1概述

工業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設計軟件的專用接口模塊。專業渲染軟件相對機械設計軟件渲染模塊來說具備HDR（高動態光照渲染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。渲染器根據的專業需求的有不同側重范圍，工業設計領域一般選擇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技術開發的軟件，上手簡單，效果逼真。同Photoview操作流程相似，對材質-環境-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，兼顧了工業設計和機械設計中專業應用。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，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