Opanuj pracę z materiałem Subsurface Scattering (eng. rozpraszanie podpowierzchniowe) w V-Ray zrozum jak działa, wykorzystaj go i zoptymalizuj, aby uzyskać zapierające dech w piersiach realistyczne rendery.

Pracując z 3D zawsze dążymy do idealnego renderingu. Zrozumienie sposobu, w jaki światło oddziałuje z obiektami, ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia fotorealizmu. Podczas gdy niektóre obiekty odbijają większość światła, inne pochłaniają je, a następnie przepuszczają w różnych punktach, w ramach koncepcji zwanej rozpraszaniem podpowierzchniowym (SSS). W tym artykule prezentujemy tajniki rozpraszania podpowierzchniowego. Podpowiadamy, jak można je wykorzystać w V-Ray do tworzenia wysokiej jakości fotorealistycznych renderów.

Co stoi za rozpraszaniem podpowierzchniowym?

Rozpraszanie podpowierzchniowe występuje, gdy światło przechodzi przez półprzezroczystą powierzchnię, taką jak szklanka mleka lub liście w słoneczny poranek, jest pochłaniane, rozpraszane i ponownie emitowane.

Aby lepiej zrozumieć tę koncepcję, przyłóż dłoń do światła, a zauważysz wokół niej ciepłą poświatę, rozświetlającą żyły, pory, fałdy i zagniecenia. Skóra jest jednym z najlepszych przykładów zjawiska SSS, ponieważ mniej niż 10% światła jest odbijane bezpośrednio od jej powierzchni, podczas gdy reszta jest rozpraszana pod powierzchnią poprzez rozpraszanie podpowierzchniowe. W grafice 3D, jeśli rozpraszanie podpowierzchniowe nie zostanie zastosowane, półprzezroczyste obiekty, takie jak papier, wosk, marmur i skóra, będą wyglądać nieprzezroczysto i nie będą fotorealistyczne.

Shadery i narzędzia rozpraszania podpowierzchniowego V-Ray 

1. Fizyczne shadery rozpraszania podpowierzchniowego

To rozwiązanie dla tych, którzy wymagają najwyższej dokładności. Materiał SSS, ściśle naśladuje zachowanie światła w świecie rzeczywistym. Metoda ta jest analogiczna do tej stosowanej w shaderze vrayScatterVolume i jest dobrze zintegrowana z pozostałymi warstwami cieniowania w materiale.Różne tryby dostępne w obu shaderach pozwalają na dużą elastyczność w zależności od pożądanego rezultatu - od cienkich cieczy po gęsty alabaster, mogą one symulować wszystko z dokładnością.

2. Szybkie shadery dla lepszego wyglądu

Dla szybszego efektu, z niewielkimi ustępstwami w zakresie dokładności, V-Ray oferuje również znany w branży ALShader, szybki shader, który jest idealny do szybkiego konfigurowania symulacji skóry i innych takich złożonych, wielowarstwowych materiałów SSS. Również oparty na Brute Force, oferuje profile kierunkowe i dyfuzyjne, aby lepiej dopasować się do potrzeb użytkownika w zakresie wyglądu i szybkości.

Uwagi dotyczące renderowania

Aby te shadery działały jak najlepiej, użytkownik musi uwzględnić pełne oświetlenie, oświetlenie globalne i geometrię pomocniczą (np. pestki wewnątrz winogron).

Komponenty rozpraszania podpowierzchniowego

Rozpraszanie podpowierzchniowe można podzielić na różne komponenty w oparciu o sposób interakcji światła z wnętrzem materiału. Interakcje te określają miękkość, głębię, rozmycie kolorów, kierunkowość światła i przezroczystość. Podczas gdy niektóre materiały lepiej nadają się do określonych efektów, można eksperymentować ze wszystkimi komponentami SSS przy użyciu tylko jednego rodzaju materiału, takiego jak skóra na ludzkiej twarzy przedstawiona w poniższych porównaniach.

