與基本素描關係相關的一系列問題（2）——高光、灰面的特性

接下來的幾篇都將是相對細緻的分析五大調子的具體特徵和相互關係，五大調子的具體變化細節包含了素描關係的大部分內容，從空間表達、色彩關係到質感與細節等等問題都是對五大調子的運用。

所涉及的、上篇文章注釋中提到和闡述的名詞不做重複定義注釋。

1.高光：畫面上物體明度值最高且集中的位置。nn2.物體受光：物體上的面P與光線L的反射光線L0所成角度，稱為物體受光——記作nG0.所成角的開口總是選擇朝向觀察者一側，方便計算。nn3.觀察受光：物體上的面P與視線S所成角度，成為觀察受光——記作G1.所成角的開n口總是選擇朝向觀察者一側，方便計算。nn4.灰面：有幾種定義方式：n1.物體亮部高光之外的灰色調，稱之為灰面。n2.物體受光面與光線角度在0°~90°之間，且出射角度與觀察受光角度不一致的受光面，n稱之為灰面。n

高光①特性

對於素描方向的高光問題，我們主要嘗試解決的問題主要有：

1.高光的位置與強度規律；

2.高光的大小變化；

3.高光的形狀規律；

3.高光的邊緣特性；

4.高光的明度值問題。

灰面相關問題

灰面主要需求解決其明度變化規律。

一.高光的位置與強度規律

這一規律是本文的核心內容。

在談到高光的位置之前，首先要提及在上一篇文章中所提到的兩個概念：物體受光②與觀察受光③。

物體受光G0相對簡單，該角度在0°~90°之間，角度越大，單位面積受光越多，明度值越高。

觀察受光G1對畫面明度關係的影響並不是決定性因素。

這句話非常重要。

更重要的是下面這句。

對於同一個受光面P，當且僅當它所對應的G0=G1時，面P的明度值達到最高。

這裡的面p就是高光。

而這個定義，實際上就是光線在面p上所成鏡面反射光路的反射光路剛好經過人眼。

二.灰面與高光的關係以及灰面明度變化規律

理論上，到這裡，我們對高光位置和高光強度的問題就應該有了一個明確的答案了，但是，在繪畫之中，不參與對比的明度關係是基本無意義的，儘管我給出定義說高光就是物體亮部明度值最高的位置，但依然無法讓人明確的認識到。

因此我接下來就把灰面與高光的關係講一講，這將是一個比較抽象化的、理論性比較強的部分，請做好準備。

1.灰面與高光的關係

首先，我們理清楚一下灰面④與高光的關係：

共性：灰面與高光都屬於物體的直接受光部位，主要亮度來源於光源的直接照射。

差異：引出物體受光與觀察受光問題，並以G0是否等於G1為分辨原則區分出高光與灰面。

那麼，這裡的第一個問題就是，上面兩者的關係其實並不涉及灰面與高光誰亮度高的問題，你憑什麼說高光就是最亮？

第二個問題就是，灰面的G0既然不等於G1，那麼這個角度差就會有很多的變化，這些受光變化差異如何反映在畫面上？

一個個來解決。

第一個問題很簡單也很直觀，鏡面反射的路徑是光線的最短路徑，自然就是損耗最小，光線最集中的一條路線，如果眼睛看的方向與這個路線重合，那麼這些集中的光線就都跑到了眼睛裡，被我們所看到，這就是高光了（當然，世界上不存在所謂白體和真空，自然也就不存在真正無損耗的光路，這一點之後我們將會用到）。

第二個問題的直接答案也很簡單，這些變化在畫面上的反映就是灰面豐富的明度變化。

2.灰面的明度變化規律

（1）物體受光分析

高光與灰面的關係理清楚了，就可以開始著手解決一個很複雜的問題——也就是這些豐富的灰面明度變化，有什麼樣的變化規律？

我會在下面開始構架一個公式，這個公式並不意味著我們可以靠計算得到具體的明度值，這既不現實也不實用。但是我希望這個構架公式模型的過程，可以讓大家理解我的思路；而這個公式的結果，可以讓大家明確我們在作畫時，需要考慮哪些問題，而其中哪個最重要，而哪些相對影響沒那麼大。

首先，我需要一些名詞定義，如下：

光源強度設為常數h。

明度設為未知量V。

光的反射損耗比例：光在物體之間反射，會逐步產生損耗，我這裡假設這個每一輪損耗的比例有一個常數值，這個常數值可能受到很多影響，比如物體材質、表皮粗糙度、物體固有色等等，但我們暫時不管這麼多，先假設這個值為常數 。

首先，根據我們在初中地理學到的一些地球地理常識，我們知道，照射角度G0越大，那麼單位面積的受光就越多，比如赤道地區；反之則相反，比如南北極地區。

如果僅僅從物體受光的角度來分析，那麼很顯然，這就很簡單，已知G0=90°時，V=100（最強，假設個常數為100）；且G0=0°或180°時，V=0（最小，假設為常數0）；

那麼，我們很快能得到一個公式，這很簡單：

某個受光面的物體受光（這裡的角度就是出射光線與受光面所成角度，P是我假定的一個公式可以算出對應物體受光角度G0的一個函數，假定它能得出光線隨著受光面角度變化所損耗的剩餘比例，其中必然包含常數）。

