Să mergem! Pentru începători, să fixăm materialul despre reflecții.
Reflecțiile și refracțiile întrerup culoarea difuză.
Acest lucru înseamnă că, dacă aveți un material puternic reflectorizant, metalul, de exemplu, o culoare difuză nu va fi vizibilă deloc. Prin urmare, 100% reflecții = 0% culoare difuză. 100% transparență înseamnă că pot avea loc reflexii, dar elimină complet culoarea difuză. Conductorii (metalele) nu au o componentă difuză, deci pentru metalele pe care le puneți difuz la 0% (negru).
Orice suprafață reflectă.
Materialul real de pe Pamant, cu cea mai mica reflectare, reflecta 0,045% din lumina incidenta. Astfel, chiar suprafața "absolut negru" reflectă încă o parte a lumii. Ce putem spune despre materialele obișnuite care există în viața reală și care nu sunt create în laborator.
Majoritatea suprafețelor au reflecții lucioase. Suprafețele cu reflexii pur speculare sunt foarte rare.
Cel mai reflectant material este Spectralon. Aceasta reflectă aproximativ 99% din lumina incidentă. Asemănător cu aspectul materialului cu BRDF de Lambert, dar nu sunt exact.
O foaie de hârtie albă reflectă aproximativ 80% din lumină.
Prin urmare, dacă doriți să obțineți un rezultat realist, trebuie să adăugați o textura de reflecție la toate materialele fără excepție.
Reflecțiile sunt probabil cel de-al doilea cel mai important factor pentru fotorealism după acoperirea globală (din punct de vedere tehnic, talentul și experiența sunt încă în proces).
Mai jos este o imagine redată cu și fără reflecții. Uită-te la cât de mult ar fi imaginea cu reflecții.
Dar faptul că vizualizatorii arhitecturați folosesc în mod constant reflecțiile fresnel (Fresnel). Din moment ce reflecțiile din lumea reală sunt în mare parte estompate și nu reflectate.
Același lucru se poate spune despre umbrele clare și difuze. Folosind mereu umbrele moi - nu vei face o greseala.
Cel mai întunecat material care este mai mult sau mai puțin accesibil unei persoane obișnuite reflectă cel puțin 3% din lumină. Desigur, puteți crea un material care să reflecte doar 1% din lumină, dar în viața reală acest material poate fi găsit numai în laborator.
Ideea este aceasta: materialele reale reflectă destul de mult. Dar reflecțiile dielectricilor ar trebui să aibă Fresnel falloff, o să vorbim mai târziu.
2. Transmisie.
Nivelul transparență microstructură înseamnă că energia luminii nu este transformată în energie termică (ultima negru caracteristică sau material închis) și materialul transmite lumina complet.
Dacă materialul transparent sau translucid este vopsit într-o anumită culoare. atunci absoarbe anumite lungimi de undă de lumină, iar această culoare trece fără obstacole. Cu toate acestea, alte culori nu trec deloc prin astfel de materiale.
Indiferent dacă lumina trece sau reflectă de pe suprafață depinde de unghiul de incidență a luminii pe suprafață și de indicele de refracție al materialului. Modelăm acest lucru folosind ecuațiile Fresnel. De fapt, lumina care cade perpendicular pe suprafața dielectricului trece aproape complet înăuntru și lumina care cade la un unghi de alunecare este aproape complet reflectată.
Numai unul dintre evenimentele de mai sus se poate întâmpla cu un anumit foton: poate pătrunde fie în volumul materialului, fie poate fi reflectat de suprafață. Dar simulăm rezultatul global pentru un număr infinit de fotoni. Prin urmare, modelarea cazului pentru o anumită suprafață, avem de-a face cu proporția procentuală a fotonilor supuși acestei sau acelei interacțiuni.
Astfel, metalul reflectă 50% din fotonii care cad pe el și absoarbe restul de 50%. Dacă doriți să simuleze de sticlă, atunci spunem că transmite 90% din fotonii care se încadrează pe ea perpendicular, 5% reflectă și absoarbe restul de 5%.
