VRayMtl材质参数实用性详解

前言

    此文仅是解析VR渲染器的基本参数，不管你是for Max还是for Maya甚至其他平台，同样受用，平台是工具，对于材质的调整，重点在于理解参数的意义，本文适用于景观、室内、动画等任何需要使用到VRay渲染器的行业。


VRayMtl材质的默认效果
VRay材质的默认效果如图figure-2所示



figure-2

Diffuse[漫反射]组





Diffuse是对象的基本颜色，当我说番茄的颜色的时候，你立即能想到红色，这就是基本颜色。如果你想到了其它的颜色也没关系，绿色的番茄炒肉片也是很好吃的！现在，问题来了——


为什么要把对象的基本颜色用Diffuse来表示，而不是Color?


这是因为我们称之为颜色的属性，其实就是所见对象表面漫反射光的颜色。如果想进一步了解漫反射，可以自己百度一下。这里只要记住，漫反射指的就是对象的基本颜色就行了。在材质编辑时，漫反射颜色又有三种变化，见figure-3所示。





figure-3


左侧：Diffuse为绿色的颜色；中间：Diffuse为位图纹理；右侧：Diffuse为程序纹理


Roughness[粗糙度]用来描述对象表面细微的颗粒，它能让颜色看起来能加平坦，使对象看起来像蒙了一层灰尘。想想石膏的表面和砖的表面，都是非光滑、无反射的表面，但粗糙质感的程度是不同的。figure-4中反映了不同的粗糙度造成的细微差别。



figure-4
最右侧粗糙度为1的图，看起来比左侧粗糙度为0的图亮度更高，受光面更平，受光范围更大




Reflection[反射]组



Reflection在这里特指光滑表面的镜面反射现象，这个世界上大多数物体的表面都是有反射的，如铬合金、塑料、油漆等等。最简单的判别方法就是，你观察对象的表面，能否清楚的看到高光？如果你还不能理解，看看下面的figure-5，想想红砖的表面，无论多么光滑都是看不到高光的。而铬合金，无论打磨的多么粗糙，依然会有高光，只是高光的大小和强度不同而已。这是因为，所谓的高光，其实就是表面对光源的反射。100%漫反射的因为没有镜面反射，所以表面是不会有高光的。



figure-5






在figure-5中，你一眼就能看出左侧铬合金球是有反射属性的，但右侧的红砖呢？你会认为它没有反射。其实，从严格的物理意义上讲，宇宙中除了黑洞是没有反射，其余的物质都是有反射的。当然，艺术是可以超越现实的。给不给红砖这样的材质加反射属性，完全取决于你的思路。不过，无论给还是不给，红砖的视觉效果看起来，依然应该是粗糙无光的才行。（这个问题可以留给以后专题讨论）


Reflection color[反射颜色]


黑色创造没有反射的材质效果，白色创造完全反射的材质效果，中间的灰度范围表示不同的反射强度。需要注意的是，VRay继承了3dsMax的颜色表示方法，即取值范围为0~255，也就是用255表示100%反射（的确有点250的）。这意味着你如果想得到50%的反射，颜色值应该设置为128。当色值为0时，反馈为100%漫反射颜色。当色值为255时，则反馈100%的反射（像镜子一样反射周围的环境，而没有自己的颜色）。不同的反射值效果如图figure-6所示。



figure-6


反射颜色也有三种变化，一种是颜色（上面讲的是灰度，而不是真正的色彩），一种是位图纹理，另一种是程序纹理。如图figure-7所示。可以说，反射颜色也是很多初学者容易忽略的属性。因为大家通常只会使用灰度来表现反射的强度，而不理解色彩在反射中的意义。笔者的经验是，把材料分为金属性和非金属性两类，金属性材质，反射颜色中，应该体现出漫反射颜色的特点。非金属材质，反射颜色通常用不同程度的灰度即可。如果你留心观察钛金的表面反射，你会发现，即使光源是白色的，在钛金的反射中，它依然是黄色的。要实现这一点，就需要把反射颜色修改为黄色调。其它有色金属以此类推。还有一种特殊的材质就是珍珠，珍珠的反射也是有色调的。



figure-7




所以，我们一定要记住，Reflection color实际上包含两层意思，一层是指反射的强度，另一层是指反射的颜色。两者不要混淆了，尤其反射颜色不要忽视。还有一个问题，传统的技巧中，习惯在Reflection color的贴图中，加Falloff[衰减]贴图来实现Fresnel[菲涅尔]现象。这其实是过时的做法（早期3dsMax光线追踪材质的常用做法），因为现在的材质，大多数都提供了Fresnel Reflections[菲涅尔反射]选项，结合折射率来直接控制。


