Ray渲染进阶之路①——基于物理的渲染(Physically Based Rendering)流程简述
灼娆
2018年04月07日 16:02

1、前言

    本教程针对对ray基础操作熟悉的用户。教程中不会对ray的各种功能进行解释,如果遇到不明白的地方请查阅其他教程。

    本人水平有限,学习也是自学野路子,难免有疏漏,如果有错误请在评论中指出。

 

2、基于物理的渲染(PBR)简述

    PBR的思路很简单,使用接近真实的物理属性来描述材质属性,并且在各种光照环境下都有不错的表现。

    优势在于流程更加简单易于理解,并且在复杂的变化光照环境中都有不错的表现。

    一个简单的例子,“一块金属”,比“一块高光为xxxx(图像信息),表面颜色为xxx(图像信息)的物体”更容易让人想象材质究竟是什么样子。(当然,金属的特征并不是高光)

     (为什么ray默认不使用spa?因为spa贴图就是在性能不足的情况下模拟高光效果使用的,ray自己就有比较真实高光效果,所以不太需要spa,spa在ray渲染环境下的使用,更多的是提供一些非真实的特殊效果,例如丝袜,头发)。

3、流程

    PBR流程在我的理解中,是打光、材质、镜头的结合,灵活使用三者的配合,来实现心目中的效果

    每一项单独拆开,大家其实大多都很熟悉,但是PBR流程的思想中,这三者是共同作用的。

Part1.打光

Lighting

Lighting

    地面材质相同,2种光照下,体现出的效果完全不同。

    很多人闷头改材质,但是忽视了其实材质看上去什么样,光照才是重点,因为材质的大部分属性其实都是通过对光线的不同作用来体现的。

 

    我带来的另一种思考是,k光照改善不良好的表现。因为很多动作其实有转身,镜头也有各种角度,你的一个光照并不一定能适用所有情况。

 

如果不k光照。人物转身,阴影很难看。

如果不k光照。人物转身,产生的阴影很难看

修正后。

修正后

    不是每一个镜头都需要修正,说到底是基于自己的审美的,你觉得那些标志性pose或者说分镜,需要集中体现的,就可以对这个镜头的各种参数进行一定的优化。

(在我的寄明月视频中,正面镜头和背面镜头光照是2种,每次切换镜头我都会修改。)

 

Par2.材质

        很多新手沉迷修改材质,各种套套,改改,其实并不是正确的做法。

        材质系统上,需要做到2步。

        1、理解每个属性的基本物理原理和它的表现(包括不同光照条件下的变化)。

        2、思考你需要的材质属性,并且调整出来。

        最重要的不是怎么调,而是你想要什么,闷头瞎调是没用的,多思考什么样的材质效果是你需要的。所以我个人是不太赞同,ray渲配方,这种东西的(其他非pbr的话,配方是很有用的)。不过新手阶段可以先模仿一下,练练手,熟悉操作。

         (一个著名的误解就是cloth.fx,除开法线,这个材质的核心效果其实是边缘高光,更加接近丝绸而不是常见的衣服布料)

        具体参数的作用我这里不讲,你们下载的1.5以上版本中都有中文文档。

说几个大多数人不太知道的东西

一、遵循能量守恒 漫反射光线+镜面反射光线+金属度吸收光线=入射光线

        光滑度就是用来调节漫反射和镜面反射比例的。(当然这里不考虑半透明问题。)

二、金属度除了变得更像金属,吸收更多光线以外,还有一个重要作用,适当添加金属度,可以让材质看上去更“脏、暗”,也就是更加真实。这一点在比较复杂的hdr照明中尤其适用(time of day/night/其他复杂hdr贴图)。

三、光滑度贴图可以提供比法线贴图更细节的材质表面。

四、除了法线贴图以外,其他贴图大多是纯白点的数值为1 纯黑点为0,并且直接符合uv的。包括很不常用的湿度贴图。

face

+

某种贴图

假设下方是光滑度贴图,那么对脸部使用这个光滑度贴图效果就是 脸上半部分光滑度为0,下半部分光滑度为1.

应用举例

 

衣服和丝袜湿漉漉的效果,就是法线贴图配合光滑度和金属度+打光实现的。

(恕我直言,愿意去开发这些实用效果的人实在太少了……)

这里再强调一遍打光、材质、镜头三者的整体思考。

 

 

Part3.镜头

镜头的角度

 

还是同样的场景,90度去观察的时候,地板看上去就会大变样。

这里和打光中的原理相同。

选择合适的镜头,或者自己对镜头进行一定的修正,对于视频质量提升极大。

样例

 

这个开头是原镜头中没有的。歌曲为寄明月,可以说很应景了。

 

镜头的远近

镜头的远近并不会影响材质属性,但是对于观众的观感而言,近镜头多的情况下,你就需要添加更多的材质细节,来避免看上去很平庸、很假。

 

普通的材质(清漆)

普通的材质(清漆)

添加细节后材质

 添加细节后材质(法线贴图、光滑度贴图、金属度、光滑度)

    这一点其实更加偏向材质部分,但是我也说了——结合,这就是材质与镜头的结合,近镜头需要更多得当的细节。

 

    那么大量远镜头呢?远镜头需要更夸张、明显的效果,有时候甚至是牺牲细节的。如果足够有耐心,可以对不同的分镜进行不同的参数设定。灵活利用材质控制器和后期剪辑来达到效果。

    这里留作作业吧,自己思考下远镜头想要材质看上去更好需要怎么设计。

(这里讲解的主要是ray+偏写实,与2d渲染等是不同的)

 

附录:

有用的工具

PhotoshopCC 2018 简单制作包括法线在内各种pbr材质贴图。

Substance Painter/Substance Designer 更加专业的贴图制作工具,前者适合手绘,后者适合程序生成贴图。另外也带有庞大的素材库。