要通過三維設計軟件給需要分別上色的部分預先賦予材質或色彩，當模型被調入Keyshot時，原軟件所賦予的材質不會顯示，但卻可以用作曲面分色的依據。

2.3HDR貼圖和配色

支持HDR環(huán)境貼圖，使金屬、塑料等材質達到良好的反光效果，提供交互工具進行光照操作、即時進行光影跟蹤和結果處理。同時使用者可以自定義自己需要的HDR貼圖和背景貼圖，從而使產品的光影效果與背景環(huán)境相融合，達到最好的相片級效果。改進KeyShot中引入任意幾何形狀的物理燈光和色卡，簡單的導入或者使用現有的幾何體為光源，可移動、控制、動畫等，讓工作流程增加了更大的靈活性，顏色選擇器，可連接到KeyShotProject面板上的任何顏色選項。配色到完全獨立的材料上，只需點一下鼠標，可在屏幕的任何一個地方挑選顏色，而且將所選的顏色保存到一個新的調色板內。

2.4渲染即時急速

Keyshot與Photoview360的MentalRay、VRay是有名的急速工業(yè)渲染器。將材質使用SHIFT+右鍵拖放到窗口中的模型表面，從而不改變默認的材質，在渲染光滑反光材質時軟件進行即時著色，所見即所得，運算迅速。通過如圖4中減速器模型渲染表明Keyshot比Photoview360要高效，Photoview360中20min完成渲染，Keyshot中半分鐘完成。輸出選擇JPG、TIFF等類型格式，新版Keyshot4.0引入了新的渲染選項，支持Alpha通道、深度通道、法線通道或Clown通道，方便后期Photoshop操作。渲染層選項可以將每一個層單獨的呈現出來，還可以輸出立體模式，在屏幕上通過立體眼鏡查看模型3D效果，把渲染和動畫以虛擬3D的形式呈現給他人，進一步擴展虛擬現實中的視覺體驗。

2.5使用缺陷

開啟Keyshot軟件，CPU使用率接近100％，相對于硬件的配置要求較高。keyshot伴隨著鼠標拖動、旋轉、縮放等操作，keyshot渲染不是很流暢，造成很卡的感覺，實時性不是很強。

3結束語

產品渲染是虛擬現實中展示產品外觀特點的有效方法。自帶渲染器操作方便但渲染效果不佳，專業(yè)渲染器效果突出但操作復雜，不能很好地短時間內將設計思路展示出來。Keyshot小巧快速但預設豐富，滿足了機械設計產品渲染的要求，兼顧了工業(yè)設計和機械設計中專業(yè)應用。采用Keyshot進行產品渲染，是機械設計軟件中渲染的好方法。但渲染不完全等同機械設計軟件中外觀設計，所需理論知識同攝影有很大關聯(lián)，筆直認為所謂渲染軟件是用計算機來模擬攝影場景工作的一種方式，最大限度的降低成本和提高效率，所以除了采用上述合適的渲染工具外需要了解專業(yè)攝影的概念，包括平面構圖、顏色搭配、光的運用、材質特性、HDRI技術。渲染軟件只是表現設計者的思路一種手段和工具，把渲染的理論特性了解清楚，才能更好的駕馭這個工具，有效的發(fā)揮它的作用。

作者：郝駿剛 趙娜 單位：北方自動控制技術研究所