Reflection Glossiness[反射模糊]


反射模糊参数控制着反射的清晰/模糊，通常真实世界的对象，除了电镀金属（铬合金）、镜子等物体外，其余的对象都有不同程度的反射模糊。其实，反射模糊只是一个视觉现象，其原因是因为对象的表面不够光滑。换句话说，Reflection Glossiness[反射模糊]跟准确的定义，应该是表面光滑度。数值为1时，表示表面完全光滑，这时反射的效果绝对清晰，如镜子一般。数值为0时，表示表面非常粗糙，反射模糊到几乎察觉不到，无限接近100%漫反射效果。不过，大多数情况下，反射模糊参数都没有必要低于0.3，原因在前一句话里已经说过了，过低的数值就接近完全没有反射的效果了。不同的参数效果如图figure-8所示。



figure-8


Subdivs[细分]


当Reflection Glossiness[反射模糊]参数低于1时，VRay实际上就激活了分布式光线追踪计算方法，这种方法比起逆向式光线追踪要成倍的消耗系统资源。默认值8的意思就是说，原来要对一条光线进行追踪的话，现在就要乘以8。因为反射模糊了，需要更多的采样光线才能获得更加细腻的效果。通常，反射模糊值与细分值成反比，也就是反射越模糊，需要的细分值越高。效果如图figure-9所示。这3张图的反射度和反射模糊都是一样的，仅细分值不同，注意模糊效果的细微差别。



figure-9


Use interpolation[使用插值]
VRay使用类似irradiance map[发光贴图]的高速缓存方案来加快模糊反射的渲染速度，这意味着，无需太高的Subdivs[细分]值，也可以获得平滑的模糊反射。




Highlight glossiness[高光模糊]
如果你的目标是创建真实质感的材质，我不建议解除Highlight glossiness[高光模糊]的锁定。也就是不要点击该参数右侧的L按钮，Highlight glossiness应该保持灰色文字显示，这表示它始终与Reflection Glossiness[反射模糊]使用同样的参数。




Fresnel reflections[菲涅尔反射]
菲涅尔是一个人的名字，他发现水面的反射有一种现象，视线垂直于水面的时候，水面主要呈现透明效果，而视线接近平行于水面时，水面主要呈现反射效果。也就是同一材质的表面，视线的角度不同，其反射效果也会有变化。这时最容易被初学者忽视的属性，也是最不易理解的属性。实际上，这个世界上所有的物质在反射光线的时候，都会出现菲涅尔现象，如图figure-10所示。





figure-10


Fresnel IOR[菲涅尔折射率]


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。图figure-11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。



figure-11


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


MAX Depth[最大深度]
在真实世界中，两个彼此相对的反射体，他们之间光线的相互反射次数是无穷的。但在计算机的世界里，每一次光线的反射都是需要消耗系统资源来运算的，所以，就不可能完全照搬真实世界。光线追踪的计算次数必须有所限制，以此来避免资源耗尽。MAX Depth[最大深度]的作用就是如此。当出现反射对象彼此相互反射时，反射光线追踪的最大深度达到设定值之后，则停止光线追踪，反馈Exit color[退出色]，通常为黑色。该参数的默认值一般能满足大多数情况的需要。如果你需要确定地知道该参数设定为多少合适，不妨先把Exit color[退出色]设定为鲜艳的颜色，如图figure-12中的绿色，然后根据渲染结果来判断。具体如何判断呢？那就是，从渲染图像中看，反射对象表面不要出现明显的退出色，即使有，其像素也应笑到不宜察觉为好。



figure-12




图figure-12中，左侧最大深度为1，反射一次后即停止，退出色面积太大，不可取。中间的最大深度为3，情况变得可以接受，但依然能见到成块的绿色，效果勉强可以接受，因为如果退出色是黑色的，你基本已无法判断差异了。右侧的最大深度为6，作为反射深度，这已是较高的值了。在两侧的斜向凹槽里，还有少量绿色的像素，但如不仔细看，已经察觉不出了。因此，我们就可以认为，最大深度不用大于6了。


