渲染原理:物质的光学特性汇总-1,初中物理都学过的,都丢给老师了。。。

综合资料 Mr.R 1年前 (2017-10-27) 1270次浏览 已收录 0个评论 扫描二维码

渲染是三维设计中永远绕不开的话题,然而光的表现,在整个场景中起到至关重要的作用,玩过摄影的童鞋应该都了解光的重要性!

举个最简单的栗子:就算你材质调节的非常完美、无懈可击,然后没有光,一片漆黑,又有卵用!~

当然想要打好光,我们就要了解光在我们日常生活中是如何运作的,他的特性有那些呢?

 

首先说点题外话,随着现代科学越来越发达,以前很多对光的认知早已经发生了改变,

我们小学都知道,光是以直线传播的?非也!光速是恒定且匀速的?非也!

还有过去物理学认为粒子是粒子,波是波,是两种不同的东西。

但是最新研究发现光既有粒子属性,又有波的属性,于是有了波粒二象性。

 

说远了,这里我们说的是渲染与物理光学特性相关的东西,

 

1、折射 :

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光从一种介质斜射入另一种介质时,传播方向发生改变,从而使光线在不同介质的交界处发生偏折。这个小学就学过的,是吧?

折射率,光在真空中的传播速度与光在该介质中的传播速度之比。材料的折射率越高,使入射光发生折射的能力越强。

在研究玻璃材质:C4D 渲染基础 2 – 透明玻璃材质 里面预设了很多折射率,也就是说物理材质的折射率都是固定可测的,

但是实际渲染的时候,我们可以使用这个标准值,但是得到的效果并非和物理材质是一样的。

为什么会这样呢?通常我们在折射率表上查到的各种介质“固定的”折射率是指“钠黄光”(波长大概是 5893 埃,埃等于十的负十次方米)的数据。

SO , 不必深究,不必较真,了解就好!

双折射:(birefringence)是指一条入射光线产生两条折射光线的现象 。双折射是光束入射到各向异性的晶体,分解为两束光而沿不同方向折射的现象。

透射:当光入射到透明或半透明材料表面时,一部分被反射,一部分被吸收,还有一部分可以透射过去。透射是入射光经过折射穿过物体后的出射现象。被透射的物体为透明体或半透明体,如玻璃,滤色片等。

 

2、反射

基本定义:光在两种物质分界面上改变传播方向又返回原来物质中的现象,叫做光的反射。
物理定律:
1.在反射现象中,反射光线、入射光线和法线都在同一平面内;
2.反射光线,入射光线分居法线两侧;
3.反射角等于入射角。
(可归纳为:“三线共面,两线分居,两角相等”。)
从一种介质中穿过另一种介质时反射角会发生改变。

 

反射率:又称反射本领,是反射光强度与入射光强度的比值。不同材料的表面具有不同反射率,其数值多以百分数表示,同一材料对不同波长的光可有不同 的反射率,这个现象称为选择反射。(PS:一般在渲染器中这个叫渲染强度)

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镜面反射:镜面反射是指若反射面比较光滑,当平行入射的光线射到这个反射面时,仍会平行地向一个方向反射出来,这种反射就属于镜面反射。

在渲染器中,反射强度为 100%,且表面比较光滑,是可以呈现反射效果。

PS:在渲染器中,我们明明设置的反射,却看不到效果,既然是反射,辣么,你必须给他反射参照物,这样反射表面才会显示出效果啊!!!

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左边和中间的都为表面光滑的立方体,添加 100%反射,呈镜面反射效果,第一个立方体,由于有反射物,

所以表面可以呈现出类似镜子、钛金属反射的效果,

而中间的立方体,没有任何反射物,表面并不能看出是镜面反射的具体材质,

右边的我们增加了 20%的模糊,反射的效果也变得模糊,有点类似磨砂金属材质。

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另外值得注意的是,在材质中我们仅仅开启反射,现在我们将反射降低为 10%,可以看到,物体的颜色其实是黑色的,

而上面的物体,是因为受物体反射率(反射强度)和光照的相互作用而让我们看起来是呈亮色。

 

漫反射:实际上在物理世界中,是没有绝对的 100%光滑的平面,所以镜面反射是相对而言的。

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那么什么漫反射呢?漫反射,是投射在粗糙表面上的光向各个方向反射的现象。当一束平行的入射光线射到粗糙的表面时,表面会把光线向着四面八方反射,所以入射线虽然互相平行,由于各点的法线方向不一致,造成反射光线向不同的方向无规则地反射,这种反射称之为“漫反射”或“漫射”。这种反射的光称为漫射光。很多物体,如植物、墙壁、衣服等,其表面粗看起来似乎是平滑,但用放大镜仔细观察,就会看到其表面是凹凸不平的,所以本来是平行的太阳光被这些表面反射后,弥漫地射向不同方向。多亏了漫反射,才能让我们从不同的角度看到物体的立体形态。

在 C4D 中的漫射设置确实没有专业渲染器强大,但作为快速产品表现,也就不要那么较真了。

 

菲涅尔反射:(Fresnel reflection)“菲涅尔”是一个人的名字,因为他发现了一个有关反射的光学现象。简单的讲,就是视线垂直于表面时,反射较弱,而当视线非垂直表面时,夹角越小,反射越明显。如果看向一个圆球,那圆球中心的反射较弱,靠近边缘较强。不过这种过渡关系会被折射率影响。而在真实世界中,除了金属之外,其它物质均有不同程度的“菲涅尔效应”。

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开启反射–添加反射层,在反射层面板上可以看到菲涅尔层。

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根据上面的设置,左边没有添加菲涅尔反射,中间是金属菲涅尔反射,右边是导体菲涅尔反射,可以看出添加了菲涅尔反射的效果相对来说显得更加真实一些。

在物理世界中,菲涅耳几乎存在 90%的反射现象里面,除了我们平时使用的镜面以外,如果你要调出真实丰富的画面不是应该考虑要不要用菲涅耳,而是要控制好菲涅耳的反射率,总的来说菲涅耳基本是必开的。当然大部分物体都是有固定的

菲涅耳折射率(IOR):如果要获得真实的反射效果,除了激活菲涅尔反射,还必须配合正确的菲涅尔折射率,注意,不同于透明物体的折射率,这里指的是菲涅尔折射率。该参数必须大于 1.01,否则不会获得正确的效果。上图中 显示了采用不同的菲涅尔折射率产生的效果,尤其注意观察,对象的边缘和中间,反射强度之间的变化。

因为菲涅尔折射的资料太少,很多时候设置这个参数还是要靠经验,下面,给出一些常见材质的折射率,可以作为参考。
水:1.33
塑料:1.45
玻璃:1.5~1.8
钻石:2.4
金属:20~100
其他合成材料,如木材、石头、混凝土等:3~6

 

 

 

 

 

 

 

 

 


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