浅谈3D效果图中透明材质的制作

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  【摘要】三维效果图制作中,透明材质由于涉及的参数繁多,参数设置不易理解,并且采用不同材质类型制作效果差别很大,文章采用几个例子,比对材质编辑器中不同的材质类型的优劣,对透明材质的制作由简到繁作了一些分析,对重要的参数作了较详细的说明。
  【关键词】透明材质;反射;折射;光线跟踪
  【中图分类号】TU2【文献标识】A
  【文章编号】1671-5969(2007)02-0136-03
  
  在学习3DSMAX效果图制作过程中,透明材质的制作是一个难点,如各种形状的玻璃家具、玻璃及塑料器皿、液体等,透明物件的表面性状、曲率、厚薄、通光性、滤色性、对光线的反射率、折射率、投射阴影的特殊性等等,对制作效果都有明显的影响。因此要求制作者对3DSMAX的材质编辑器中各个参数理解十分透彻,才能够将透明物件的各种性状特点,通过各参数的设置,准确地反映出来,使效果图更加接近真实的效果。
  本文拟通过透明物件制作的几个例子,对材质编辑器中的有关参数作一些分析。
  
  一、气泡
  
  气泡材质是透明材质中较具典型性而制作又较简单的材质。气泡的特性有如下几点:表面光滑、反光较强烈、透明度大,而透明度因光线折射的原因由中间向边缘逐步衰减。由于气泡壁很薄,透明度较大,其对光线的折射、外部环境在气泡上反射的影像、以及光线透过气泡在地面上投射的阴影都可以忽略,因此在该材质的制作中,只需设置好反光和透明度衰减就可以有相当好的效果。材质设置如下:
  1.首先将Shader Basic Parameter(着色处理基本参数)设置为“Phong”(多面);
  2.设置反光强度和光斑的大小:
  将Specular level(高光)设为150;将Glossiness(光泽)设为30,(高光决定反光的强度,光泽决定光斑的大小);
  3.设置透明度:将Opacity(不透明度)设为60,(不透明度为100时,材质不透明,设为0时,材质全透明);
  4.设置透明度衰减:打开Extended Parameter(扩展参数)对话框,在Advance Transparency(高级透明)中,将Falloff(衰减)钩选为“in” (in为从里向外衰减,out为从外向里衰减),Amt(衰减量)设为100;
  5.设置滤色特性:在Type(形式)中,钩选“Filter”(过滤器),并为其设置一个浅灰色。
  设置就大体完成了,见图1(文中未涉及的参数保持默认值,下同)。
  


  如果想令效果更真实,可在Photoshop中做一张薄膜干涉图样的七彩条纹贴图(如图2),贴在Diffuse(漫反射)上,Amount(贴图强度)10~20即可。效果如图3:
  


  在本例中,我们可以看到,调整“不透明度”参数时,材质的透明度是整体均匀地改变的,而“高级透明”中,改变“衰减”方式(in或out)以及“衰减量”,可以将材质的透明度设置为由里向外或由外向里衰减,产生的柔和的透明度变化,更接近真实的效果。通过“过滤器”的颜色设置,还可设置材质的滤色性。因此,在做类似物件的简单透明贴图时,可将“高级透明”中的“衰减”作为主要参数设置,将“不透明度”作为辅助参数,较容易得到满意的效果,材质设置也显得较容易。
  本材质的设置,对光线的折射参数、反射参数以及滤色设置都作了忽略,这只是透明材质的一个特例,实际应用中,绝大多数透明材质对以上参数要求是很高的,如以下提到的例子。
  
  二、平板玻璃
  
  以一张玻璃餐桌作例子,桌面用的玻璃较厚,从侧面看,经玻璃桌面过滤的光为绿色光,水平方向色彩较重,垂直方向色彩较淡。玻璃表面平滑,反光,光线透过玻璃投射在地面的阴影较淡。
  制作一种材质,可以采用的设置方法很多,本文尝试用几种设置方法,对设置效果作一个对比。
  (一)反射着色方式
  


