从最初的粗略渲染出的立体图形，到如今的能够实现的超现实的纹理和光线表现。计算机图形图像技术已经走过了漫长的道路，这种发展背后的驱动力是计算能力和先进的软件算法的进步。然而，随着渲染工具的标准化，图形艺术家发现在光影的表现上越来越难以保持他们的艺术自由。
埃里克·汉森（Eric Hanson）是一位视觉效果设计师，专门为电影制作数字环境和效果。汉森先生最初是一名建筑师，他为大型建筑公司建立了早期的3D可视化工作室，包括The Callison Partnership和gensler and Associates。在转入电影视觉效果领域后，他曾与领先的视觉效果公司合作，如Digital Domain、Sony Imageworks、Dream Quest Images和Walt Disney feature Animation。他的作品可以在《隐身》、《后天》、《投奔》、《空心人》、《亚特兰蒂斯》、《幻想曲2000》、《第五元素》等影片中看到，同时也可以看到许多长片。目前，汉森在南加州大学电影/电视学院领导视觉效果课程。
# 光线在电影的性格和叙事中扮演着不可或缺的角色。
光在所有的艺术中都扮演着重要的角色，但也许没有哪种艺术能像电影一样将光的地位摆在了如此明显的位置。从经典的黑色电影《黑色猎鹰》到现代的《罪恶之城》，光线在电影的性格和叙事中扮演着不可或缺的角色。近代以来，随着数字革命的兴起，电影的制作方式发生了深刻的变化，合成光模拟艺术成为了核心的电影艺术挑战。数字电影技术对电影艺术的介入曾经是纯二维的，它将独立的摄影序列组合在一起，这种方式也被称作合成。
然而，逐渐兴起的三维渲染和动画技术，已经成为了电影最重要的工具集。独立于真人摄影的古老技术轨道，这些技术使完全虚拟的世界和角色创作成为可能。法国社会理论家让·波德莱尔在1981年发表的关于滥用三维虚拟技术的危险的文章《模拟与仿真(Simulacra and Simulation)》预示了一个虚无主义的未来。在这个未来里，超真实的价值观取代了现实的基础，这一讨论也启发了《黑客帝国》的叙事线索。数字照明只关注现实世界中复杂的细微差别，并将永远以这些现实世界的标准来判断，而不允许技术超越现实。比较接近的规范光线合成的范式是勒内-马格里特的《这不是一个烟斗（Ceci n'est Pas Une Pipe）》，它告诫人们不要把表象高高举过现实。合成图像的制作总是服从于现实的丰富性和复杂性，这个问题在数字照明的实践中被反复提出。
哑光绘画严格地从艺术家的眼睛和技巧中创造出令人信服的光线。新的方法整合了3D建模，但艺术家主要还是依靠绘画的方式，而不是渲染计算。
我们并不一直拥有这样的模拟技术。早期的数字照明方法过于简单，在表现光线的复杂性方面受到严重限制。早期突破性的计算机图形图像（CGI）电影，如《侏罗纪公园》或《终结者2》，开始揭示了计算机图形与电影结合的惊人潜力，但它们的灯光设计主要针对人物的诠释，尽管已经做得足够巧妙。后来的《终结者》终曲等电影试图创造全方位的对现实世界的模拟，虽然它们受到当时技术的阻碍，没有创造出真正令人信服的现实。这种原始形式的CG照明，被称为直接照明，其特点是将现实世界的光源（如聚光灯和全向灯泡）放置在3D模型中进行模拟。
在精确的世界中，这些光可能具有衰减、落差和色温等物理特性。但当抽象的光束击中表面时，它们的特性会消失。当光线的反射和折射被停止，无法继续与其他物体表面互动时，这种模拟的局限性是不言而喻的。速度问题使计算机图形在电影中许多的应用都依赖于这种照明方法，即使这种方法非常原始。
