Octane 渲染器学习笔记之五：材质 - 2
82019.02.14 19:34:54 字数 3,729 阅读 11,811
解惑和答疑
【前言】
我用心写的文章，没有多少人读呢？需要给自己做点广告了：网友们，不要犹豫，如果你想深入学习 OC，目前在网上，你找不到如下详细的学习笔记了。哈哈。老话说：“酒香……….” 它也怕巷子深呢？现在的信息社会，信息也太多了，多得你不知道哪个更有用 。
不扯了，看不看是你的事，写好文章是我的事。
上一篇研究了 OC 渲染器的 DIFFUSE 材质，这个材质是基础，也很简单，由于不涉及反射折射计算，相对来说渲染速度较快。这篇我们继续研究 OC 的另外两个重要材质：Glossy 和 Specular。选择 Glossy 和 Specular 材质时，会出现一些新的通道，我们将只解释新参数，凡是与 DIFFUSE 材质一样的通道和参数，就不再研究了。
第二部分 GLOSSY MATERIAL 光泽材质：
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GLOSSY 有光泽的材料用来制造具有反射特性的材质，用于模拟金属、塑料等。在反射定律中，当光子被表面撞击时，光的反射角等于入射角。光子不像漫反射那样在表面上扩散，而是具有一定的方向性。在光滑表面上，从 (I) 点到 (x) 点的光线能从该点反射到一个特殊的方向，称为镜面方向。到达表面的辐射能量，通常会通过在高光方向上创建一个光波瓣 (也称为“高光瓣”) 反射光。这个波瓣的形状是由光的出口角度和镜面方向决定的，可以根据表面粗糙度的大小而扩大和收缩。
反射的计算模型
我们集中精力只研究反射材质独有的通道
1、DIFFUSE 漫反射： 通道赋予材质颜色。在计算机图形学术语中，这也被称为 “基色” 或“反照率”。漫反射颜色可以使用一个值设置，也可以使用一个程序纹理或基于图像的纹理设置。
我们把 GLOSSY 材质赋予模型，DIFFUSE 通道设置一个浅灰色，仔细看，在模型和地面也出现了反射现象了。这是怎么回事呢？
2、SPECULAR 反射： 利用此通道可以调整表面的反射量。此参数接受颜色、浮点值或纹理。在大多数情况下，高光是白色或无色的。然而，要模拟金属表面，您应该使用 COLOR 颜色来着色高光颜色。
这是 SPECULAR 默认，现在你知道上面是怎么回事了吧？COLOR 是黑色，FLOAT=1，还是相当于白色。所以，SPECULAR 默认是开启的，而且是全开，所以，GLOSSY 材质默认是有反射的。
反射通道也是用亮度值控制反射强度的。V=0.2
V=0.5
V=1 反射最强。
需要注意的是：
一是模拟金属。 现实世界中，金属表面的高光颜色是彩色的。应使用 RGB 颜色，禁用 FLOAT 浮点值。反之亦然。例如，如果您正在创建一个金属表面，建议漫反射颜色为黑色，SPECULAR 的 COLOR 设置为金属颜色，它们吸收不同波长的光，反射光的颜色是高光。以黄金为例，当它吸收可见光的蓝光时，会呈现出黄色。折射率设置要尽可能地大，后面解释。
一个具有黑色漫反射色、粗糙度 = 0、折射率 = 1 的光滑节点就会产生一个完美的镜子。
漫反射 DIFFUSE 通道不勾选或者设为深黑色。SPECULAR 设置为反射高光颜色。
模拟金属 INDEX 折射率尽量大一些。
二是模拟绝缘体。 绝缘体不能很好地传递热和电，当光照射到这些表面时，大部分的光波也没有被吸收，所以，DIFFUSE 通道的颜色不能设为纯黑色或不勾选。SPECULAR 通道的颜色尽可能使用浮动参数，调整为灰度值控制反射程度，而不是用 RGB 的颜色控制。
把 SPECULAR 通道 COLOR 设为黑色，使用 FLOAT 控制反射强度。模型上的高光由灯光颜色决定。
绝缘体高光将根据光源的颜色来决定。