  材质编辑器中默认的材质类型是标准材质(Standard),是最基本的材质类型,用于制作透明物件的材质虽有一定的局限性,但仔细对各参数进行调整,仍可做出仿真度颇高的贴图。而且熟悉标准材质的设置,有助于对各参数的理解。
  材质设置如下:
  1.选择处理方式:将Shader Basic Parameter(着色处理基本参数)设置为“Blinn”(反射);
  2.设置表面光泽及高光:Ambient(环境反射光)、 Diffuse(漫反射)及Specular(高光)均保持为默认颜色;将Specular level(高光)设为100;将Glossiness(光泽)设为40;
  3.设置透明度:将Opacity(不透明度)设为30;
  4.设置透明度衰减及滤色特性:打开Extended Parameter(扩展参数)对话框,在Advance Transparency(高级透明)中,将Falloff(衰减)钩选为“in”,Amt(衰减量)设为100;在Type(形式)中,钩选“Filter”(过滤器),并为其设置一个较深的绿色。将Index of Refraction(折射指数)设为1.5;
  5.设置反光特性:为Reflection(反射)选项加入一Flat mirror(平面镜)贴图,钩选“Apply to faces with ID:1”,将Amount(贴图强度)设为30。
  将材质赋予餐桌面,根据反光及透光的情况,适当调整灯光的位置、亮度及阴影参数,配合“高光”及“光泽”参数的调整,使效果达到最佳。如图4:
  本设置中,Diffuse(漫反射)的默认颜色是浅灰色,其灰度的深浅决定玻璃的明暗程度。高光和光泽数值的大小与灯光的位置及亮度有关,应根据物件表面反光的程度进行调整。
  从渲染结果可以看到,玻璃截面对光线的折射和颜色过滤模拟得不理想。
  (二)金属着色方式
  尝试其他处理方式,可以得到更好的效果。材质设置如下:
  1.选择处理方式:将Shader Basic Parameter(着色处理基本参数)设置为Metal(金属),钩选2-side(双面);
  2.设置表面光泽及高光:为Ambient(环境反射光)、Diffuse(漫反射)选一浅灰色;将Specular level(高光)设为50;将Glossiness(光泽)设为50;
  3. 设置透明度衰减:为Opacity(不透明度)选项加入一“Falloff”(衰减)贴图(图5),将其中的“Falloff Type”(衰减类型)选为“Fresnel”(变为纯色);并将Mix Curve(混合曲线)调整成如图6的形状;
  


  4.设置滤色特性:打开Extended Parameter(扩展参数)对话框,在Advance Transparency(高级透明)中,将Type(形式)钩选“Filter”(过滤器),并为其设置一个较深的绿色。将Index of Refraction设为1.5;(透明度衰减在上一步已经设置,这里无需重复设置,因此Falloff Amt 保持默认值 0)。
  5.设置反射及折射特性:为Refraction(折射)选项加入Raytrace(光线跟踪)贴图,将贴图强度设为20。
  设置完成,调整灯光设置后渲染结果,如图7:
  


  在折射选项中加入光线跟踪贴图后,玻璃截面的折射大体模拟出来了,而且玻璃表面的反光效果也有了。通过调整混合曲线的形状,使玻璃侧面过滤出较顶面更深的绿色。
  使用Metal(金属)处理方式的优点是可将玻璃表面的反射光模拟得更为强烈,缺点是如果需要改变Diffuse(漫反射)的颜色时,反射的高光会同时改变颜色。因此在设置时,避免了通过Diffuse着色,而使用Filter(过滤器)着色,使反射的高光保持白色。
  同样在标准材质(Standard)类型中,可以在“着色处理基本参数”(Shader Basic Parameter)中将Metal或Blinn换成Translucent shader(透明着色),但这种材质处理方式在加入光线跟踪贴图时,渲染时间变得很长,而效果也没有太多改善。
  (三)使用光线跟踪材质
  3dsmax为了模拟出更逼真的透明材质,开发出Raytrace(光线跟踪)材质类型(注意:与前面提到的光线跟踪贴图不是同一个概念),设置更简明,效果更真实。同样是这张餐桌,用光线跟踪材质做出的效果,可以做一个清楚的对比。
  材质设置如下:
  1.首先将Standard(标准材质)更换为Raytrace(光线跟踪材质),
  


  


  2.将Shading(着色处理)设置为Phong(多面);
  3.设置玻璃的基本颜色:为Diffues(漫反射)设置R:0,G:200,B:50的一个鲜艳的绿色;
  4.设置玻璃的透明度:为Transparency(透明度)设置R:200,G:230,B:190的一个淡淡的绿色;
  5.设置玻璃的反射特性:为Reflect(反射)设置一个Flat mirror(平面镜)贴图,并将贴图强度设为50;
  6.设置玻璃的折射特性:将Index of Refr(折射指数)设为2;
  7.设置玻璃的高光特性:将Specular level设为160;Glossines设为40;
  设置完成,渲染结果如图9:
  与图4比较,明显看出,光线跟踪材质比标准材质做出来的透明材质更加真实,尤其是光线经过折射后在玻璃的截面透射出来,效果更接近实物。在透明材质制作中,光线跟踪材质经常会被采用,其质感好,通透感强,并且制作简单。
  与标准材质相比,Transparency(透明度)取代了Opacity不透明度参数,并且透明度有数值设置和颜色设置两种方式。由于光线跟踪材质类型是专门用于制作透明材质的,折射作为隐含的默认项目,新增了折射指数,用以设定折射率的大小。
  在基本着色处理方式选项,可选择Phong、Blinn、Metal等等,在本例中,选择Metal处理方式效果会更好一些。
  玻璃幕墙的材质设置方法与平面玻璃(如餐桌面)的设置方法一样,假如需要做雕花的玻璃幕墙的话,可选择一黑白或对比度较大的雕花图案(如图10),贴在Bump(凹凸)选项上,Amount(贴图强度)的大小决定凹凸的深浅,并且该数值可设定为负值,产生凸出的效果。图11是两种雕花玻璃的例子:
  