Dim distance[暗淡距离]


指定一个距离值，超过该距离则停止光线追终。这意味着，反射表面中，将不会反射出超过该距离值的对象。这是非真实的效果，仅作为加速光线追踪计算的一种方法。因为有时，太远的对象我们认为它对反射效果的影响已不是很大，则可以利用Dim distance[暗淡距离]将它逐渐过渡为不参与反射。


Dim falloff[暗淡衰减]


为暗淡距离设置衰减半径。


Affect Channels [影响通道]
Color Only[仅颜色]：仅在颜色通道中计算反射效果。Color+alpha[颜色+阿尔法通道]：在颜色和阿尔法通道中计算反射效果。All channels[所有通道]：所有通道都计算反射效果。


Refractions[折射]组



这组参数用来控制透明材质的效果，也就是可以被光线穿透的对象材质。比如水、玻璃、钻石、透明塑料等等。


Refract color[折射颜色]


默认值为黑色，即没有任何折射效果，所有的光线都不能穿过对象。Refract color[折射颜色]为白色时，则意味着全部的光线都可以穿过对象，即完全透明的效果。其余的灰度值，可以产生不同透明度的材质效果。如图figure-13所示。与反射颜色一样，折射颜色也可以使用色彩，创建彩色的透明体。也是有三种变化，一种是颜色、一种是位图纹理，还有一种是程序纹理。效果如图figure-14所示。



figure-13



figure-14


Refraction glossiness[折射模糊]
当透明体的表面不再光滑的时候，其效果就是折射模糊，比如一块清晰地透明玻璃，透过它可以清楚地看到后面的情景，如果这块玻璃的表面用高压水枪喷射金刚砂打磨（磨砂玻璃的加工工艺），透过这块玻璃看后面的情景就会模糊。这就是所谓的折射模糊。图figure-15显示了不同折射模糊的效果。



figure-15


Subdivs[细分]
随着Refraction glossiness[折射模糊]值的降低，透明模糊效果会越来越明显，当表面出现明显噪波的时候（就是比较粗糙的杂点），则意味着要增加Subdivs[细分]值了。记住，增加Subdivs[细分]虽然可以获得更加细腻的效果，但是，也会成倍的增加渲染时间。尤其是折射模糊。注意比较figure-16中表面效果的细腻程度与渲染时间之间的关系。



figure-16


IOR[折射率]
我们将光线在空气之中的折射定义为1，当光线进入其它介质时，光线的角度会发生变化，这个角度的变化就是折射率。这很好理解，我们把筷子斜插进水里，会看前筷子好像变弯了，这就是最简单的折射现象。在创建材质的时候，不同的材料，要设置相匹配的折射率，才能获得最真实的效果。关于透明体的折射率，可以自己百度一下。



figure-17


Max depth[最大深度]
设置折射光线的穿透对象表面的最大层数，一个有厚度的玻璃是两层，也就是说，要看到一个玻璃杯背后的情景，光线需要穿过四层表面。达到设定的最大深度后，表面的背后无论有什么，都反馈为Exit color[退出色]。通常，折射的最大深度都不宜低于6。


Dispersion[色散]
打开该选项，则计算更加复杂的色散效果。你问什么是色散？很简单，菱形玻璃将白光分解成彩虹就是色散，钻石折射出彩色的光芒，也是色散。除非你是做首饰设计，通常不需要打开该选项。


Abbe[阿贝折射]
与Dispersion[色散]配合使用，增加该值可以让彩虹效应更加明显，如图figure-18所示。



figure-18


Fog color[雾颜色]
Fog color[雾颜色]用来产生透明物体的吸光现象，我们知道，光线是有衰减的，在透明的介质内部，光线的衰减速度比空气中的快。如果你对这些觉得不好理解，可以试想一下，一块玻璃看起来很透明，如果十块玻璃叠在一起、一百块玻璃叠在一起，它们还会是透明的吗？所以，即使是同一透明体，其透明效果与材料的厚薄也是有密切关系的，所谓Fog color[雾颜色]，就是模拟当内部光线被吸收后，透明体所呈现的颜色。图figure-19中就显示了厚度不同对透明颜色的影响。同时，它也反映了Fog Multiplier[雾倍增]值不同的效果。