3、ROUGHNESS 粗糙度： 确定镜面反射在表面的扩散量——也称为反射模糊。此参数接受值、颜色或纹理映射 (过程或图像)。0 的值模拟一个像镜子一样完美、光滑的反射表面。增加该值模拟表面的微平面，这会导致反射高光扩散。如创建一个磨损的塑料外观，增加粗糙度值。
从左往右 从光滑到粗糙 。高光由小变大，由清晰变模糊。
需要注意的是： 对于具有反射特性的材料，粗糙度是一个绝对必须要使用的参数，是我们描述的 “微面” 理论的实际对应物。粗糙度控制镜面反射在表面上的散射量。在现实世界中，所有的表面都是粗糙的。即使是表面看起来最光滑的镜子，在近距离观察时也是粗糙的。不要忘记，重要的不是 RGB 而是灰度值。必须输入灰度值。或者你可以使用浮点值和纹理。
ROUGHNESS 通道载入一张划痕位图，来模拟表面的污垢。
4、FILM WIDTH & FILM INDEX 薄膜宽度和薄膜折射率： 这两个通道模拟的是表面材料薄膜效果。比如浮油表面出现的彩虹颜色时，这是非常有用的；或者肥皂泡、镜头上呈现的彩色斑斓的炫光。
镜头呈现的效果也需要用 FILM 模拟
FILM WIDTH 决定呈现的颜色，FILM INDEX 控制薄膜的折射率。一般说数值越大，效果越好。
FILM WIDTH=0 等于关闭了这个薄膜效果。添加点数值，就会在表面呈现色彩斑斓的效果，有点油腻的感觉。
5、INDEX (INDEX OF REFRACTION) 折射率： 该通道参数根据菲涅耳反射定律确定表面的反射强度。当反射值大于 1 时，背向观察者角度的表面反射最强 (掠角)，而垂直于视角的表面反射较弱。这使得表面看起来更加真实。当值小于 1 时，菲涅尔效应被禁用。当值等于 1 时，没有菲尼尔效果。
在下面的例子中，这六个球的粗糙度分别为 0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0(从左到右)，对于每个渲染的图像，只修改反射参数的 Specular 和 Index 折射率的数值。
Specular=1 反射最强，Index=2。
Specular=0.3，Index=3。
Specular=1，Index=1.5。
需要注意的事： 很多网上的视频作者，说 INDEX 折射率是决定反射强度的，越大反射越强。纯属于扯蛋！Specular 和 Index 这两个通道，他们根本都没有讲清楚，稀里糊涂就过去了。其实，在 OC 渲染器 GLOSSY 光泽材质中，反射的强度是由 Specular 决定的：0 值没有反射，1 值反射最强。那么你会问 Index 折射率在反射中又决定了什么？它与菲尼尔有关，说白了它是控制反射的范围的。
Specular=1 反射最强，Index=1 没有菲尼尔现象，球体每个部分反射都一样，这不就是镜子吗？
Specular=1 反射最强，Index=1.2 强烈的菲尼尔现象，正对相机的地方，我们叫 F0 位置反射非常弱，球体周边，我们叫 F90 位置，非常强。但范围也很窄。 塑料等绝缘体呈现这种反射现象。
Specular=1 反射最强，Index=1.5 强烈的菲尼尔现象，正对相机的地方，比上面强了一些，总体还是弱；球体周边，非常强，但范围在变宽，向中心逼近。玻璃等绝缘体呈现这种反射现象。
Specular=1 反射最强，Index=1.8 还是周边反射强，但反射范围在从四周向里逼近。F0 位置反射已经比上面强了。
Specular=1 反射最强，Index=3 中心反射强度比周边弱一点。金属类导体呈现这种反射现象。
Specular=1 反射最强，Index=8 中心反射强度与周边一致，这不也是镜子吗？菲尼尔效果消失了。
【反射问题】
1、如何得到反射焦散？焦散现象有两种：一种是反射汇聚产生的焦散，另一种是折射汇聚产生的焦散。我们先研究第一种。
1、这样的金属按照物理上说，它的弧形反射面就会汇聚反射光，在地面形成非常亮的光斑。但渲染却没有？
2、要得到反射焦散效果，你需要更换渲染引擎，PATHTRAING 或 PMC 都行。