通過這個假設性公式，我們可以推算出物體受光面某一點的實際物體受光強度。

可以看到，一定的光源強度h下，除了光源角度的影響外，還需要加上一個反射損耗，這個是因為我們計算的永遠是物體表面反射出來的光量，而不是地理課上計算的「單位面積受光量」——這是兩個概念。比如，一個重色物體的表面會吸收大量的光，自然而然我們這裡得到的受光強度就變弱了，而淺色物體則相反。

然後按照這個原則，會得到下圖：

實際上就是一個簡單的漸變。

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（2）高光出現的原理：觀察受光

但是，事情沒這麼簡單。

很顯然，即使一個物體表面的受光再強，如果它不能儘可能的進入觀察者的眼睛裡，那這個面就等於是黑的，它在畫面上顯現出來，也是一個明度值為0的面。

因此，我們才需要引出觀察受光的問題，我們才有了G0與G1的角度差問題。

丨G0-G1丨就是角度差。這個角度差意味著我們人眼在接受物體受光時失去的光量比重。也就是說這個角度差越大，人眼接收到的光就越少。

與此同時，這一損失也受到常數s的影響。比如，一個表面越粗糙的的物體，物體受光的反射就越均勻，這個損失就相對變少，所以我們在粗糙物體表面不太能看到很集中而大塊的高光，而在越光滑的物體表面，就能看到越強而集中的高光。

某個受光面的觀察受光（這裡的角度就是出射光線與受光面所成角度，為物體表皮參數，為物體受光強度）。

公式找到了！n

特別感謝@章佳傑

由此可以得出，高光為什麼在一定區域外衰減很快的原因——他是呈餘弦函數遞減的，並非線性。

按照此原則，我們給那張圖蒙上一層去光的罩子：

這時，我們可以看到高光的出現了。

這時候你一定會問，為什麼跟我想像的不一樣！其實，主要是因為這張圖僅僅考慮了兩層受光的變化，既沒有考慮質感問題，也沒有考慮固有色問題。而且，我使用的是簡單的漸變工具，也就是說，這個光極弱，弱到物體受光從直射點就開始逐漸減弱——而實際上，雖然真實的光源確實是從直射點就開始減弱，但是，我們的電腦、畫紙、照片甚至眼睛這些載體能表現的明度層次實在是太少啦，所以往往會在極亮處發生曝光過度，亮度溢出，所以高過我們的載體所能表現的最白色的光，會被壓縮成一個顏色——這就是為什麼，同一個球體，光變強了，似乎高光面積也變大了的原因。

（3）一些題外話：材質、光源等因素對高光與灰面的影響

如果我考慮到這個曝光問題，就會變成——

是不是已經有了隱約的一些質感？是不是感覺光變強了？但是我們還是不會覺得這是一個我們正常所見的球體。因為我們還需要考慮反光和投影環境問題。

這一部分內容的理論知識，我們將放到下一次再細講。

添加反光結果如圖：

如果再簡單的調調固有色和環境影響：

為什麼變這麼「亮」才給人真實感？這裡又涉及到一些細節——真實的環境中實際上四面八方都會有各種複雜反光，坐在房間里畫畫，那麼整個房間的六面牆壁都會給予這個物體反光，這就使得幾乎對於所有物體而言，即使再暗的暗部也不會是真正的黑色。其次，雖然畫面看起來亮，但實際上除了高光，亮部的平均灰度在百分之五十左右，而暗部的反光更是在百分之八十到九十的灰度。這種產生亮的感覺的，實際上就是真實的感覺所帶來的幻覺。

對真實的追求，讓畫家變得像一個魔術師，傾其所能其實很多時候都是為了騙過所有觀眾罷了。

三.關於高光餘下的幾個問題

上面已經解決了高光的位置、強度問題以及為什麼會出現高光的大小變化問題，並且順帶提到了灰面的明度變化規律。

那麼我們還有三個問題——高光的形狀問題、高光的邊緣以及高光的明度變化。

1.高光的走向

高光的形狀也稱之為高光的走向。正如封面圖所畫的四個球（如下），其中兩個被連接了起來，連接的部分有一條狹長的高光，那麼其實很容易理解，高光的形狀和走向如果理性的考慮，就是相同朝向的高光面連接起來；如果感性一些的說，就是高光總是趨向於順著轉折邊緣走。

2.高光的邊緣

高光的邊緣往往會體現物體的具體表皮材質，這裡特意拿出來只是提個醒。

3.高光的明度變化

高光的明度變化涉及到兩層意思，一方面是指高光本身會發生明度變化嗎？答案是基本不會，高光本身已經是因為過於明亮的受光被擠壓成一個平面，如此強的光恨不能用純白色，又怎麼可能自降明度；

那麼會有什麼東西導致高光發生明度變化呢，這個東西通常而言是兩個：一個是層次對比，一個叫空氣透視。

這裡只是提出來，有因素會導致高光發生明度變化。至於這兩個東西究竟是什麼，以後再詳解。

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我的第二篇專欄正式完成了。本篇因為牽扯到的概念和關係比較多而且複雜，因此可能看起來有一些混亂——我已經盡我所能把關係理清楚了。

能力有限，內容中實際上還有很多部分是留白的、模糊的，我個人無法解決的一些問題。但正應此本文才有討論的價值，希望大家能助我填補這些空白。

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