Основни характеристики на материалите в природата, и как те реагират със светлината

Здравейте, преди да се запознаем с материалите в "maya" и тези, които ни предоставя "arnold".
Искам да поговоря за основните свойства, които всеки материал в природата притежава.
И как да пренесем тези свойства в "3d" пространството, независимо от софтуера, който използваме.
Тъй като почти всеки софтуер разчита на тези основни свойства, вграждайки ги в неговите материали.
За това нека първо видим как реагира светлината, когато достигне дадена повърхност.
Реагира по няколко начина: поглъща се от дадената повърхност.
Отразява се от дадената повърхност.
Или се пречупва вътре в нея.
Основното свойство на материалите е цвета или "defuse".
Зависи от поглъщането на различните по дължини светлинни лъчи.
Светлината реагира по няколко начина, достигайки дадена повърхност.
Тя се отразява от нея, пречупва се, или се поглъща.
Разбира се, се спазва закона за запазване на енергията, който гласи, лъчите напускащи дадена повърхност не може да са повече от лъчите, които навлизат в нея.
Този закон е много важен, за да сме сигурни, че създаваме физически коректни материали за постигане на реализъм.
Основното свойство на материалите цвят или defuse, зависи от поглъщането на различните по дължина светлинни лъчи.
Ако вземем тази зелена чушка, например разделяйки светлината на съставните и цветове, те са с различна дължина на вълните.
Навлизайки под повърхността на чушката, някой от тях навлизат по-дълбоко и се абсорбират от нея.
Други, случая зеленият лъч светлина не се абсорбират.
Напускайки обратно повърхността на чушката, стигайки до нашето око, всъщност ние виждаме този зелен цвят на обекта.
Когато слагаме цвят на даден материал е хубаво да спазваме това правило за постигане на по-реалистични материали.
Стойностите на цветовете не трябва да са по-тъмни от 30 до 50 в скалата на червеното, зеленото и синьото.
И по светли от 240 по тази скала.
Ако се върна в "maya" и селектирам тази сфера.
Първото свойство на материалите е в този раздел "defuse".
Тук можем да сменяме цвета и други параметри, с които ще се запознаем по-натам.
Следващото свойство на материалите е тяхната възможност да отразяват Или тъй наречения "specular reflection".
Част от светлината достигайки повърхността на даден материал се отразява обратно.
В зависимост от грапавината на повърхността отразените лъчи реагират по различен начин.
В "3d" материалите тази грапавина се среща най-често с термините "roughness" или "glossiness" и "smoothness".
В зависимост от това какъв "render engine" използваме.
В "arnold" грапавината на материалите се определя чрез "roughness".
Когато "roughness" е равно на 0, имаме абсолютно гладка повърхност.
Това означава, че отраженията ще са пълно перфектни, като като огледало.
Когато "roughness" е 1 имаме много грапава повърхност, както виждате лъчите се разпределят в различни насоки и ние тогава имаме доста размазано или не остро отражение.
Това може да го видим и със следните снимки и примери.
Както виждате когато имаме "roughness" 0.
Този материал се държи почти като огледало.
И отразява перфектна околната среда.
При "roughness" 0,5 всички тези рефлекции започват да се размазват.
Но все още можем да разчетем, че материала отразява до някаква степен околната среда.
При "roughness", например в 1, отражения напълно са се размазали.
По този начин репрезентира доста различни материали, ето примерно тази метална лъжица е с доста нисък "roughness" и за това много отчетливо виждаме отражението в нея.
Както и тази пластмасова повърхност.
Докато, както виждате тези две повърхности имат доста по-голям "roughness" и са доста по грапави, за това отраженията при тях е доста по-дифюзно и по размазано.
Както и при "diffus" така и при "specular" много малко повърхности в природата са гладки, за това трябва задължително поне 3 от 5 процента "roughness" да слагаме на всеки един материал.
За по-висок реализъм.
Следващото свойство на материалите е тъй нареченото пречупване или "refraction".
Пречупването на светлината може да се наблюдава най-добре при прозрачни обекти, като например вода, стъкло и тъй нататък.
Преминавайки от една среда в друга с различна плътност, светлината се пречупва и светлинните лъчи изменят своята посока на движение.
В случая, въздух и въздух, разбира се, нямаме изменение.
