Что такое PBR? Часть 4.2

Прервал я свое описание диснеевских PBR принципов в шейдинге на свойстве Specular Roughness.
Шероховатость поверхности может иметь нерегулярную структуру, которую можно представить как обычный шум (noise), а может иметь регулярно-направленную структуру, которая будет оказывать существенное влияние на форму блика поверхности.
Блик на поверхности, образованный нерегулярным типом микрошероховатости (бумага, бетон, штукатурка, материалы которые были подвергнуты пескоструйной обработке и т.д.) называют Изотропным.
Блик на поверхности, образованный регулярно-направленным типом микрошероховатости (ткань, брашированный метал, волосы, древесина и т.д.) называют Анизотропным.

Anisotropy

Блик всегда повернут перпендикулярно направлению шероховатости поверхности, от сюда вытекает следующее свойство Anisotropy Rotation (англ. Rotation — вращение)

Anisotropy Rotation

Следующая опция Sheen (англ. Sheen — отблеск, отлив) преимущественно применяется при реализации тканевых шейдеров. В статье о диснеевских принципах, он описывается как «an additional grazing component». Данную формулировку в контексте статьи можно перевести как «дополнительный компонент со скользящим затуханием по поверхности».
У данной опции «ноги растут» от такого свойства поверхности, как ворсистость. Микроворсинки, торчащие из волокон нити, это тоже своего рода шероховатость поверхности. На гладких тканях (шелк, плащевка и т.д. ) это свойство не проявляется, но на шерстяных тканях, бархате и им подобным это свойство достаточно заметно.
Это свойство не имеет реализации в стандартном шейдере V-ray, но может быть реализовано достаточно просто и честно, через процедурную карту Falloff в режиме Fresnel (затухание по Френелю).

Sheen

 
Sheen Tint это надстройка к опции Sheen, которая окрашивает ворсинки в цвет близкий к диффузному. Обоснование тоже самое как и в случае со Specular Tint — волокна из которых состоят нити тканей транслюцентны, свет проникает вовнутрь, отражается и возвращается обратно на поверхность, «окрашивая» волокна «диффузным» цветом.

Sheen Tint 

Следующая опция Clearcoat (англ. Clearcoat — дословно «чистое покрытие», лак), достаточно узкоспециальная и не имеет широкой практики применения в рядовой визуализации. Через данную опцию реализуются автомобильная краска, дерево покрытое лаком с двойным бликом и прочие уникальные поверхности.
V-ray данной опции не имеет, так как частота её применения исключительно мала в общей практике, но реализовать данную опцию через VrayBlendMtl в режиме Shellac не составляет никакого труда, к тому же для автомобильной визуализации написан отдельный шейдер VRayCarPaintMtl.

Clearcoat

Опция Clearcoat Gloss — контролирует глянцевитость лака. В диснеевском шейдере диапазон этой опции урезан (ужат) до 0,25 Roughness или 0,75 Glossy эквивалент. Забыл упомянуть, что само покрытие имеет IOR 1.5 (среднее значение IOR для большинства лаков), а BRDF функция GGX, а не GTR, что важно.

Clearcoat Gloss

Прозрачность и термины связанные с ней. В первую очередь опция Refraction и её определение.
Refraction (англ. Refraction — Преломление ). Так же как и в случае с Reflection — данная опция просто «включает» прозрачность у материала, где белый цвет означает полную прозрачность, а IOR определяет силу преломления.
В «быту» термин Refraction, как правило, не употребляют. Вместо него используется термин Transmittance (англ. Transmittance — пропускающая способность, светопроницаемость) Почему так?

Ответ прост, поскольку вся физика материалов основана на поведении (взаимодействии) луча света при столкновении с поверхностью объекта. Некий условный луч, при столкновении с поверхностью может либо отразиться, формируя Specular и Diffuse свойства поверхности, а может быть поглощен данной поверхностью полностью или частично.