  
  三、玻璃容器及透明液体
  
  容器的特性是外形多为弧形曲线,壁厚比较小,对光线有一定的折射,加入透明液体后,透明液体形成半球形或柱体形状,光线经过这些物件产生的折射更大,而且液体往往有颜色,透射的光线被过滤,因而透射的阴影与液体的颜色相同。
  使用标准材质做玻璃容器的材质时,除与上两例大体接近的参数设置外,还须在折射(Refraction)选项上加入Thin Wall Refraction(薄壁折射)贴图,在出现的对话框中,为Thickness Offset(壁厚偏移)设置一个数值,数值不同时,折射光的成像区别很大,需耐心地调整,直到成像满意;做液体材质时须在折射(Refraction)选项上加入Reflect/Refract(折射/反射)贴图,使液体中折射出背景的影像。
  以下着重介绍光线跟踪材质类型的设置:
  (一)容器(酒瓶)材质的设置
  首先将Standard(标准材质)更换为Raytrace(光线跟踪材质);
  1.设置容器的高光特性:将Specular level设为200;Glossines设为40;
  2.设置容器的反射特性:为Reflect(反射)设置一个Falloff(衰减)贴图,将Falloff type(衰减类型)改为Fresnel(纯色),贴图强度设为100;
  3.设置容器的透明度:为Transparency(透明度)设置R:255,G:255,B:255的一个纯白色;
  4.设置容器的折射特性:将Index of Refr(折射指数)设为1.05。
  容器的材质就设置好了
  (二)红色液体(酒瓶里的液体)材质的设置
  同样将Standard(标准材质)更换为Raytrace(光线跟踪材质);
  1.设置液体的高光特性:将Specular level设为250;Glossines设为80;
  2.设置液体的反射特性:为Reflect(反射)设置一个Falloff(衰减)贴图,将Falloff type(衰减类型)改为Fresnel(纯色),贴图强度设为100;
  3.设置液体的透明度及颜色:为Transparency(透明度)设置R:255,G:0,B:0的一个纯红色 ;打开Extended Parameter(扩展参数)对话框,在Special Effect(特殊效果)栏,为Extra lighting(额外灯光)和Fluorescence(荧光)分别设置一个R:255,G:0,B:0的一个纯红色;
  4.设置液体的折射特性:将Index of Refr(折射指数)设为1.3。
  液体的材质就设置好了。分别将材质赋予容器和液体,渲染结果如图12:
  对以上设置,需作几点说明:
  


  1.Transparency(透明度)决定材质的透明度,调整Transparency的灰度等级,可调整材质透明度的等级,如纯白色时,材质为全透明,设置为黑色时,材质为不透明,也可以不钩选该选项(将小框中的勾去掉,以上框变成数字选项)这时可以百分比数值直接输入调整其透明度。假如材质需要有特定颜色的滤色效果,也可以在此颜色框里设置相应的颜色,此时颜色的明亮程度会影响材质的透明度,明亮程度越大,透明度越大,同时Diffuse(表面色)对材质的性状也有影响,在本例液体设置中,可将表面色设为黑色,而通过“额外灯光”及“荧光”指标对颜色效果进行修正。
  2.Index of Refr(折射指数)设定材质的折射率,透明物件的折射与其形状、密度等指标有关,要将物件模拟得真实,须对这些物件相应的物理特性有一定的了解。如本例中瓶子里的液体与杯子里的液体由于形状不同,所使用的折射率也不同,同样,瓶子和杯子厚度不同,折射率也不同。
  3.调整Reflect的灰度来控制材质的反射,在本例的设置中为该参数设置了一个Falloff贴图,这样可将反光模拟得更真实,过渡更自然柔和,若没有这个贴图,设置为白色,反光最强烈,黑色时无反光,假如为其设置一特定的颜色,则物件上的反光也呈相应的颜色。
  制作玻璃及液体类的透明材质时,周围环境如桌面、背景等对最终的效果影响极大,环境的色彩及明暗程度,直接在物件的折射和反射中体现出来。另外,灯光的设置同样对最终效果起着决定性的作用,因此,须对光线跟踪材质及灯光的运用有进一步的了解,才能做出更逼真的效果。
  在有些渲染器插件中,会带有材质,如Brazil r/s渲染器中的Brazil glass就是十分优秀的透明材质,尤其是反映光线经过透明物件折射后投影在地面的光影,十分逼真,值得向读者推荐。
  3DSMAX中透明材质的设置方法很多,不能一一列举。以上数例,旨在将有关参数的基本含义作一个简要的分析。多摸索,多尝试,不难绘出精彩的效果图。
  
  【参考文献】
  [1]叶洪波,王琦编著.3ds max 室内效果图风暴[M].兵器工业出版社,2004.
  [2]白洁,王悦编著.3dsmax 5/Photoshop 7 建筑效果图完全实战[M].海洋出版社,2004.
  [3]高志清,宋雪岩编著.3ds max R3 效果图制作培训教程[M].人民邮电出版社,2000.
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