包含用于“Arch & Design”材质外观的主要控件。
从使用角度说,明暗处理模型包含以下三个组件:
“Arch & Design”材质明暗处理模型
场景中的直接光与间接光会引起漫反射和半透明效果。直接光源也会产生反射高光。
光线跟踪用于创建反射和折射效果,而高级的重要性驱动的多重抽样用于创建光泽反射和折射。
最终曲面反射率实际上是计算以下三个组件反射率的和得到的:
漫反射、反射和高光
在真实世界中,高光只是光源的光泽反射。在计算机图形中,对其进行单独处理会更加有效。但为维护完全精确性,材质会自动使高光强度、光泽度、各向异性等与反射的强度、光泽度和各向异性保持同步。这两种情况都是由反射率设置驱动的,因此无法对这些设置进行单独控制。
“Arch & Design”材质最重要的功能之一就是自动实现能量守恒。这意味着它可以确保漫反射 + 反射 + 折射 <= 1。换言之,能量不会“凭空”产生,入射光能量会按照热力学第一定律适当分配给漫反射、反射和折射组件。
例如,增加反射率时,必须从某处带走能量;因此漫反射级别和透明度将自动随之降低。同样,增加透明度也会降低漫反射级别。
定律如下所示:
从左到右:反射率 = 0.0、0.4、0.8 和 1.0
从左到右:透明度 = 0.0、0.4、0.8 和 1.0
能量守恒也意味着高光的强度与曲面的光泽度有关。极高的“反射光泽度”值会引起范围较窄但很强烈的高光,而较低的值则会引起范围较宽但不太强烈的高光。这是因为现在能量不仅散开,而且消散在大片区域上。
此材质支持光泽各向异性全透明,并包含一个半透明组件。
半透明
透明/半透明属性可以将对象视作实体 或薄壁。
如果一直将所有对象视为实体,那么,就必须将建筑模型中的每个窗格建模为两个面:在某个方向上对光线进行轻微折射的入射面;以及随后就将光线重新折射回初始方向的出射面。
这不仅需要额外的建模工作,而且还会浪费渲染资源来模拟对图像几乎没有任何效果的折射。因此,使用薄壁选项可以在发生任何实际的光线折射以前,将整个窗格建模为单平面。
实体与薄壁的透明和半透明
在上面的图示中,直升机座舱罩、窗格、半透明窗帘和右侧球体使用的都是薄壁透明或半透明,而玻璃高脚杯、塑胶脚架和左侧球体使用的都是实体透明或半透明。
除对材质实际属性建模的“物理”透明度外,此材质还提供了完全分离的非物理“裁切不透明度”通道,以允许树木之类的“布告牌”对象,或裁切带有不透明遮罩的扣环围栏这样的对象。
漫反射组件使用 Oren-Nayar 明暗处理模型。如果“粗糙度”值为 0.0,则与经典的 Lambertian 明暗处理相同;但是该值越大,曲面看起来越像“粉状”,如下图所示。
左:粗糙度 = 0.0
中:0.5
右:1.0
单击贴图按钮可指定“漫反射粗糙度”贴图。该按钮是一个快捷方式:还可以在“通用贴图”卷展栏中指定“漫反射粗糙度”贴图。
反射率值和颜色值一起定义反射的级别和传统高光的强度,也称为反射高光。
此值为最大值;实际值同样取决于曲面的角度并来自于 BRDF 曲线。使用该曲线(请参见界面)可以为朝向视图的曲面定义 0 度反射率,并为与视图垂直的曲面定义 90 度反射率。
左:没有反射率,拥有纯漫反射材质
中:取决于角度的反射率,0 度时反射率为 0.1,90 度时反射率为 1.0
右:恒定反射率,0 度时的反射率和 90 度时的反射率均为 0.9
左:光泽度 = 1.0
中:0.5
右:0.25
只有当光泽度不等于 1.0 时可用。因为光泽度值为 1.0 时会得到“最佳镜像”,因此在此情况下发出多条光线是没有意义的,只需要发出一条反射光线就可以了。
光泽反射需要跟踪多条光线以产生平滑效果。这可能会影响性能。因此,该材质具有以下两种特殊功能(专门设计用来提高性能):