Refracția (Refracția).
Acest efect este asociat cu transmiterea.
Refracția este curbura razelor de lumină (o schimbare în direcția lor de mișcare) pe măsură ce interfața dintre cele două materiale (materiale) trece. Un mediu diferit reflectă în moduri diferite, acest lucru fiind numit indicele de refracție - IOR.
Zero IOR înseamnă că obiectul transparent este invizibil (nu există nici o curbură a razelor, ambele medii având aceeași densitate). De exemplu, vedeți sticlă numai datorită refracției luminii și absorbției parțiale a luminii. Cauza refracției este o densitate diferită a mediului. Lumina se mișcă mai încet când trece printr-un mediu dens.
Imaginați-vă o piatră aruncată în apă într-un unghi drept - nu-și schimbă direcția, doar încetinește cursul. Dar dacă arunci o piatră la un unghi ascuțit la suprafața apei, atunci, intră în apă, își va schimba direcția de zbor datorită densității ridicate a apei în comparație cu densitatea aerului.
De aceea, când vă uitați la o sticlă de sticlă, aproape că nu vedeți partea sa din față, dar veți vedea doar silueta luminată.
De asemenea, există coeficienți de refracție reflectată și reflexii refractate, care sunt aproape întotdeauna egale (adică valoarea refracției reflectate este întotdeauna egală cu reflexia refractată).
IOR depinde atât de indicele de refracție, cât și de coeficientul de reflexie, deoarece atât un parametru, cât și cel de-al doilea descriu devierea fotonilor în timp ce trec prin material. IOR depinde, de asemenea, de energia luminii, adică arată cum această energie încetează să fie absorbită de material și începe să reflecteze din ea. Prin urmare, toate materialele (nu numai transparente) au propriile valori IOR. care afectează nu toate tipurile de comportament al luminii: toate tipurile de reflexii și refracții.
Dacă doriți să fiți științific în această chestiune, trebuie să știți, de asemenea, că valorile reflexiei și refracției sunt egale. Cifrele specifice pot fi găsite în tabelele corespunzătoare.
Renderer Mental Ray vă permite să controlați aceste două valori prin intermediul unui parametru - IOR (reflecție Fresnel), dar VRay. utilizează doi parametri separați - IOR în planul de reflecție și Foresnel IOR în lansarea Refraction.
Indiferent de materialul pe care lumina îl lovește, îl absoarbe. Cantitatea de absorbție depinde de materialul specific sau mai degrabă de modul în care lumina este împrăștiată în interiorul materialului. De exemplu, în interiorul sticlei, lumina se mișcă direct prin întreaga grosime și nu se disipează în timp ce trece prin ea. De aceea, sticla ne pare transparentă, nu translucidă. Desigur, absorbția are loc, dar foarte puțin. De aceea, imaginile pe care le vedeți prin geam, par destul de umbrite (nu la fel de strălucitoare ca și fără sticlă).
Dispersia (Dispersion).
Există și un astfel de efect, precum varianța. Când lumina care cade pe material se desparte. Dispersia se datorează proprietății materialului de a refracta undele electromagnetice (ușoare) de diferite lungimi în diferite unghiuri. Dispersia este cauza apariției fenomenelor de culoare cum ar fi curcubeul.
Acesta este un efect destul de comun. Observă constant caustice dispersante din apă sau diamante. De exemplu, Newton a folosit cu succes o prismă de sticlă pentru a demonstra divizarea luminii.
Dispersia este cauza reflecțiilor de dispersie (nu sunt prea sigură cu privire la această definiție). Seamănă cu reflexii colorate și, ca rezultat, de culoare caustică.
Deci, știți că propagarea culorilor pe perle și pe benzină nu este legată de reflexiile de suprafață. Aceste divorțe de culoare se datorează efectelor filmului subțire.