Но когато лъчите достигнат повърхност, като вода, напримерн и изменят своята посока.
Посоката на лъча при неговото пречупване зависи от тъй наречения индекс на рефракция.
Или най-често срещано в "3d" като "ior".
От съкращението "index of refraction".
Във вакуум индекса на рефракция е 1.
Приема се, че и във въздух този индекс единица.
Във водата светлината има по-малка скорост и индексът на рефракция 1,333.
В интернет има полезни сайтове, които дават различни стойности на индекса на рефракция за различните материали.
За по-реалистично поведение е нужно да добавяме правилните стойности на индекса на рефракция, съответстващи на материала, който искаме да постигнем.
Друго свойство на пречупването на светлината е тъй нареченият "subsurface scattering".
Това е подповърхностно разпръскване на светлината, което е ефект, което е фект, който се наблюдава, когато светлината преминава през по-тънки участъци от даден материал, като кожа.
Предполагам всеки като малък е наблюдавал и е пробвал с фенерче да си го допре до пръста и да види как от другата страна светлината прозира.
Това е точно този "subsurface scattering" ефект, който ние, разбира се, когато трябва да направим кожа или някакъв друг по-порест материал, като пластмаса можем да го прибавим.
За да постигнем именно този материал.
Следващото свойство, което притежават материалите е тъй наречения ефект на френел, който ако погледнем тази снимка може да се наблюдава най-лесно при доста чиста водна повърхност, която е спокойна.
Ако забележите близко до наблюдаващият сцената, в случая ние от лодката, можем да видим дъното на това езеро.
Когато той е близко до нас.
Колкото повече поглеждаме към ръба на това езеро, толкова повече загубваме ефекта на прозрачност, а започваме да виждаме отраженията на околната среда върху водата.
Точно този ефект се нарича ефект на "fresnel".
Той е много важен за постигане на реалистичност при самите материали.
Точно това представлява ефекта.
Количеството на отражение, зависи от ъгъла под, който гледаме дадена повърхност.
Колкото по перпендикулярно на нашето зрение е повърхността, толкова отражението е по-малко, а колкото по-нисък ъгъл наблюдаваме самата повърхност, толкова повече отраженията се засилват, както може да се види и в тези картинки.
Тук при отражение в перпендикулярно към нас 0 виждаме как средата на сферата няма никакви отражение, колкото повече се отдалечава към края, отражението се засилват.
Вдигайки тази стойност, която всъщност ни позволява да променяме отражението в перпендикулярно на нашето зрение толкова повече отраженията се засилват до постигане на огледален ефект.
Комбинацията на всички тези свойства ни позволява да постигаме реализъм при нашите материали.
Нека се върна пак в "maya" и да видим набързо само къде се намират в този материаль който е на "arnold" всички тези настройки.
Както споменах имаме "difuse", след което имаме "specular" отраженията, цвят, "roughness".
Също така, отражението на даден материал има важното свойство анизотропия, което само по себе си означава не равни отражения в различните кординати на сцената.
По-практично обяснение е, че това са също обикновени рефлекции, с разликата, че са разтеглени в една или в друга посока.
На базата на ориентация на малки вдлъбнатини, драскотини или фибри върху нашия материал.
Най лесно за разбиране на този вид рефлекция наричаме анизотропия.
Като дъното на тенджерата е шлайфане в тази посока и има множество малки драскотини, които са радиални.
Рефлекцията, която се получава когато светлината достигна дъното е точно така разтеглена в посоката на неравностите върху тази повърхност.
При 0,5 това означава, че материала е изотропичен.
Тоест рефлекцията е еднаква във всички посоки и не е разтеглено в нито една от тях.
След "specular" имаме и друг раздел, който е "refraction" и тук можем да нагласим индекса на рефракция.
И различни други параметри, с които ще се запознаем в следващите уроци.
Също така имаме и раздел за "subsurface scattering".
Това са основните свойства, които съдържа всеки един материал, било то на "arnold", "v-ray", "mentalray" и всеки друг рендер.
Някъде просто се среща с различни имена.
Един материал има повече настройки от друг.
Разбирайки тези основни свойства наблюдавайки материалите в природата.
Ние много по-лесно можем да настроим "3d" материала, така че да е реалистичен и отговаря на същия такъв в природата.