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Blender 3D:从新手到专业/理解相机

来自维基教科书,开放世界中的开放书籍

现实世界中的相机

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在讨论 Blender 中的相机之前,了解一下现实生活中相机的工作原理会有所帮助。我们已经习惯了在看真实照片时,相机的一些怪癖和局限性,所以像 Blender 这样的 3D 软件通常会花费大量精力来模仿这些怪癖。

使用真正的相机拍照时,许多重要的因素会起作用

  • 对焦 - 由于镜头的作用方式,只有在相机一定距离范围内(景深)的物体才会在图像中看起来清晰。在这个范围之外的物体开始变得明显模糊,模糊程度随着它们离对焦范围越远而加剧。对焦距离范围越窄(景深越浅),这种模糊现象发生的越快。
  • 曝光时间 - 快门保持打开的时间。时间越长,捕获的光线越多,但图像也更有可能因为移动物体而出现运动模糊
  • 光圈 - 光圈孔径的大小。它不是用实际距离测量来表达,而是用镜头焦距(在图像正确对焦时,镜头到图像捕获表面的距离,松散来说)的几分之一来表达,写成f:因此,例如,f/2.8(“f 除以 2.8”,而不是“f 2.8”)是一个较大的数字,因此代表比f/8更大的光圈。更大的光圈可以增加捕获的光量,而不会导致运动模糊,但会减少景深。针孔相机的极端情况是光圈非常小,具有无限的景深(根本不需要对焦),但捕获的光量非常少,因此需要场景光线充足,长时间曝光或非常敏感的图像捕获表面。
  • 图像捕获表面对光的灵敏度。在胶片相机时代,我们谈论的是胶片的灵敏度(“快速”胶片比“慢速”胶片对光更敏感)。现在,对于数码相机,我们谈论的是光放大系统的增益。高灵敏度胶片更容易产生颗粒状图像。类似地,数码相机在低光照条件下,较高的光放大更容易产生噪点图像。
  • 视野 - 相机一次能看到多少场景。广角镜头提供了更宽的视野,但你需要离物体更近才能看到它们,并且会有更大的透视失真。另一方面,长焦镜头提供了非常窄的视野,但可以拍摄更远距离的物体。广角镜头也比窄角镜头焦距更短(记住光圈是焦距f的比率),因此长焦镜头在相同光圈宽度的情况下,会捕获更少的光线。你可能也听说过变焦镜头,即焦距可变的镜头。它可以从广角模式调整到长焦模式。

如你所见,许多不同的因素相互作用。图像的亮度会受到曝光时间、光圈、增益灵敏度和镜头焦距的影响。这些因素都会以其他方式影响图像。

Blender和其他计算机图形软件在原理上不受对焦、曝光时间、光圈、灵敏度和焦距问题的困扰。尽管如此,在图像中引入故意产生的运动模糊,以营造运动的感觉,这很常见。有时,引入故意浅的景深,模糊背景中的物体,以突出图像中重要的部分,即对焦的部分,这很有用。

曝光(图像中捕获的光线总量)在计算机图形中也不像真实世界摄影那样成问题,因为在计算机图形中,你总是可以完全控制场景中光线的数量和位置。但是,如果你不小心,你可能会产生过度曝光(明亮部分由于饱和为纯白而丢失细节)或曝光不足的图像(黑暗部分由于变为纯黑而丢失细节)。

视野问题源于基本的几何原理,Blender 的相机也像真正的相机一样受制于此。

Blender 中的相机

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这里我们将重点关注视野这一重要问题。

你可以通过两种方式改变视野 - 将相机移近或移远场景(在电影/电视制作术语中称为推拉),或者改变镜头的角度(变焦)。你可以在“物体数据”标签中“属性”窗口进行操作(相机需要通过在“物体模式”下 RMB 进行选择,否则所需的标签将不可见)。

透视是物体离观察者越远,看起来越小的现象。更重要的是,同一个物体的不同部分可能离眼睛的距离不同,从而导致物体表观形状的变化,称为透视失真。透视的数学理论是由阿尔哈曾在 11 世纪提出的,并在 400 年后被意大利文艺复兴的画家们所采用。

下面是同一个场景使用两个不同相机渲染的两张图像,以说明它们之间的差异。

这张图像将相机移近,但赋予它更宽的视野

这张图像将相机移远,同时缩小其视野,以试图使场景保持相同的整体大小。

后者就像使用真实相机中的“长焦”镜头一样。请注意,更宽的视野会带来更大的透视效果。这些盒子都是长方体,对面的面通过平行的边连接,但在两张图像中,名义上平行的边之间都有一个明显的角度,在上图中这个角度更加明显。这就是透视失真所要表达的。

指定视野

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选择相机物体时,它的设置会在“相机上下文”中“属性”窗口显示,它最初应该看起来像右边的样子。

摄影师习惯于用镜头的焦距来工作 - 焦距越长,视野越窄;焦距越短,视野越宽。但视野也取决于传感器的尺寸(图像捕获区域)。现代数码相机通常比旧的 35mm 胶片相机中曝光的胶片区域传感器尺寸要小。因此,焦距测量值需要进行相应的调整,以获得相同的视野。

Blender 允许你以这种方式工作,通过在“镜头”面板中指定焦距,在“相机”面板中指定传感器尺寸。它甚至提供了一个“相机预设”菜单,可以为各种知名相机设置传感器尺寸。

此外,你可能将生成的计算机图像与真实照片进行合成。在这种情况下,为了使结果看起来逼真,你需要密切匹配用于拍摄照片的相机和镜头的特性。如果你知道镜头的焦距和相机的传感器尺寸,直接输入这些值是有意义的。

但是,如果你没有进行照片合成,而是生成完全合成的图像,你可能会认为这是一种间接的工作方式。为什么不直接将视野指定为一个角度呢?

Blender 也允许这样做。从“镜头”面板中名为“毫米”的弹出菜单中,选择“视野”而不是“毫米”,焦距字段将变成视野字段,直接以度为单位显示角度。这更容易与场景的几何形状建立联系!

Note:

两者之间的关系:如果传感器的宽度为d,镜头的焦距为f,视野的角度为θ,则它们之间的关系为 .

另请参阅

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