3、更换渲染引擎，再渲染，反射焦散效果出来了，渲染时间也长了。
2、如何增加镜面反射次数？计算机的计算能力不是无限的，它需要有一个限制。比如两个镜子中间放一个物体，镜子要相互反射，现实上，反射是无数次的。但在渲染器模拟就不能无限次，否则，计算机陷入无限循环，岂不死机呼？所以，我们在模拟反射的时候，一定要设定反射深度即次数，够用就好。那个这个反射限制在哪里设置呢？
GLOSSY DEPTH 就是反射深度，不要太大或太小，够用就好。太大浪费计算资源。
GLOSSY DEPTH=0 或 1
GLOSSY DEPTH=2
GLOSSY DEPTH=10
3、如何能渲染出好的反射效果？渲染有反射效果的模型，要想能呈现好的效果。你记住：反射材质设置的好，不如环境设置好。初学者常常犯的毛病就是只注重材质，不注重搭建反射环境。最简单的方法就是建立一个 HDRI 环境，用于逼真写实渲染；其次，用几个灯光按照三点布光的原则，搭建环境用于渲染工业产品，模型上反射干净。
初学者常犯的毛病，知道反射效果不好，都在材质上找原因，其实问题在环境上。渲染器有毛病吗？
天空使用一个 HDRI，地面使用一个纹理。简单的环境改变，效果就不一样。
第三部分、SPECULAR MATERIAL：
SPECULAR 材质在 OC 渲染器中，它是用来创造透明的材料，如水或玻璃。当光线到达一个表面时，它会被反射、吸收或折射，通常这三种情况同时存在。光线从一种介质 (如空气) 进入另一种介质 (如玻璃) 时，它的传输路径就会发生变化。它会降低速度、改变方向和弯曲。这就是为什么我们可以看到光在玻璃和水表面偏折的原因。
光线发生了偏折。
光在水中传输速度比空气中的光速低。
这种弯曲的原因是由于折射率。折射率 (IOR) 决定着光线的偏折大小。介质的折射率 (或折射率) 是测量介质内部光速降低多少的指标。换句话说，折射率是空气 (或真空) 中的光速与传播介质中的光速之比。例如，一个典型的玻璃的折射率是 1.5，这意味着光在玻璃中要比它在空气或真空中的传播速度慢 1.5 倍。随着折射率的增加，介质中的光速降低。你可以在这个网站上https://refractiveindex.info/ 找到我们之前提到的相关资料的 IOR 的实际信息。
折射率越大，光线偏折也大。
与 GLOSSY 相同的通道就不研究了。
1、REFLECTION： 确定表面反射强度。按照能量守恒，较低的值反射量少，但增加了通过物体传输光的能力。通过使用这个参数，可以控制镜面上的反射强度。大多数透射物体，其面都有反射，这取决于表面特性。换句话说，这些表面同时具有反射性和透射性。
REFLECTION 反射通道 = 0，没有反射，光线全部透射并进入了物体，不现实。
REFLECTION 反射通道 = 0.866044 有反射有折射。
模拟微表面粗糙效果，如要创建一个半透明的塑料外观，粗糙度通道值大于 0 的值。
2、DISPERSION 色散： 发出由所有可见波长组成的白光，遇到折射率非常大的媒介时，这些不同波长、不同颜色的光，因为每种可见波长的折射率略有不同，就会分散并彼此分离。这叫做 “光色散”。例如，透明玻璃的红光折射率约为 1.50，而蓝光折射率约为 1.51。事实上，对于大多数材料来说，光的波长越小，折射率就越大，这意味着波长越小的光比波长越大的光弯曲得更大。增加此值将增加在对象传输和焦散中的着色量和色散。
白色光是由无数颜色的光组成
增加了色散效果的茶壶。
3、INDEX 折射率： 增加 IOR 值时，一是光线在介质传输的速度越慢。二是光线在该介质偏折就越大。真空的折射率 (IOR) 是 1，水的 IOR 是 1.33，这意味着光在真空中的传播速度是水的 1.33 倍。
4、TRANSMISSION 传输： 控制光线通过透明表面的方式。透射和折射率紧密配合以控制表面透明度，透射接受颜色或纹理输入。用这个通道制作有颜色玻璃。
