Hiểu về tính kim loại, V-Ray đóng vai trò gì?

Tầm quan trọng của tính kim loại (metalness) và lý do tại sao chúng tôi đã thêm thông số Metalness vào vật liệu tiêu chuẩn V-Ray để hỗ trợ tốt hơn quy trình làm việc PBR trong V-Ray Next.

Thuật ngữ "Kết xuất dựa trên vật lý" - hoặc PBR - bản thân nó ngụ ý rằng định nghĩa vật liệu được sử dụng trong PBR dựa trên vật lý thực tế. Một số người cũng đã giải thích điều này có nghĩa là các mô hình đổ bóng khác không dựa trên vật lý thực tế; điều đó là sai.

Trong khi các mô hình đổ bóng kết xuất thời gian thực không nhất thiết phải dựa trên vật lý thực, các công cụ theo dõi tia khác, chẳng hạn như V-Ray, luôn dựa trên vật lý. Do đó, các mô hình đổ bóng PBR trở nên rất phổ biến để kết xuất thời gian thực vì hai lý do cơ bản:

1. Nó thực sự dựa trên thể chất.
2. Nó đòi hỏi ít biến hơn - và do đó là bản đồ kết cấu - để xác định một vật liệu.

Vì tài nguyên bộ nhớ đang ở mức cao trong ngành công nghiệp trò chơi, mô hình PBR chắc chắn đã trở nên rất phổ biến và rất tháo vát.

Sự khác biệt chính mà mô hình đổ bóng PBR có so với các mô hình đổ bóng dựa trên vật lý khác, chẳng hạn như mô hình được sử dụng bởi V-Ray, là cách nó mô tả phản xạ. Hầu hết mọi người biết điều này là sự bổ sung của một biến gọi là "độ kim loại". Nếu bạn nhìn vào hầu hết các cuốn sách vật lý, bạn sẽ không thấy bất kỳ mô tả nào về vật liệu bởi "tính kim loại" của nó. Vì vậy, chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một chút ý nghĩa của thuật ngữ này.

Về kim loại

Trên thực tế, có sự khác biệt giữa hai loại vật liệu khác nhau: điện môi và dẫn điện. Vật liệu điện môi là chất cách điện và vật liệu dẫn điện dẫn điện. Ví dụ về vật liệu điện môi bao gồm thủy tinh, nhựa, gỗ, gốm, da, v.v. Ví dụ về vật liệu dẫn điện bao gồm thép, đồng, vàng - nói cách khác: kim loại.

Điện môi

Dẫn điện

Trong vật lý, vật liệu dẫn điện có tính chất phản chiếu khác nhau, đó là lý do tại sao hầu hết mọi người thấy chúng rất phản chiếu mà không có đặc tính Diffuse. Nếu trình kết xuất của bạn dựa trên các đặc tính điện môi thì kim loại thường được giải thích bằng cách loại bỏ Diffuse và tạo cho shader một giá trị fresnel cao - thường cao hơn nhiều so với những gì bạn sẽ thấy trong một cuốn sách vật lý (sẽ nói thêm về điều đó sau).

Khi các vật liệu dẫn điện được thêm vào như một tùy chọn trong các bộ đổ bóng, điều này có thể giúp mọi người dễ dàng đại diện cho kim loại hơn. Điều có thể gây nhầm lẫn là một vật liệu có tính điện môi hoặc dẫn điện; không có trạng thái ở giữa. Thuật ngữ kim loại, và thực tế là nó là một biến từ 0 đến 1 thay vì trạng thái 0 hoặc 1, ngụ ý rằng có các mức độ kim loại khác nhau. Trong thế giới thực, không có. Nhiều người sử dụng PBR tin rằng việc kiểm soát độ phản xạ của một vật thể đều phải được thực hiện thông qua các giá trị kim loại từ 0 đến 1 và giá trị Chỉ số khúc xạ (IOR) là hằng số cho tất cả các vật liệu; điều này không chính xác về mặt vật lý. Các vật liệu khác nhau có giá trị IOR khác nhau và vật liệu có tính điện môi hoặc dẫn điện.

PBR, trò chơi điện tử và Substance Designer

PBR đã trở nên rất phổ biến trong thế giới kết xuất thời gian thực với các công cụ như Unity và Unreal, và do đó là ngành công nghiệp trò chơi điện tử. Một công cụ khác được ngành công nghiệp này chấp nhận là Allegorithmic's Substance Designer. Chất cho phép các nghệ sĩ vẽ bản đồ phù hợp với bóng PBR và bao gồm bản đồ kim loại.

Tuy nhiên, Substance không chỉ phổ biến đối với các nhà thiết kế game. Nó cũng đang được sử dụng trong arch viz, VFX và các ngành công nghiệp khác thực hiện kết xuất CG với các công cụ như V-Ray. Do đó, nhiều người trong số những người dùng đó muốn sử dụng các bản đồ đó với V-Ray. Vì vậy, trong V-Ray Next, chúng tôi quyết định đưa thông số Metalness vào vật liệu tiêu chuẩn V-Ray của mình để hỗ trợ tốt hơn quy trình làm việc PBR.

Quy trình PBR của bạn

Bây giờ chúng tôi đã xác định rằng bạn nên coi kim loại nhiều hơn là trạng thái bật hoặc tắt, hãy xem cách làm cho vật liệu hoạt động. Khi tạo ra một vật liệu điện môi, màu Diffuse kiểm soát phần Lambertian của bóng râm và sự phản chiếu được kiểm soát bởi một số biến: Màu phản xạ như một hệ số nhân của phản xạ tổng thể; IOR cho tỷ lệ phản xạ trên các bình thường hướng về phía trước, so với các bình thường liếc (còn được gọi là Fresnel); và Glossiness (hoặc độ nhám nghịch đảo của nó) cho tổng lượng tán xạ, tùy thuộc vào mô hình BRDF bạn chọn.

Khi chuyển sang vật liệu kim loại, được thực hiện bằng cách tạo giá trị Kim loại 1, các biến có ý nghĩa khác nhau:

• Vì không có màu Diffuse trong kim loại, màu Diffuse trở thành màu được gọi là màu cơ bản - hoặc màu albedo.
• Hình ảnh phản chiếu nên được đặt thành màu trắng để có được độ phản xạ và bảo tồn năng lượng thích hợp; Nếu không có điều này, góc nhìn sẽ không bao giờ phản chiếu 100% - điều mà nó phải như vậy.
• Bao nhiêu phản xạ đó được pha trộn trong vẫn được kiểm soát bởi cùng một giá trị IOR của hiệu ứng Fresnel; Bạn sẽ nhận thấy điều này bây giờ có một hiệu ứng rất tinh tế vì toàn bộ vật liệu về cơ bản là phản chiếu - như thể bạn đang pha trộn hai hình ảnh phản chiếu khác nhau với nhau.
• Glossiness kiểm soát độ sáng bóng của nó; tuy nhiên, nếu bạn sử dụng bản đồ độ nhám thay thế (chẳng hạn như những gì Substance làm), bạn có thể chuyển đổi vật liệu V-Ray của mình sang sử dụng độ nhám - đó là nghịch đảo của Glossiness.

Dưới đây là một số ví dụ

Bây giờ chúng ta đã có một ý tưởng chung về cách hoạt động của kim loại, chúng ta hãy xem xét một vài ví dụ và cài đặt của chúng:

Diffuse 255.255.255; Reflection 255.255.255; Glossiness 1; IOR 1,5 ·

Diffuse 0,0,0; Reflection 255.255.255; Glossiness 1; IOR 1,5.

Diffuse 0,0,0; Reflection 255.255.255; Glossiness 1; IOR 2 ·

Diffuse 243.201.104 (vàng); Reflection 255.255.255; Glossiness 1; IOR 1,35.

Diffuse 46,46,46 (18% màu xám); Reflection 255.255.255; Glossiness 0,6; IOR 1,5.

Chỉ số khúc xạ

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, IOR vẫn đóng một vai trò quan trọng khi tạo ra một vật liệu dựa trên vật lý. Do đó, chúng ta vẫn cần coi đây là một phần của shader. Trên thực tế, trang web RefractiveIndex.info là một nguồn tài nguyên tuyệt vời để hiểu IOR thích hợp của các tài liệu khác nhau. Tuy nhiên, việc nhập những con số đó vào bộ đổ bóng V-Ray sẽ không khớp chính xác. Như vậy, Vlado đã tạo ra biểu đồ này để giúp bản dịch dễ dàng hơn:

Bản đồ kết cấu kim loại

Như chúng tôi đã đề cập trước đây, nhiều người dùng có thể sẽ có xu hướng sử dụng tham số Metalness hơn vì đó là những bản đồ mà họ có. Vì vậy, bản đồ kết cấu Metalness giống như một mặt nạ giữa hai loại vật liệu khác nhau: điện môi hoặc dẫn điện. Ví dụ sau đây cho thấy cách chúng ta có thể nhận được hai vật liệu khác nhau: một vật liệu có độ kim loại và được đặt thành 1; cái còn lại được đặt thành 0 bằng Substance Designer.

Bạn sẽ thấy rằng về cơ bản chúng ta có thể tạo ra hai vật liệu khác nhau bằng cách sử dụng một bộ đổ bóng duy nhất và ít bản đồ hơn: màu cơ bản, độ kim loại, độ bình thường và độ nhám.

Vật liệu PBR rất phổ biến và cho phép mọi người sử dụng kết cấu trong nhiều loại trình kết xuất khác nhau, đặc biệt là các giải pháp kết xuất thời gian thực. Tuy nhiên, nhiều người dùng cũng muốn tiếp tục sử dụng các kết cấu đó với V-Ray. Bằng cách thêm biến Metalness vào vật liệu V-Ray tiêu chuẩn bên trong V-Ray Next, người dùng có thể tiếp tục quy trình làm việc PBR của họ mà không cần phải sử dụng một shader hoàn toàn mới.