Question

本主题包含能够帮助您更有效地使用用于 mental ray 的“Arch & Design”材质的信息。

最终聚集性能

mental ray 当前版本中的最终聚集算法对早期版本进行了极大的改进，特别是在其适应性方面。这意味着您可以经常使用比之前更少的光线数和更低的密度。

在许多情况下，您可以使用极端设置（50 束光线、密度 0.1）来渲染图像。如果这导致“过于平滑”的人工雕琢效果，请使用内置 Ambient Occlusion 来解决问题。

当最终聚集与 GI（光子）一起使用时，应首先在禁用最终聚集的情况下进行渲染，以确保光子解决方案具有相当的平滑性。如果光子解决方案很杂乱，则增加光子搜索半径，直到它“平静下来”，然后启用最终聚集。

一些常用材质的快速指南

以下是创建各种材质的一些经验规则。每一规则都将基本的默认设置假定为起点。

用于有光泽的木材、地板等的一般经验规则

这些是进行建筑渲染时可能需要的“混合”材质；如涂漆木材、油布等。

对于这些材质，将 BRDF 设置为“自定义反射率函数”；也就是说，您将定义一条自定义 BRDF 曲线。从 0 度反射率为 0.2、90 度反射率为 1.0 开始，并将合适的纹理贴图应用于“漫反射颜色”。将反射率设置在 0.6 和 1.0 之间。

材质的光泽程度如何？反射是清晰还是模糊？是强还是弱？

• 对于清晰的、相当强的反射，使反射光泽度保持在 1.0。
• 对于有些模糊但很强的反射，设置较低的反射光泽度值。如果性能出现问题，请尝试启用“快速(插值)”。
• 对于略微模糊但反射非常弱的情况，可以使用“欺骗”，方式为将“反射光泽度采样”设置为 0 时，应用一个较低的反射光泽度值，从而获得更宽的高光。这样仅射出反射的一条镜像光线，但如果反射非常弱，查看器通常无法分辨。
• 对于中度模糊的曲面，设置甚至更低的“反射光泽度”值，也或许增加“反射光泽度采样”值。再次启用“快速(插值)”以提高性能。
• 对于极其模糊的曲面或反射非常弱的曲面，尝试启用“Highlights+FG Only”。

典型木地板可使用以下设置：“反射光泽度”为 0.5、“反射光泽采样”为 16、“反射率”为 0.75，“漫反射颜色”为漂亮木质纹理，或许还可使用轻微凹凸贴图。如果只有涂漆层中应出现凹凸度，则启用“特殊用途贴图”卷展栏 “不应用凹凸到漫反射明暗处理”。

油布地板可以使用相同的设置，但使用不同的纹理和凹凸贴图，或许还可以使用稍低的“反射率”和“反射光泽度”值。

陶瓷

陶瓷材质是磨光的，也就是说，它们被薄薄的透明材质层所覆盖。它们遵循的规则与上述一般材质类似，但是需要将 BRDF 方法设置为“按 IOR (fresnel 反射)”，并将“IOR”设置为 1.4 左右，将“反射率”设置为 1.0。

将“漫反射颜色”设置为适当的纹理或颜色，如白色用于浴室的白色瓷砖。

“石头”材质

石头对象通常是糙面精整的，或者反射非常模糊（几乎是漫反射）。您可以使用“漫反射粗糙度”参数模拟石头的“粉状”特征：尝试以 0.5 为起点。多孔石头（如砖）应采用更高的值。

石头通常具有非常低的“反射光泽度”（低于 0.25），用户多半可以使用“仅高光+最终聚集”实现很好的效果，以获得最佳性能。使用“漫反射颜色”的漂亮石头纹理（某种凹凸贴图或者是“反射光泽度”值可变化的贴图）。

禁用“按 IOR (fresnel 反射)”且 0 度反射率为 0.2、90 度反射率为 1.0 时，“反射率”约为 0.5-0.6。

玻璃

玻璃是绝缘体材质，因此应该明确启用“按 IOR (fresnel 反射)”。标准玻璃的 IOR 为 1.5。将“漫反射级别”设置为 0.0，“反射率”设置为 1.0，“透明度”设置为 1.0。这样足以创建基本的、完全清晰的折射玻璃。