TRANSMISSION =1 或白色，表示所有光线全部通过。
只有指定颜色的光通过，其他被吸收了。
5、FAKE SHADOWS假阴影： 它是一个布尔值。当启用时，它的透明特性允许光线照亮封闭的空间。以其透明的特性展示建筑玻璃的特性，如果你想要透明材质的真实阴影，可以关闭这个选项。
FAKE SHADOW 关闭
FAKE SHADOW 开启。
6、Medium： 媒介。我这里不想研究了，等到后面专门一篇研究之。
【折射问题】
1、如何增加玻璃透明度？
为瓶子赋予玻璃材质，但感觉内部的粒子发暗。
把玻璃材质 FAKE SHADOW 开启，光线透射进来，照亮内部的粒子。
2、如何得到透明焦散？上面说道了反射焦散，下面研究一下，光透过透明物体汇聚在一起的现象。
1、注意看两个玻璃球，按照物理规律，在地面上应该显示焦散现象。
2、更换渲染引擎为 PATHREACING 和 PMC。
3、再次渲染就会发现有焦散现象了。如果要得到明显的焦散效果，一是光源很亮，二是光源面积很小。
3、AFFECT ALPHA? 这个选项允许折射影响 alpha 通道，只要您在内核设置中启用 alpha 通道。
1、在 OC 设置中打开 ALPHA CHANNEL 总开关。
2、这是没有打开渲染的效果。玻璃不透明。
3、打开以后，玻璃透明。便于合成。
4、TRANSMISSION 传输 与 OPACITY 不透明区别？
TRANSMISSION 传输与 OPACITY 不透明（阿尔法）
TRANSMISSION 传输与 OPACITY 不透明度不同：前者传输控制透明度，而后者不透明度控制表面可见性。
TRANSMISSION 载入条纹位图。
OPACITY 载入条纹位图
前者贴图控制什么地方更透明，后者位图直接挖去。
【后记】
1、总的来说，OC 渲染器基本材质中，DIFFUSE 渲染速度最快，场景中模型材质都是 DIFFUSE 材质时候，我的 K2000 2G 显卡渲染时，普遍温度不超过 60 度，基本都在 56 度左右。其次是 GLOSSY 材质，渲染时，基本都在 67 度左右。当我写 SPECULAR 材质，渲染范例时候，显卡的温度基本都在 77 度左右，我非常害怕我的显卡要被烧掉。所以，后边的插图基本上都有噪点，我不能为了写文章把我的显卡废掉啊！所以，为了提高渲染速度，你在优化场景的时候，选择材质是不是要考虑一下呢？
2、OC 渲染器学习笔记，目前已经写了五篇了。我可以说非常用心在写。读过我写的《THEA 渲染器学习笔记》的网友，一定会有收获，因为二者有些原理相同，你可以对比参考学习。THEA 渲染器也算简单，但其材质设置非常复杂，携带的渲染引擎也很多，又有大量的在线材质库，厂家显然很友好，给的很多，但就是不火。OC 渲染器就是简单，材质简单、设置简单、效率很高。如果你要投身 OC，我必须提醒你一句，必须有一块好显卡才能体现出来。我用 K2000 2G 渲染与用两块 GTX1080 TI 11G 渲染，那个感觉一个在地下，一个在天上。如果你的显卡一般般，OC 也不会太高效，你还不如使用 THEA 的 PRESTO 双引擎，借助 CPU+GPU 共同的计算力量提升你的效率呢。
3、有些网友不看我以前写的文章，总问他的 AMD 显卡是否支持 OC 渲染器，苹果笔记本能否用 OC。我都说了十多遍了：不支持！不要再问我了。
4、OC3.07 渲染器的 GLOSSY 材质模拟金属材质，个人认为不准确，应该像 THEA 渲染器那样用折射率和消光系数来描述。它没有各向异性设置。果不其然，在 OC3.08 和 OC4.O 增加了金属材质，多了几个反射算法，也补上了各向异性的通道。其实，没有也不是没有办法。动动脑筋可以模拟出来。下一篇我们将研究 MIX 混合材质，就能模拟很多基础材质单独无法做出的效果，MIX 能干很多事！
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