Transmittance

Очень важно разобраться с определениями, тогда все становится предельно просто, в контексте понимания как настраивать прозрачные и не очень материалы.

Opaque (англ. Opaque — непрозрачность).
Материал считается непрозрачным, даже если, имея минимальную толщину, он не пропускает свет.
Transparent (англ. Transparent — прозрачный)
Материал считается прозрачным, если очертания предмета, просматриваемого через него, различимы.
Translucent (англ. Translucent — полупрозрачный, просвечивающий)
Материал считается полупрозрачным, если он пропускает свет, но через него не видно никаких объектов или они плохо различимы.

С прозрачностью и непрозрачностью, все предельно просто — это две крайние точки. У непрозрачных материалов, я уже разобрал все возможные опции.
Прозрачный материал не имеет диффузной составляющей поэтому максимально корректным решением будет черный цвет в слоте Diffuse. Цвет прозрачности определяет такое свойство как Light absorption (англ. Light absorption — поглощение света). И вот тут опять начинается путаница в определениях. Термин absorption color (англ. Absorption color — цвет поглощения) иногда используется неуместно и не корректно.
В реальности, когда речь ведется о поглощении света, то это значит следующее — когда я вижу желтое стекло, то это значит что были поглощены все остальные цвета, кроме желтого. В качестве примера приведу Corona renderer — заявленная опция absorption color, употребляется неуместно, правильней было бы использовать термин Observed Color (англ. Observed Color — наблюдаемый цвет, видимый цвет) Ниже приведена таблица, поглощаемых и наблюдаемых цветов.

В V-Ray была произведена замена терминов, вероятнее всего, что бы не ошибиться в терминологии. Observed Color было дано название Fog (англ. Fog — туман), а такое свойство как Absorption distance (англ. Absorption distance — дистанция поглощения) подается как опция Fog Bias (англ. Fog Bias — смещение тумана). Формулировки, на мой взгляд, тоже так себе, но что есть то есть.
Какие термины употреблять уместнее всего?
Transmitance color — цвет прозрачности. В V-Ray, как уже говорил этот термин подразумевает собой опция Fog и добавочная «подкрутка» к ней — Fog multiplier.
Light attenuation — сила (глубина, скорость) затухания луча света внутри объема объекта, характеристика основанная на свойстве Absorption distance. По факту, затухание света внутри объема работает по умолчанию. То есть чем объект толще, тем он темней, но во многих рендер движках, есть возможность подкрутить силу затухания в большую или меньшую стороны. В V-Ray это опция Fog Bias.

Transmittance colour & Attenuation

Из таблицы видно, что при одинаковом значении цвета прозрачности, можно получить разную глубину прозрачности, меняя значение параметра attenuation (Fog Bias)
Более сложные, с точки зрения физики взаимодействия с лучом света— транслюцентные материалы. Полупрозрачность, в первую очередь, обусловлена наличием мелких непрозрачных частиц внутри объема. Наличие таких частиц, а так же их структура (форма, строение) дает начало для свойства Transmission roughness (англ. Transmission roughness — шероховатость прозрачности) и вытекающее из него SSS (Sub Surface Scattering) свойство.
Так же как Specular roughnes «заставляет» луч света «растекаться» бликом по поверхности — Transmission roughness «ломает» направление луча внутри объекта заставляя его растекаться внутри объема создавая эффект подповерхностного рассеивания света. В реальности подповерхностное рассевании света не возможно без внутренних "дефектов", но в компьютерной графике Transmission roughness и SSS разделены и пользователю можно их задействовать независимо друг от друга, т.е. "включение" Transmission roughness в шейдере не "запускает" алгоритм вычисления SSS в простом шейдере VrayMtl, его нужно включать отдельно.

Transmission roughness

В V-ray свойство Transmission roughness имплементировано через опцию Refract glossy, а что до SSS свойств, то я о них говорил в начале этого обзора.