如果此玻璃用于窗格，则启用“薄壁”。如果这是实体玻璃块，则禁用“薄壁”，并考虑是否需要焦散：据此设置“折射焦散”。

如果玻璃是毛面的，则将“折射光泽度”设置为适当的值。调整“折射采样”以获得较好的质量，或启用“快速(插值)”以获得更高的性能。

有色玻璃

对于透明玻璃，请使用以上章节中的提示。而对于有色玻璃，请参照以下提示。

许多明暗器设置玻璃表面的透明度。如果只将“折射颜色”设置为某个值（如蓝色），则的确可以使用此功能。对于启用“薄壁”的玻璃，此操作非常有效。但是对于实心玻璃对象，则不会产生真实的效果。

下图所示的场景包含大小不同的两块玻璃，一块是带有球形孔的球体，另一块是玻璃脚架。

注意:通过插入第二个球体，使其法线在外球体内部翻转可以创建球形孔。不要忘记翻转此类曲面的法线，否则它们将不能正确渲染。

上：明暗处理不正确，因为实体玻璃的颜色是仅仅使用曲面折射颜色模拟的

下：明暗处理正确。玻璃使用的是“折射”“最大距离”以及“最大距离”颜色。

该问题很明显：

• 这两块玻璃的厚度不同，但它们恰恰具有相同程度的蓝色。
• 内部球体比外部球体更暗，而不是更亮。

为什么会发生这种情况？

考虑进入玻璃对象的光线。如果曲面上带颜色，则当光线进入对象时就会稍被明暗处理，光线在通过对象时会保持此种颜色，并在它离开对象时第二次被明暗处理（衰减）：

曲面上发生颜色更改的玻璃图表

在上图中，光线从左侧进入，它在入射面上降低级别并稍稍变暗（该图以图解的方式演示了该级别）。光线通过介质，然后又进入出射面的层级，在这个过程中其颜色保持不变。

对于简单的玻璃对象，这已足够。对于使用“薄壁”的任何玻璃，按照定义这就是正确的操作，但对于任何复杂的实体则不然。尤其不适用于玻璃内实体周围的空间（如示例中的球体），因为光线必须通过四个曲面（而不是两个），所以需要增加两个额外的曲面衰减步骤。

在实际的有色玻璃中，光线通过介质，并在离开介质时发生衰减。在“Arch & Design”材质中，完成此过程需要启用“高级渲染选项”“折射”“最大距离”，设置“最大距离颜色”，并将“折射颜色”设置为白色。

效果显然更令人满意：厚玻璃块比薄玻璃块具有更深的蓝色，使空心球体看起来更为真实。在图表格式中，该过程如下所示：

d = 最大距离，在此衰减是“最大距离处的颜色”

光线进入介质，并在移动过程中发生衰减。衰减的强度应使“最大距离”衰减（图中以 d 表示）与“最大距离颜色”衰减相匹配。换句话说，此距离上的衰减强度与其在上一场景中的曲面上即刻接收到的相同。衰减是指数衰减，所以在双倍的“最大距离”值处，该效果是“最大距离的颜色”效果的平方，等等。

有一点需要权衡：要使用此方法正确地渲染材质的阴影，则要么必须使用焦散，要么需要确保 mental ray 是在“分段”模式下渲染阴影（请参见“阴影与置换”卷展栏（mental ray 渲染器））。

自然地使用焦散可以使阴影看起来非常逼真（上图渲染时未使用焦散），但场景必须启用焦散光子，并包含发射焦散光子的物理光源。

另一方面，mental ray“分段阴影”的性能稍逊于使用更为普遍的“简单阴影”模式的性能。但是如果不使用“分段阴影”，阴影强度将不会对介质中的衰减给予恰当的考虑。不过，图像看起来仍然令人赏心悦目。

水和液体

与玻璃一样，水也是绝缘体材质，IOR 为 1.33。因此，用于玻璃的原则（如上）同样适用于水体，而水体真正需要折射所在环境。例如，水从水龙头里流出。有色液体与有色玻璃使用相同的原则。