Rozpraszanie w przód

Rozpraszanie w przód występuje, gdy światło wpada do obiektu i kontynuuje ruch w tym samym kierunku, co pierwotny promień światła. Jest to typowe dla cienkich lub lekko półprzezroczystych materiałów, takich jak liście i skóra, pozwalając światłu wyjść po drugiej stronie.

Rozpraszanie wsteczne

Rozpraszanie wsteczne występuje, gdy światło wchodzi na powierzchnię obiektu, ale jest odbijane z powrotem w kierunku, z którego pochodzi. Jest ono bardziej powszechne w gęstszych lub bardziej złożonych materiałach, gdzie światło odbija się chaotycznie pod powierzchnią. Wyobraź sobie subtelną miękkość po oświetlonej stronie ludzkich policzków lub kremowy wygląd jogurtu.

Właściwości SSS materiałów V-Ray i ich zastosowania

Osiągnięcie SSS nie jest pojedynczym przełącznikiem lub ustawieniem w V-Ray, ale efektem, który pojawia się w wyniku połączenia wyboru materiału, właściwości obiektu (tj. zmiany grubości, cienkich części, krzywizny) i warunków oświetleniowych. Połączenie tych elementów definiuje zachowanie różnych shaderów w V-Ray. 

W V-Ray, shader jest materiałem, który zarządza tymi interakcjami. Shader określa zachowanie materiału.

Korzystanie z rozpraszania objętościowego (VRayMtl) 

Jadeit/marmurowy smok

KROK 1: Zastosuj standardowy materiał VRay do obiektu. 
KROK 2: Możesz nadać mu odrobinę odbicia, ustawiając kolor odbicia na średni szary. 
KROK 3: Włączenie załamania światła jest ważnym krokiem we włączaniu możliwości przezroczystości materiału VRay. Ustawmy więc kolor załamania światła na biały.
KROK 4: Następnie musimy wybrać typ przezroczystości. Wybierzmy wolumetryczną.
KROK 5: Bawiąc się kolorem mgły i głębokością, możemy dostosować ogólny kolor materiału i jego miękkość. Używając koloru rozproszenia, możemy ustawić kolor rozproszenia.

Korzystanie z VRayFastSSS2/Świece

KROK 1: Zastosuj VRayFastSSS2 do swojego obiektu - idealny do skóry, wosku, marmuru i innych materiałów organicznych.
KROK 2: Aby stworzyć materiał woskowy, możemy pobawić się kolorem podpowierzchni i kolorem rozproszenia. Na przykład, możemy ustawić kolor podpowierzchniowy na żółty, który będzie głównym kolorem świecy. Natomiast kolor rozproszenia ustawić na pomarańczowy, który będzie widoczny w cienkich częściach geometrii świecy. W ten sposób obszar wokół płomienia świecy będzie wyglądał bardziej pomarańczowo.
KROK 3: Następnie możemy pobawić się parametrem promienia rozproszenia. W przypadku wosku warto pozwolić światłu rozpraszać się głębiej pod powierzchnią, więc 2 cm powinny wystarczyć. 

KROK 4: Wreszcie, aby stworzyć materiał taki jak wosk, potrzebujemy bardziej podejścia opartego na rozpraszaniu do przodu, więc ustawmy funkcję fazową, aby to uwzględnić, na 0,8.

Korzystanie zVRay2SidedMtl/Jesienne liście

KROK 1: Materiał VRay2SidedMtl został zaprojektowany wyłącznie jako opcja brutalnej siły dla SSS w celu uzyskania bezstronnego wyniku. Gdy jest używany jako materiał bazowy w VRayBlendMtl, może tworzyć złożone materiały z podpowierzchniową bazą rozpraszania. Na przykład możemy utworzyć materiał lodu przy użyciu VRayScatterVolume.
KROK 2: Musimy ustawić ogólny kolor, który posłuży jako podstawa. Możemy wybrać jasnoniebieski.
KROK 3: Następnie możemy eksperymentować z powierzchnią i kolorem rozproszenia, aż uzyskamy pożądany rezultat.
KROK 4: Powinniśmy również poeksperymentować z parametrem promienia rozproszenia, aby kontrolować, jak głęboko światło rozprasza się pod powierzchnią.
KROK 5: Na koniec możemy dostosować parametr funkcji fazowej. Aby stworzyć lód, możemy ustawić parametr funkcji fazy na 0,15, aby nieznacznie faworyzować rozpraszanie do przodu.