Aceasta se datorează dispersiei în straturi subțiri (grosime care nu depășește lungimea undei luminoase) a materialului transmisiv (dielectric) care acoperă suprafața. Modele complexe de culoare și divorțuri depind de numărul de straturi și de grosimea acestora.
De exemplu, atunci când un film subțire de benzină este pe suprafața apei sau când un strat subțire de „glazurare“ sau atunci când acoperă perla cu bule este format din folie ultrasubțiri de material de săpun care pendulează în aer și prin această modificare a grosimii filmului, vom vedea pete de culoare dinamice. Prin natura sa, acesta este același efect care duce la apariția unui curcubeu, apare doar într-un strat foarte subțire de material transparent.
Transluciditate (transluciditate).
Transparența este un caz particular de transparență.
Microgeometria suprafeței duce la faptul că lumina este împrăștiată în direcții diferite. Acest efect este calitativ același pentru reflecțiile difuze și lucioase. Acest lucru provoacă, de asemenea, un astfel de efect ca transmiterea luminii prin geamul maturat.
Trebuie să înțelegeți că pasajul depinde de amploarea rugozității subterane. În timp ce reflexiile oglinzii și difuze sunt rezultatul rugozității suprafeței. Prin urmare, sticla de lapte are o structură mai subțire decât cea convențională din sticlă curată. La toate acestea trebuie să fie adăugat un alt parametru care descrie modul în care lumina adânc poate pătrunde în material, pentru că eu nu sunt sigur de a fi în măsură să rugozitatea sub suprafață în sine opri pătrunderea luminii.
La nivel microstructural: transluciditatea este un efect sub-suprafață. Nu sunt sigur dacă există o terminologie oficială pentru ceea ce am descris mai jos, dar eu personal folosesc termenul de „reflecție sub suprafață“ pentru efectul, atunci când lumina pătrunde în materialul este împrăștiată și reflectată acolo, acolo, unde a venit. De asemenea, termenul „fluxul de sub suprafață“ pentru efectul, atunci când lumina intră în materialul pe de o parte, este împrăștiată și reflectată acolo, dar se pare că partea opusă a obiectului.
Ceea ce se întâmplă în interior este un proces extrem de complicat. De obicei, acesta este modelat ca o plimbare aleatorie - adică foton zboară distanță foarte scurtă în materialul înainte de coliziune cu atomul pierde o parte din energia sa în timpul coliziunii (absorbție) ricoșează de la acest atom în cealaltă direcție și toate repetate din nou de multe ori.
Imprastierea sub-suprafata este un caz special de trecere, si se intampla astfel: lumina intra in material, reflecta in mod repetat de la atomii din interior si iese in afara nu in acelasi loc pe care la intrat.
Interacțiunea în interiorul materialului dintre lumină și atomi duce la faptul că o parte a energiei este absorbită. De obicei, pentru diferite lungimi de undă absorbția este diferită. Prin urmare, atunci când lumina iese din material, este un pic mai duller și de o nuanță diferită.
Imprastierea sub-suprafata are loc numai in dielectrice. De aceea, materialele nemetalice au culoarea lor specifică (dar strălucirea dielectricilor este întotdeauna albă). Ie de fiecare dată când vezi un obiect colorat, știi, nu este metal, pentru că lumina intră în material, sare înăuntru, ușor "colorată" în proces și apoi părăsește materialul dintr-un alt punct.
Datorită faptului că majoritatea materialelor sunt extrem de dure, coordonatele punctului de intrare al luminii în material și în punctul de ieșire nu sunt aproape diferite și, prin urmare, vedem vizual că materialul este solid.
BSSRDF măsurat poate fi utilizat pentru materiale cu dispersie internă mare, cum ar fi materiale organice, de exemplu pentru piele.