将水倒入酒中

要在容器中创建液体（如上图），则需要了解“Arch & Design”材质如何处理通过多个曲面的折射，并与现实世界中光在类似环境中的行为进行比较。

对于折射，从一个介质到另一个具有不同 IOR 的介质的过渡非常重要。此传输称为分界面。

对于玻璃杯中的柠檬水，可想象一条从空气中射过来的光线 (IOR=1.0)。光线进入玻璃杯后，光线按照玻璃杯的 IOR (1.5) 折射。随后，光线穿过玻璃杯进入液体中，也就是说，光线穿过了 IOR 为 1.5 的媒介界面，进入了 IOR 为 1.33 的另一个媒介。

在计算机图形中为此建模的一个方法就是将玻璃杯变成一个独立的闭合曲面，法线都从杯子的曲面指向外侧，并且 IOR 为 1.5；另一种方法就是让液体成为闭合曲面，其法线都指向外侧，IOR 为 1.33，并在容器和液体之间留出一条非常小的气隙。

此方法可行，但也会出现以下问题：当光从较高的 IOR 传输到较低的 IOR 时，可能会出现称为全内反射 (TIR) 的效果。此效果就像是潜入游泳池里向上看的时候的感觉：水面外的物体都在水面正上方的一个小圈内显现。低于某个特定角度只将显示水池反射的该对象的部分以及该对象在水面以下的部分。两个介质的 IOR 差值越大，就越可能产生 TIR。

因此在我们的图示中，由于光线是从杯子 (IOR=1.5) 折射到空气的，所以更有可能产生 TIR。然而在现实生活中，光线是从 IOR 为 1.5 的介质传输到 IOR 为 1.33 的介质，这个跨度非常小，因此产生 TIR 的几率也很小。这看起来截然不同：

左：正确的折射

右：“气隙”方法

左侧的结果是正确的，但是如何得到此结果？

唯一的办法就是重新思考建模。不再考虑媒介，而是分界面。在所举的例子当中，有三个不同的分界面，可以将外部介质 IOR 和内部介质 IOR 之间的比率作为其 IOR：

• 空气-玻璃界面（IOR = 1.5/1.0 = 1.5）
• 空气-液体界面（IOR = 1.33/1.0 = 1.33）
• 玻璃-液体界面（IOR = 1.33/1.5 = 0.8）

在最常见的具有空气的分界面的情况下，使用 的 IOR 都是介质的 IOR（因为空气的 IOR 为 1.0），而在两个不同的介质之间的分界面上，情况则有所不同。

要正确为此场景建模，则需要有三个曲面，且每个曲面上所应用的“Arch & Design”材质都各不相同：

• 空气-玻璃曲面（在下图中为蓝色）的法线指向玻璃外部，该曲面覆盖了空气与玻璃直接接触的区域，IOR 为 1.5。
• 空气-液体曲面（在图中为绿色）的法线指向液体外部，该曲面覆盖了空气与液体接触的区域，IOR 为 1.33。
• 玻璃-液体曲面（在图中为红色）的法线指向液体外部，该曲面覆盖了玻璃与液体接触的区域，IOR 为 0.8。

杯子中液体的三个分界面

通过为两种液体材质设置合适的“最大距离”和“最大距离处的颜色”值（以获得有色液体），可以获得上一渲染图像中左侧的杯子。

海面和水面

水面与明显透明的液体稍有不同。

海洋不是蓝色的，其具有反射性。并不是很多穿透海面的光线都能够随意投射。少量的光线会再次散射回去，进行精确的子曲面散射。

要使用“Arch & Design”材质创建海平面，请按照以下步骤执行操作：

1. 将“漫反射级别”设置为 0.0、反射率设置为 1.0 以及透明度设置为 0.0。的确，不需要折射。
2. 将“IOR”设置为 1.33，并启用“按 IOR (fresnel 反射)”。将感兴趣的摇摆明暗器应用于“凹凸”（海洋 (lume) 在此处能够正常发挥效用），然后您的海洋就基本完成了。

此海洋具有只 由 IOR 控制的反射。但这可能很好地发挥效用，请尝试使用它。确保此处有内容可以进行反射。添加天空贴图、对象或只添加蓝色的渐变背景。必须存在可反射的物体，否则水将完全为黑色。