Praktyczne zastosowania i studia przypadków
Portret cyfrowy i projektowanie postaci

Doskonałym przykładem SSS w użyciu jest sposób, w jaki podświetlone uszy wydają się świecić w ich cieńszych obszarach, ujawniając to w jaki sposób światło przenika i rozprasza się w tych obszarach. Ze względu na możliwość uzyskania niezwykłego poziomu realizmu, SSS często okazuje się nieocenioną techniką tworzenia większej ilości szczegółów w realistycznych teksturach skóry w cyfrowym portrecie i projektowaniu postaci.

Renderowanie gier i angażujące środowiska

Innym przykładem SSS jest oświetlenie środowisk, w których stosowane jest silne kierunkowe podświetlenie, podczas gdy oświetlenie przednie może zmniejszyć jego widoczność. Technika ta jest powszechnie stosowana w oprogramowaniu do renderowania gier w celu tworzenia wciągających środowisk, które wciągają graczy w świat, sprawiając, że czują się naprawdę częścią gry.

Wizualizacja produktu w reklamie

Technika ta jest również stosowana w wizualizacji produktów, szczególnie w reklamach kosmetyków i żywności. SSS poprawia wygląd kremów, balsamów i żeli do skóry, nadając im miękką, półprzezroczystą jakość, która przywołuje na myśl bogactwo i młodość. Podczas korzystania z oprogramowania do renderowania projektów produktów 3D do wizualizacji żywności, SSS dodaje wysoki poziom fotorealizmu do przedmiotów takich jak słodycze, świeże owoce i napoje wszelkiego rodzaju, symulując, jak światło subtelnie rozprasza się pod ich powierzchniami, dzięki czemu wydają się bardziej apetyczne. 

Projekt drewnianej metropolii

Projekt drewnianej metropolii służy nie tylko jako świetne studium przypadku SSS w V-Ray, ale także demonstruje potężny wpływ społeczny, jaki może mieć wizualizacja 3D. Projekt, będący reklamą dla organizacji pozarządowej Robin Wood, zwraca uwagę na alarmujące tempo wylesiania, odnosząc się do urbanizacji i podkreślając, że każdego dnia tracony jest obszar leśny większy niż Nowy Jork. Zespół PX Group polegał na materiale V-Ray Fast SSS2, aby autentycznie odtworzyć wygląd świeżego drewna. 

Wyzwania i strategie optymalizacji

Ważne jest, aby pamiętać, że SSS może wyglądać nieco inaczej ze względu na takie kwestie, jak nakładające się powierzchnie, obiekty bryłowe, które nie są zamknięte (otwory, niespawane wierzchołki), brak grubości i nieprawidłowe skalowanie. Aby temu zapobiec, staraj się nie spieszyć podczas pracy nad projektem. Upewnij się, że geometria jest czysta, robiąc regularne przerwy, będąc uważnym i naprawiając wszelkie zauważone nieregularności obiektów.

Podsumowanie 

Subsurface Scattering  to doskonałe narzędzie do dodawania dodatkowego poziomu fotorealizmu do renderowania. Uwzględnia ono fizyczne właściwości światła i sposób, w jaki wchodzi ono w interakcję z każdym unikalnym obiektem, zapobiegając ich plastikowemu wyglądowi i tworząc realistyczne odwzorowanie otoczenia sceny. Zachęcamy do eksperymentowania i zabawy z różnymi shaderami w V-Ray oraz sprawdzenia, które z nich najlepiej sprawdzą się w Twoim środowisku pracy.

Autor: Ina Iontcheva
Źródło: https://www.chaos.com/blog/author/ina-iontcheva