RenderMan最初由皮克斯在20世纪80年代制作的动画电影创造了其声誉，并负责了现代电影中，我们所能看到的大部分cgi渲染。Pixar拥有当时计算机图形学领域最聪明的头脑，并试图将他们的3D渲染方法标准化。RenderMan最初被吹捧为3D行业的后期脚本标准。但由于非程序员无法使用他们的方法，RenderMand的工作只能应用在电影等高端制作中。即使有直接照明作为以一种原始的技术方法的限制，而现在的工具集已经有所创新，但是，RenderMan已经成为电影创作的行业标准。这在艺术上的意义的是，在灯光工具集有限的情况下，CG灯光师不得不更多地依靠艺术方法从软件中编辑出丰富的视觉效果，软件由就像一张艺术家的直接力量或意图的空白画布。
Radiosity是第一个全局照明解决方案，它能最准确地描述建筑空间中的真实光传输。
# 在视觉效果中，所有灯光艺术家的梦想是创造出逼真的幻觉和接近真实的照片。
如果我们审视当时的CG画面，就会发现CG物体缺乏日光和人工光的复杂交融，显出某种简单化的合成面貌。在视觉效果中，所有灯光艺术家的梦想是创造出逼真的幻觉和接近真实的照片。但90年代末之前的作品效果往往不足，电影亦真亦幻的感觉也随之丢失。视觉特效作品之所以被称为成功之作，往往在于它的仿真不引人注意，因为如果观众开始质疑真实性，就会失去对电影体验的情感投入。当然，有些导演选择将视觉效果作品作为电影的核心重点和基础，将技术过程隐形的作用较小。
计算机图形学的进步以后期技术的进步为标志。一些当时的计算能力无法支持的技术，随着摩尔定律让计算能力上升到一个合适的水平，就能找到应用的机会。在图像合成的早期，艺术家和工程师曾考虑过计算物理透光，但这一想法在当时被认为太复杂，无法实现。然而，有一种模拟方法被开发出来，并在直接照明的方法中变得普遍，那就是辐射度的概念。辐射度试图利用热定律作为光传输的基础，来满足直接照明的缺点。热传递原理指出，物体表面可以发射、透射或反射光纤，这些都作为一种运行机制，被应用于辐射测量中对光的模拟。
Maxwell Render可以高度逼真地描绘现实世界的材料，从折射玻璃到碳纤维。
简单地说，辐射度模型中的表面模拟了所有通过空间的光，并做出相应的反应。辐射度模型中的表面被细分为一个个网格，每个网格单元有效地充当了望向世界的相机镜头。在这样的模型中，处理时间变得很长，而且还需要很大一部分内存来容纳计算结果。到现在为止，辐射度的视觉输出仍然被认为是最精确的照明模拟之一，它可以非常接近真实的预测。遗憾的是，它被认为速度太慢，不能有效地用于电影效果。
但是，它曾出现在电影《赌场》中，其中的拉斯维加斯大道被还原成早期的样子。对辐射度方法的一次精彩探索是麻省理工学院的肯特·拉森（Kent Larson）以艺术资助的方式，重新打造的路易斯·康的未建作品。这一过程并记录在《路易斯·康：未建大师作品》一书中。在这本美丽的论著中，辐射性方法内在的温暖特质与康精湛的光器空间产生了丰富的共鸣。
Maxwell Render可以高度逼真地描绘现实世界的材料，从折射玻璃到碳纤维。
随着直接照明不断渗透到电影的视觉效果中，它的不足之处不断被视觉效果师的艺术创作所弥补。视觉效果师将通常由计算来承载的东西，通过将柔和的阴影和光的相互作用描绘成想象中的物体样貌，来艺术地实现。辐射度方法虽然展示了一种计算精确的光影描绘方法，但仍不能单独用于电影制作。一些电影项目，如《最终幻想》甚至会使用彻夜的辐射度渲染模拟作为模板，然后直接照明技术来模仿物体所呈现的外观。
# 与整个艺术领域一样，无论使用的工具多么技术化，都是由艺术家在推动创意的展开和探索，由艺术家的敏感和技巧来引导人们思考关于视觉的真正问题。
但是,对另一个早期假设的重新发现，极大地改变了模拟领域，而这次，人们使用的是射线追踪。射线追踪是计算机图形学中最古老的机制之一，除了直接照明外，它长期以来一直用于创造适当的反射和阴影投影。它利用一种将矢量射线分散并追踪到场景中的方法，让比直接照明更复杂的光路发生。然而，光线追踪最初从未实现的是将光作为一个基于物理的粒子实体进行计算，因为光实际上既是一种粒子，也是一种微观的波。这个想法在所谓的蒙特卡洛射线追踪中得到了证实，并在20世纪90年代末被马科斯·法哈多(Marcos Fajardo)的Arnold渲染代码从过去的研究中复活。这个渲染器创造的初始图像彻底改变了这个领域，开创了CG照明的革命，至今影响了整个3D计算机图形领域。
用于全局照明的蒙特卡洛射线跟踪方法，通过计算光子光粒子的传输，以高度裁剪和优化的方法，可以实现丰富的光的相互作用。
蒙特卡洛光线追踪这个名字源于真实的微观粒子物理学。光永远无法被完全计算出来，因为，即使是最简单的场景的计算量也大得难以想象。蒙特卡洛技术基于计算的复杂性，简单地从使用蒙特卡洛统计平均值开始降低权重，然后使用该平均值的梳状滤波器，来产生这些复杂的相互作用，并降低其复杂度。人的头脑会开始相信模拟是真实的，因为光最终是感性的。蒙特卡洛技术的计算量仍然很大，足以将现代处理器的性能拉到极限，但它仍然是一个重大的突破，它允许完全通过计算模拟来实现真实世界的照明，所有这些都在相对友好的渲染时间内完成。
自从Arnold到来后，该领域的蒙特卡洛渲染层出不穷，传统的直接照明技术现在已经退居其次。全局照明，也就是人们所说的GI，现在已经成为CG渲染领域的一个重要研究课题，并取得了许多突破。许多以前阻碍渲染实现摄影现实主义的大门现在已经打开，GI允许广泛的复杂的光相互作用和现象。复杂的效果，从微妙的聚焦玻璃内的光，准确的天窗阴影和颜色现在能够成为常见的模拟，和显著增加了CGI在电影中的说服力。归功于CGI渲染技术的使用，咕噜、金刚等角色现在可以真实地出现。最近最令人振奋的发展之一是 "无偏见 "渲染的兴起，即基于真实的光波物理学的光模拟方法。这种方法的先驱之一是Maxwell Render，它创造出的图像与真实世界的摄影作品相差无几。事实上，Maxwell Render艺术家的行为更像一个摄影师，所有的现实世界照明技术在这里再次有效，如旗帜（指用于控制光线传播的一块布料）、散光器等。光线可以折射成成分色的光谱，发出精确的色温，显示复杂天光的散射，并对真实玻璃镜头的畸变作出反应。使用镜面球体的照片，可以在全动态范围内从真实位置捕捉灯光，并通过 一种叫做基于图像的照明技术与CGI无缝集成。
用于全局照明的蒙特卡洛射线跟踪方法，通过计算光子光粒子的传输，以高度裁剪和优化的方法，可以实现丰富的光的相互作用。
就像任何改变模式的新技术一样，它的优势是不可否认的。但是，新技术也破坏了长期以来的传统，在这种情况下，艺术驱动的直接照明实践衰落了。曾经通过艺术技巧和意图的实现领域，现在却变成了两个照明艺术家对同一任务得出相同结果的机械计算。在GI之前，两位艺术家会产生两种不同的视觉模拟结果，反映出他们对叙事性照明的看法和理解。目前，这种 "意念照明法 "在动画电影的世界里依然存在，风格化和特色化仍然是作品的核心。然而对于照片现实主义的视觉作品来说，GI技术所带来的转变是不可逆的。照片现实主义永远是目标。但，我们还是会有一种失落感，与好莱坞经典技术的离去一样。然而，归根结底，或矛盾或和谐，这是一场艺术家与工具的经典斗争，与早期艺术家们不愿将摄影归为艺术的情况并无二致——谁创造了影像，工具还是艺术家？与整个艺术领域一样，无论使用的工具多么技术化，都是由艺术家在推动创意的展开和探索，由艺术家的敏感和技巧来引导人们思考关于视觉的真正问题。
关于电影中的视觉效果，真正要问的是，它是否进一步增强了电影中所描绘的情感的力量，这是一个非技术性的基本问题。电影是否因为视觉技术的进步变得更好？无论答案是什么，光的力量和神秘感在电影、或未来的任何媒体形式中都将永远扮演着重要的、核心的角色，对于传达人类的情感和体验仍然是必不可少的关键。
本文原载于《日光与建筑》（Daylight & Architecture）
作者 / 埃里克·汉森（Eric Hanson）
翻译与图文 / 沈晨思
校对 / 王雪睿&小仙女