海洋不是蓝色的，而天空呈现蓝色。

为了使其更具热带风情，请尝试将“漫反射颜色”设置为浅青绿色，将“漫反射级别”设置为非常低的数值（如 0.1），并启用“不要将凹凸贴图应用到漫反射明暗处理”。

现在，水中具有基础颜色，用来模拟出现在海平面上的少量散射。

尽情热带风景。

金属

金属具有反射性，这意味着它们需要一些物体进行反射。具有真实 HDRI 环境的金属才能拥有最佳外观，该环境既可以来自以球形方式贴图的 HDRI 照片，也可以来自类似 mental ray 物理天空的物质。

要创建经典的铬合金，请禁用“按 IOR (fresnel 反射)”，将“反射率”设置为 1.0，将 0 度反射率设置为 0.9，将 90 度反射率设置为 1.0。将“漫反射颜色”设置为白色，并启用“金属反射”。

这将创建几乎完全反射的材质。调整“反射光泽度”参数以获得各种级别的模糊反射。还应该考虑使用圆角效果，该选项能够对金属对象发挥很好的作用。

金属还影响其反射的颜色。由于启用了“金属反射”，因此这种情况已经存在：尝试将“漫反射颜色”设置为金色以创建黄金。

尝试各种级别的“反射光泽度”（必要时可借助“快速(插值)”提高性能）。

您还可以更改反射率值。这在“金属材质”启用之后具有的含义稍有不同，其在反射（由漫反射颜色获得颜色）和正常的漫反射明暗处理之间混合。这允许在光泽反射和漫反射明暗处理之间混合，这两种都由相同的颜色驱动。例如，铝制材质需要一定的漫反射混合，而铬合金不需要。

金、银和铜

磨沙金属

磨沙金属是有趣的特例。在一些情况下，创建磨沙金属可能只需要使“反射光泽度”降低到您获得非常模糊反射的级别。当磨沙方向为随机设置、或笔刷太小以至于无法看到（即使是聚合效果）时，此操作便足以创建磨沙金属。

对于具有清晰拂刷方向或实际笔触可见的材质，创建令人信服的外观稍微复杂些。

磨沙金属表面微小的凹槽一起起作用会造成各向异性反射。这一点可以通过下图说明，该图通过对许多相邻的微小圆柱体（用简单的 Phong 明暗器进行明暗处理）建模来模拟笔刷槽：

许多小的相邻圆柱体

正如您所看到的，圆柱体中的反射高光协同工作，以产生各向异性高光的聚合效果。

另外请注意，高光不是连续的：它实际上被分解为若干相邻的小分段。因此，材质为磨沙金属的主要可视线索为：

• 在与磨沙方向垂直的方向拉伸的各向异性高光
• 在磨沙方向中有中断的不连续高光

模拟磨沙金属许多尝试只在各向异性的第一个效果上查看。另一个最常犯的错误就是认为高光在磨沙方向拉伸。这都是不正确的。

因此，要描述磨沙金属，有必要模拟这两个可视线索。第一个操作很简单：使用“各向异性”和“各向异性旋转”得到各向异性高光。可以采用以下几种方法执行第二个操作：

• 采用凹凸贴图
• 采用改变“各向异性”或“反射光泽度”值的贴图
• 采用改变“反射颜色”的贴图

每种方法都各有其优缺点，在此我们建议使用最后一种方法。选择此方法的原因是它能够与插值很好地协同工作。

1. 为笔刷条纹创建贴图。进行此操作的可能方法是在绘图程序中绘制贴图，或使用已在一个方向高度拉伸的“噪波”贴图。该贴图应该在中间灰度和白色之间变化。
2. 用适合磨沙的比例将此贴图应用于“反射颜色”。
3. 将“漫反射颜色”设置为白色（或金属颜色），而将“漫反射级别”设置为 0.0（或较小的值）。
4. 确保已启用“金属材质”。
5. 将“反射光泽度”设置为 0.75。
6. 将“各向异性”设置为 0.1 或与此近似的值。使用“各向异性旋转”将高光与贴图正确对齐。如有必要，可使用“各向异性通道”将其建立在与贴图相同的纹理空间基础上。

磨沙金属