与无光泽(漫反射)曲面相比,“仅高光+最终聚集”模式不需要花更多的渲染时间,但却会得到令人非常满意的效果。或许该模式下得到的场景中的“英雄”对象不是十分令人信服,但对于不太重要的场景元素来说,该模式的效果非常好。对于反射较弱或光泽(模糊)反射极强的材质,该模式可以很好地发挥作用,如下图所示:
左侧的两个杯子使用的是实际的反射,右边的使用的则是仅高光+最终聚集。
左:非金属反射(禁用“金属材质”)。反射中清晰地包含它们反射的对象的颜色,不受材质颜色的影响。
中:金属反射(启用“金属材质”)。现在,反射的颜色受对象颜色的影响。
右:一个变体,其反射率 = 0.5,有色反射和漫反射之间比例为 50:50
由于此材质具有能量守恒的特性,因此在“透明度”参数中设置的值为最大值;实际值取决于反射率和 BRDF 曲线。
左:折射光泽度 = 1.0
中:折射光泽度 = 0.5
右:折射光泽度 = 0.25
光泽折射需要跟踪多条光线以产生平滑效果。这可能会影响性能。因此,该材质具有以下特殊功能(专门设计用来提高性能):
只有光泽度不等于 1.0 时可用。因为“光泽度”值为 1.0 时会得到非常清晰(无模糊)的透明度,因此在这种情况下发出多条光线是没有意义的,只需要发出一条折射光线。
光线的弯曲方向取决于它是进入对象还是离开对象。不管是进入还是离开对象,“Arch & Design”材质都使用曲面法线的方向作为主要的计算信息。因此,要使用指向正确方向的曲面法线对透明的折射对象进行建模,这一点非常重要。
也可以使用 IOR 定义 BRDF 曲线,该曲线属于透明材质类别(称为“电介质”材质),下面对此进行了说明:
左:IOR = 1.0
中:IOR = 1.2
右:IOR = 1.5
最左侧的杯子看起来非常不真实,几乎完全看不见。由于 IOR 在固体物质中不可能为 1.0(空气的折射率),因此穿越材质后反射率没有发生变化,从而也就没有保留任何边或变化。另一方面,对处于中心和最右侧的杯子,其由 IOR 控制的反射率都发生了实际变化。
可以使用 BRDF 模式(而不是基于 IOR 的反射率)对其进行手动设置:
不同的透明类型
如上图所示,最左侧杯子的曲线是根据折射率获得的。中间的杯子有一条手动定义的曲线,该曲线已设置为 90 度反射率为 1.0,0 度反射率为 0.2;这样看起来更像金属化玻璃。最右侧的杯子使用相同的 BRDF 曲线,但却设置为薄壁透明度。很明显,与仅将“IOR”设置为 1.0 相比,这种方法更适用于生成非折射对象,正如我们在前一个图示的左侧示例中尝试的那样。
启用“半透明”后,“权重”和“颜色”设置可用,并在渲染时发挥作用。
权重确定现有透明度中有多少将用作半透明。例如,如果权重=0.0,所有透明度都将用作半透明。如果权重=0.3,30% 的透明度将用作半透明。
全部:透明度 = 0.75
左:权重 = 0.0
中:权重 = 0.5
右:权重 = 1.0
半透明主要在薄壁模式(如上面示例所示)下用于对窗帘、米纸等对象以及类似的效果建模。在薄壁模式中,只允许对该对象反转的一侧明暗处理以进行渗色。明暗器也在固体模式中操作,但是如上所释,SSS 明暗器更适合用于此目的。
固体半透明为:
左:权重 = 0.0
中:权重 = 0.5
右:权重 = 1.0
颜色半透明颜色。
左:各向异性 = 1.0
中:各向异性 = 4.0
右:各向异性 = 8.0
左:各向异性旋转 = 0.0
中:各向异性旋转 = 0.25
右:各向异性旋转 = [纹理贴图]
单击贴图按钮可指定“方向”(各向异性旋转)贴图。此按钮是一个快捷方式:还可以在“通用贴图”卷展栏上指定“方向”(各向异性旋转)贴图。
如果设置为“自动”,基础旋转将根据对象的局部坐标系。或者,如果选择“贴图通道”,并设置一个通道编号,定义高光拉伸方向的空间将从指定贴图通道的纹理空间生成。
另请参见拂刷金属。