Tu nu va fi capabil de a simula procesul de o disipare internă mare, folosind BRDF, deoarece BRDF, prin definiție, să ia în considerare faptul că lumina pătrunde în materialul în și din același punct (este o presupunere echitabil pentru cele mai multe materiale).
Astfel de markeri (tipul de redare realiste), cum ar fi Maxwell, nu folosesc deloc BSSRDF, ci simulează în mod direct o plimbare aleatoare pentru a calcula împrăștierea subterană.
Diferența dintre proprietățile shaderului Diffuse și SSS / Translucency este propagarea (sub suprafață) a luminii. Sau, cu alte cuvinte, cât mai departe de punctul de intrare al fotonului în material, punctul de ieșire al aceluiași foton (ray) va fi situat în afara. Astfel, lumina care lovește zidul de piatră tare va ieși din stratul său subteran, atât de aproape de punctul de intrare, încât shader-ul consideră că această valoare este zero. Dar lumina care intră în piele iese de obicei la o distanță vizibilă de la punctul de intrare. Prin urmare, acest lucru nu poate fi ignorat, altfel pielea va arăta moartă. Prin urmare, este nevoie de un shader de dispersie subteran (SSS).
3. Absorbția.
Energia undei electromagnetice (ușoare) se transformă în energie termică și "dispare". Desigur, nu este cu adevărat pierdut, dar când vizualizăm imaginea, ne concentrăm asupra luminii, nu asupra căldurii. În practică, acest lucru înseamnă că nici un material nu ar trebui să reflecte 100% din incidentul luminos pe acesta, dacă vreți să pară realist.
Dacă suprafața este albă, atunci aceasta reflectă toate lungimile de undă, dacă este colorată - adică reflectă doar anumite valuri de lumină pe care le vedeți. Pentru dvs., acest lucru trebuie să însemne un lucru, unele suprafețe colorate pot interacționa cu iluminarea de culoare în tot ceea ce vă așteptați.
Căzând pe o suprafață netedă (netedă la nivelul micro), fotonul se reflectă și dispare. Dar care se încadrează pe o suprafață aspră, fotonul după reflexie se poate întâmpla la o grămadă de opțiuni: poate afecta și diferența poate pereotrazitsya de mai multe ori prin mikrosherehovatostey și diferența sau pot fi absorbite în cele din urmă.
Când lumina este absorbită de suprafață, o vedem întunecată (deci hainele întunecate sunt întotdeauna mai calde decât albul).
Deci, 100% negru înseamnă 0% reflecții, iar acest lucru nu se întâmplă niciodată în viața reală. Toate materialele reflectă întotdeauna într-o oarecare măsură.
Culoarea este rezultatul absorbției selective și a reflexiei selective.
Suprafețele ne apar colorate, deoarece absorb niște valuri (culoarea pe care nu o vedeți) și unele valuri reflectă (culoarea pe care o vedem). Astfel, 0% din componenta difuza (negru) inseamna ca nici o lumina nu va fi reflectata, indiferent de intensitatea pe care o va straluci, din moment ce i-ai spus materialului sa absoarba complet lumina. De aceea, nu trebuie să setați niciodată 0% pentru difuz (culoare neagră în slotul Diffuse), chiar dacă creați un material foarte întunecat.
Lumina, dacă nu se reflectă, trece apoi prin suprafață și, dacă nu trece, se transformă în căldură (absorbită), rezultând un material întunecat (lipsa informațiilor despre lumina vizibilă). Dacă lumina nu trece complet prin material (transmisie), atunci ea părăsește același punct pe care la introdus (reflecție subterană). Culoarea este întotdeauna un caz de absorbție, fie într-un material transparent sau opac, i. E. absorbția selectivă a unei anumite lungimi de undă. Negru - înseamnă că toate valurile sunt absorbite, albe - sunt reflectate.
Răspunsuri: 11 la articolul "Știința de a crea 3D fotorealist (partea 5). Transparență, refracție, împrăștiere subterană, dispersie "
Trimiteți-le prietenilor: