第四單元：材料

主要課程Main Modules

第四課介紹了多種V-Ray材質和紋理

• 材質庫中的材質– 我們會看到如何調整材質庫中的材質來滿足我們的需要
• 新建材質– 我們會演示如何設置最常用的材質，比如塑料金屬玻璃等等。
• 程序紋理– 我們會研究一些V-Ray程序紋理，看看他們怎麼用。
• 置換– 我們會使用置換進一步加強材質的效果
• 導出材質到材質庫– 我們會講解如何保存並再次使用我們創建的材質

每個章節都在視頻中標註出來了。你可以在第四課文件夾中找到同名的場景文件。這有助於你在任意階段開始，都能一直跟著視頻學習。

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下載案例資源和場景

材質庫材質(Library Materials)

V-Ray for Sketchup 自帶種類豐富的材質庫可以直接使用。因為一部分材質使用紋理貼圖，所以用戶有必要手動設置它們的尺寸或者修改平鋪參數，這些在視頻中都有所展示。所有V-Ray 材質庫中的材質都可以進一步編輯，所以我們需要找到接近的材質然後進一步修改它的參數，滿足我們的需求。

新建材質(New Materials)

在這個章節，我們會從零開始使用通用( Generic )材質佈置場景。這是標準的V-Ray材質，可以製作，種類繁多的物理準確的材質質感。你可以使用紋理控制大部分參數，比如漫反射，反射，折射，高光等。也可以添加凹凸和置換貼圖。我們會創建油漆金屬和玻璃，在這個過程中你會看到通用材質參數的使用方法。常用的參數有：

• 漫反射(Diffuse) –這是材質的固有顏色，用來製作沒有反射的質感比如牆面和地毯。要知道現實生活中的大部分材料都會至少有一點點反射
• 反射(Reflect) –指定材質的反射顏色。用於製作反射材質，比如金屬。
• 使用菲涅爾(Use Fresnel) –當勾選這個選項的時候反射程度與我們的視線與物體表面夾角有關。用來模擬表面有透明反射塗層的材質比如塑料或刷了清漆的木材。而且大部分折射材料，比如玻璃，也會有這種反射現象。這個參數產生的結果還和材質折射率– IOR有關係，這是一個物理參數，定義了材質對光線的彎折程度。
• 反射光澤度(Reflection Glossiness) –控制著反射的銳利程度。數值等於1.0意味著完美的鏡面反射。較低的數值，會讓反射畫面變得模糊。
• 折射(Refract) –指定著色的顏色。注意為了製作玻璃材質，你還需要開啟菲涅爾反射(Fresnel reflections)。
• 煙霧顏色( Fog color ) –這個參數指定了物體內部的折射顏色。通過它可以模擬不同厚度的折射物體透明度不同的效果。
• 光澤度(Glossiness) –指定折射的清晰程度。數值等於1.0意味著完美清晰的玻璃折射，數值越低折射越模糊，例如磨砂玻璃。

有些參數比如漫反射( Diffuse ) 反射(Reflect)和折射( Refraction )是使用顏色控制的。一般不要把它們設置為全黑或者全白，因為這是物理不准確的。把漫反射和反射設置為全黑，意味著物體完全不反射光線(只有絕對黑體是這樣)把這個參數設為全白，意味著物體會把全部的光線反彈回來，也是不可能的。另外，如果你把漫反射設置為全白，在使用燈光緩存( Light Cache )計算GI的時候有可能非常慢。你想製作完全亞光的物體的時候，可以使用全黑的反射或者折射。但這個參數永遠不應該是純白色，即使是高反射折射的物體。

自發光( Emissive )材質被用來製作輪廓複雜的自發光物體，例如手機或電視屏幕。材質參數非常直觀，但是需要知道的一點是，它們不會向場景中投射直接光線。這意味著如果我們想用這個物體照明場景，就需要很高的GI參數

• 自發光顏色(Emissive Color) –指定光源的顏色。也可以使用紋理圖。
• 強度(Intensity) –控制燈光的強度。
  
  

雙面材質( Two Sided )用來模擬薄的透光材質，比如紙張，布料，和樹葉。材質的效果在逆光下可見，並且模型是單面的。材質參數非常直觀：

• 正面(Front) –設置物體法線正方向的材質。
• 背面( Back ) –設置物體法線負方向的材質。
• 透明度( Translucency ) –控製材質的透明度。默認這個顏色是黑色(0.0)，意味著只有正面材質可見。把這個值設置接近白色，會讓它更為透明–會看到更多的背面材質。
• 與正面顏色相乘( Multiply By Front ) –當啟用它的時候，透明度數值會與正面材質色彩相乘。

次表面散射(Subsurface Scattering Material)  用來模擬皮膚，蠟，水果等。它含有漫反射，次表面散射，和高光（反射）層。這個材質會很大程度上受到模型尺寸的影響。所以會有一個尺寸( Scale)  參數讓我們調整它的外觀，而不需要修改場景單位。

• 尺寸(Scale)  –讓我們可以調整材質的尺寸，這樣就不需要縮放模型了。增加這個值會加強SSS效果，物體會變得更透明。
• Index of Refraction – 控制著光線進入表面以後彎曲的程度。默認值 1.3 適合以水為基礎的材質，比如皮膚和水果。
• 整體顏色(Overall Color)  –一個全局倍增值，讓我們可以在不調整其他參數的情況下給材質染色。
• 漫反射顏色(Diffuse Color)  –指定材質的漫反射屬性的顏色。
• 漫反射數量(Diffuse Amount)  –這個參數控制著漫反射顏色(Diffuse Color)對材質整體效果的影響程度。當設置為0.0時，漫反射顏色(Diffuse Color)會失效，材質的外觀會由次表面顏色(Subsurface Color)  和  散射顏色(Scatter Color) 控制。
• 次表面顏色(Sub-Surface Color)  –控制著材質表面下方的色彩。
• 散射顏色(Scatter Color)  –控制著材質體積內部散射光的色彩。明度高的色彩會讓材質散射更多的光，材質會看起來更透明，暗的色彩，讓材質看起來更像漫反射。
• 散射半徑(Scatter Radius) (cm)  –指定光線散射進入物體內部的深度。數值越大，材質越透明。
• 相位函數(Phase Function)  –控制著光線向哪個方向散射的概率最大。正值讓光向前散射進入物體內部，負值讓光向後散射。向前散射多數發生在以水為基礎的材質，比如皮膚和水果，向後散射一般在硬材質，比如大理石。

高光(Specular)  圖層的參數和通用材質的反射層一樣，唯一的區別就是，有一個高光數量(Specular Amount)參數，控制著高光層的強度。

程序紋理(Procedural Textures)

這個章節介紹了使用程序紋理控制V-Ray材質的用法。程序紋理是使用數學算法生成的紋理圖。

顏色校正圖( Color Correction Map )讓我們可以在SketchUp中給紋理調色(位圖或程序紋理圖均可)。這個功能非常有用，我們可以給紋理圖調色，但不用在photoshop和SketchUp之間反复切換。使用V-Ray交互式渲染和顏色校正紋理我們可以快速得到想要的結果。

噪波( Noise )在CG中的應用非常廣泛。它讓我們可以給參數增加隨機性。在這個案例中，我們使用它給牆面增加隨機凹凸。凹凸貼圖( Bump mapping )是一個著色技巧，可以製作出物體表面微小凹凸細節的假象。

置換(Displacement)

在這個章節，我們用置換(Displacement)而不是凹凸(Bump)。兩者的區別在於凹凸只是一個著色效果- 它只影響著色表面的法線，使得表面看起來凹凸不平，但是原始模型面是不被改變的。當你側著看這個平面的時候，非常明顯，你會發現這個面實際上是平的。置換(Displacement) 則不然，會把原始平面細分成無數細小平面，並且根據紋理圖重建模型面的位置。這相當於新建了一個幾何體模型。這樣的效果更準確，而且視覺效果比凹凸好很多，但是他它更難計算了，因為佔用內存更多(儲存臨時生成的模型) 對於新增模型面的光線追踪數量也大大增加。.

導出材質到材質庫(Export Materials To A Library)

在這個章節，我們要講解導出材質到材質庫的流程。這樣我們就可以保存常用材質，並與同事分享。

附加模塊Extra Modules

本課包含兩個附加模塊。在第四課文件夾中，每一章節都有一個配套視頻，並有一個和章節名相同的場景文件。

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下載案例資源和場景

01. 高級材質(Advanced Materials)

在這個模塊中，我們會介紹一些不常用的材質：

車漆材質(Car Paint Material) -用於製作車漆，可以模擬種類豐富的塗有清漆的金屬表面。它有三層– 底漆( Base )，為材質增加固有顏色和反射，閃片( Flakes )讓我們可以在底漆上方添加微小的金屬閃片，塗層( Coat )在最上方增加清漆層。

• 底漆顏色(Base Color) –控制著基礎層的固有色和反射。
• 底漆反射(Base Reflection) –控制著圖層的反射強度。較低的值更啞光，較高的值反射更強
• 底漆光澤度(Base Glossiness) –控制著底漆反射的模糊程度。數值越高，反射越清晰銳利，數值越低，反射越模糊。
• 閃片顏色(Flake Color) –控制著金屬片的顏色。一般這個顏色會接近底漆顏色
• 閃片光澤度(Flake Glossiness) –控制金屬閃片的光澤度，和其他光澤度用法一樣。不推薦設置大於0.9因為有可能產生瑕疵。
• 閃片方向(Flake Orientation) –控制金屬片相對於表面法線的方向。設置為0.0的時候，所有的閃片，都平鋪在表面。設置為1.0的時候，閃片方向相對於法線完全隨機旋轉。一般這個參數不會超過0.5
• 閃片密度(Flake Density) –控制單位面積內閃片的數量。較低的數值產生較少的金屬片較高的數值產生較多的金屬片。設置這個參數為零0.0就不會有金屬片
• 閃片縮放( Flake Scale ) –控制著整個閃片紋理的尺度。增加這個數值將會同時增加閃片的大小和閃片之間的距離。
• 閃片尺寸(Flake Size) –控制著閃片在彼此距離不變的情況下的尺寸。較高的數值，產生較大的閃片，較低的數值，產生小的閃片。
• 閃片過濾(Flake filtering) –控制著V-Ray將會如何過濾這些閃片，以便在最終圖中沒有噪點。你可以選擇簡單(Simple) –一種快速但不太準確的算法，以及方向性(Directional)–一種更準確的算法，佔用內存更多，而且慢一些。
• ·         閃片貼圖大小(Flake map size) –決定著閃片紋理圖的分辨率。這個值應該接近你最終圖的分辨率。這張圖會保存在內存中，如果你把閃片貼圖大小(Flake map size) 設置的很高，它有可能非常大，特別是閃片過濾(Flake filtering) 設置為方向性的時候
• 閃片種子(Flake seed)– 一個用來生成閃片紋理圖的隨機種子。
• 映射類型(Mapping Type) –指定映射閃片的算法。當你的模型有正確的UV坐標的時候，使用指定映射通道( Explicit Mapping Channel ) 。但是大部分情況下你要使用物體空間三平面投影( Triplanar Projection in Object Space )讓V-Ray自動計算貼圖坐標。

塗層( Coat )類似於通用材質的反射層，但是菲涅爾反射( Fresnel Reflections )是一直開啟的。通過它可以快速的給底漆和閃片增加一個清漆塗層：

• 塗層顏色(Coat Color) –控制清漆層的顏色。
• 塗層強度(Coat Strength) –控制塗層正對方向看過去的反射強度。
• 塗層光澤度(Coat Glossiness) –控制清漆反射的光澤度。

混合材質(Blend material) –一種特殊材質讓我們可以使用灰度圖(純色或紋理)混合多個材質。

• 基礎材質(Base Material) –指定作為基底的材質，其上方是塗層材質
• 添加塗層(Add Coat) –點擊按鈕，添加一個新的塗層材質
• 塗層(Coat) –指定一個作為塗層的材質
• 混合(Blend) –控制最終結果中對應材質的貢獻程度。如果混合數量( Blend amount )   是白色的，最終結果中全部都是塗層材質，其下方的材質會被擋住。如果混合( Blend )是黑色，塗層材質會對最終結果沒有影響。灰度值控制著當前塗層與下方所有材質的混合程度。這個參數還可以被紋理圖控制。

凹凸材質(Bump material) –讓我們可以給任何材質添加凹凸效果-有些材質是沒有凹凸貼圖槽的，這是唯一添加凹凸的方法。添加多層凹凸材質，可以製作更複雜的材質效果。

• 基礎材質(Base Material) –指定了要增加凹凸效果的材質
• 貼圖(Map) –指定了用於生成凹凸效果的紋理圖
• 凹凸倍增值(Bump Mult) –控制凹凸效果的強度

頭髮材質(Hair material) –一個專門用來製作頭髮的材質。它有漫反射成分，兩個不同的反射成分和一個透射成分。漫反射，首次和次級高光控制著頭髮正面受光照的效果。次級反射圖層代表了進入頭髮並且在頭髮背面反射到攝影機中的光線的顏色，這就是為什麼它受透射顏色的控制。透射顏色( Transmission )影響著頭髮在逆光情況下的顏色。

• 總體顏色(Overall Color) –一個和所有顏色成分相乘的參數，用於方便的修改整體顏色。它不影響透明度( Transparency )顏色。
• 漫反射顏色(Diffuse Color) –指定材質中漫反射成分的顏色。這個用於不透光的纖維以及臟頭髮。要注意乾淨的頭髮或毛髮一般都不會有漫反射成分。我們可以把漫反射數量值設為0.0 ，消除這個顏色的影響。
• 漫反射數量(Diffuse Amount) –控制漫反射成分對最終材質影響的倍增值。
• 首次高光(Primary Specular)  –指定首次高光的顏色，對應著光線在頭髮外表面反射的顏色（見上圖）。
• 首次數量(Primary Amount)  –控制首次高光對最終材質影響的倍增值。
• 首次光澤度(Primary Glossiness)  –控制首次高光成分的光澤度。接近1.0的數值會讓頭髮看起來光滑和閃亮。較低的數值會讓頭髮看起來啞光。
• 鎖定為透射顏色(Lock to Transmission) –當開啟這個參數的時候(默認開啟)，次級高光( Secondary Specular )會和透射( Transmission )顏色一致。啟用這個參數是物理準確的，頭髮的顏色主要由透射顏色( Transmission Color )決定。你可以禁用它，手動設置次級高光( Secondary Specular )顏色，來獲得藝術性的控制。
• 次級高光(Secondary Specular) –指定次級高光成分的顏色，對應光線在頭髮背面反射的顏色（見上圖）。如果鎖定為透射顏色(Lock to Transmission) 是開啟的，這個數值就會被忽略，次級高光( Secondary Specular )會和透射( Transmission )顏色一致。
• 次級數量(Secondary Amount) –控制次級高光成分對最終材質影響的倍增值。如果鎖定為透射顏色(Lock to Transmission) 是開啟的，這個數值就會被忽略，次級數量( Secondary Amount ) 會和透射數量( Transmission Amount ) 一致。
• 次級光澤度(Secondary Glossiness) –控制次級高光的光澤度。接近1.0的數值讓頭髮看起來光滑閃亮。較低的數值，會讓頭髮看起來啞光。
• 透射(Transmission) –指定透射成分的顏色，對應著光線穿過頭髮的顏色。這個值極大的影響著頭髮在逆光情況下的顏色。
• 透射數量(Transmission Amount) –控制透射成分對最終材質影響的倍增值。
• 透射光澤長度(Transmission Glossiness Length) –控制著透射光澤沿著頭髮長度方向的分佈
• 透射光澤寬度(Transmission Glossiness Width) –控制著透射光澤沿著頭髮寬度方向的分佈

02. 高級紋理(Advanced Textures)

污垢貼圖(Dirt Map) –一個特殊的V-Ray貼圖，在渲染過程中由程序生成。它返回兩個顏色值(遮蔽和未遮蔽)或者兩個色值的混合色，根據的是模型與著色點的距離。它可以模擬灰塵堆積在縫隙的效果或者邊緣磨損的效果。然而這個紋理一般用來製作環境光遮蔽通道。AO通道加深物體靠近的部分，通過這個方式可以作假接觸陰影。

• 未遮蔽(Unoccluded) –指定未被遮蔽區域返回的紋理色彩。可以使用紋理圖控制這個參數。
• 遮蔽( Occluded ) –指定被遮蔽區域返回的紋理色彩。可以使用紋理圖控制這個參數。
• 半徑(Radius) –設置產生污垢效果的範圍(以場景單位為單位)。可以用紋理控制半徑。紋理強度會和半徑值相乘得到最終半徑。如果某一點紋理是白色的，就會使用完整的半徑值。如果紋理是黑色的半徑值就是0.0。
• 分佈(Distribution) –控制著污垢效果在接觸邊緣的分佈。較大的數值，會讓污垢集中在角落。要生成正確的環境光遮蔽圖，這個數值應該維持在1.0
• 衰減(Falloff) –控制著遮蔽顏色和未遮蔽顏色之間的過渡速度。數值越大遮蔽顏色褪得越快。
• X/Y/Z 偏移 –這個參數會讓污垢效果偏向這些方向。負值可以用來偏向反方向

曲率(Curvature) -曲率紋理有點類似污垢貼圖( Dirt Map )。它讓我們可以採樣一個模型，得到它的曲率。紋理會在凹痕孔洞中返回較暗的色值，在突出的地方返回較亮的色值。我們可以使用這個紋理控制混合材質( Blend Material )把不同的材質混合在一起。設置這個紋理需要一些試驗因為它受場景尺度影響比較大。

邊緣紋理(Edges texture) -這個紋理包含兩個顏色值，一個是模型面的顏色-被稱作背景顏色( Background Color )另一個是邊緣的顏色–定義為邊緣顏色( Edges Color )。這個紋理可以用在凹凸貼圖( Bump map )欄，可以讓模型的邊緣變圓滑。很重要的一點是，要知道這僅僅是個著色效果，原始模型沒有變平滑。

三平面投影( TriPlanar ) -這個紋理讓我們可以把位圖或其他2d紋理投影給沒有正確UV坐標的模型。一張或以上的紋理圖會根據物體自身的xyz坐標進行投影。