Fog Multiplier[雾倍增]
快速修改Fog color[雾颜色]浓淡的方法，注意，随着雾培增值的增加，对象会变得越来越不透明，就好像物体的内部起了雾一样，雾倍增就是用来控制屋的浓度的，这么说，就好理解了。这一组参数主要用来做彩色玻璃效果，而且，特别适合做透明实体雕塑，比如首饰上的装饰或其它工艺品。



figure-19


Fog bias[雾偏移]
与Fog Multiplier[雾倍增]一样，Fog bias[雾偏移]也是用来影响透明体内部雾效的浓度的，不过，这两个参数的控制都不是基于物理性的。大多数情况下都要凭经验和结果来判断。Fog bias[雾偏移]影响的，是厚度不同时，雾浓度随厚度不同而变化的对比度，负值色调看起来更加浓烈，正值看起来更清新淡雅。它通常需要与Fog Multiplier[雾倍增]参数配合使用。



figure-20


Translucency[透光性]组
因为VRay提供了更易于控制的VRayFastSSS2材质类型来实现半透光效果，这里将忽略这组参数。


BRDF[双向反射分布]卷展栏

BRDF[双向反射分布]是一个非常专业的CG术语，它影响材质的高光的形态和反射效果。在下拉列表中，列出了VRay内置的三种着色器，Phong, Blinn和Ward。Phong产生非常锐利的高光，Blinn与Phong类似，但高光的边缘更加柔和，Ward产生的高光更加柔软。默认设置为Blinn类型，对大部分材质来说似乎最好的选择。至于金属，则更适合使用Ward类型，对于玻璃，使用Phong是最合适的。



figure-21


Anisotropy[各向异性]
Anisotropy[各向异性]可以使高光产生拉伸变形，通常用于创建表面有密集划痕的材质，比如拉丝金属、头发、密集的线圈等等。注意图figure-22中中间和右侧的图像，观察它们的高光是如何被拉长（中间）和拉宽（右侧）的。



figure-22


Rotation[旋转]
可以通过修改该参数来旋转拉伸后的高光，仅在各向异性效果激活后才有效果。如图figure-23所示，拉伸后的高光被旋转了45度。注意，高光被拉伸的方向，通常与表面划痕的方向垂直才是正确的。



figure-23


UV vectors derivation[UV方向来源]
除了上面的Rotation[旋转]之外，还可以通过切换Local axis[本地轴]来改变高光的方向，不同的轴向产生的结果如图figure-24所示。



figure-24


Maps channel[贴图通道]
设置UV来源的通道。在UVW修改器中，可以设置贴图通道。这意味着，你可以专门针对各向异性高光，为对象添加合适的UV。Maps[贴图]卷展栏


在这里可以为材质的参数添加位图或者程序纹理。大部分参数在前面已经介绍过了，下面，仅介绍特殊的Bump[凹凸]、Displace[置换]和Opacity[不透明]贴图。







Bump[凹凸]和Displace[置换]
凹凸与置换都是通过位图或者程序纹理让对象的表面看起来不平整。区别在于，Bump[凹凸]是非常快速的模拟表面的起伏，但仅对较浅的起伏有用，如果表面的起伏很大的话，仅用Bump[凹凸]会产生失真，因为凹凸无法改变表面的形状，只会产生虚假的视觉欺骗。而Displace[置换]则可以真实的改变表面的造型，产生逼真的起伏，但是速度会慢很多。Bump[凹凸]和Displace[置换]效果的差别如图figure-25所示。



figure-25


Opacity[不透明]
Opacity[不透明]贴图可以非常方便的创建镂空效果，就像剪纸艺术一样。贴图中白色的像素表示非透明（即材质本身）部分，黑色的像素表示不可见（注意，是不可见，而不是透明，虽然贴图的名称里透明）。注意图figure-26中，模型条形部分是如何消失的。



figure-26




Reflect Interpolation[反射插值]


Refract Interpolation[折射插值]
这两组参数不用做过多的解释了，因为插值技术使用一种非物理性真实的方法来快速的模拟反射/折射模糊效果，因为是非真实效果，所以，如果时间允许的话，还是不要用这种方法。因为我们的目标是——创建无以伦比的真实材质！


结束语


学会了使用VRayMtl材质，已经足够你创建工作中遇到了90%的材质效果。不要去纠结平台软件不一样，参数基本都是这些，仔细看，仔细分析，熟悉每一个参数，材质调整起来才能得心应手。