Движок для игр Unity 3d - на русском

Подповерхностное рассеивание - это прохождение и рассеивание света внутри тонкого просвечивающегося материала. Человеческая кожа - это пример такого материала, поскольку она состоит из многих тонких просвечивающихся слоев. Материал с подповерхностным рассеиванием идеален для создания кожи в компьютерной 3D графике и именно для этого был создан материал Mental Ray Subsurface Scattering Fast Skin (далее SSS Fast Skin) (материал быстрая кожа с подповерхностным рассеиванием для Ментал рея).

Стандартный материал

Чтобы увидеть преимущества использования материала SSS Fast Skin, модель человеческой головы была освещена с помощью трехточечной системы освещения, и ей был назначен стандартный материал с затенением по Фонгу (Phong). В результате получили ненатуральный пластмассовый вид из-за резких теней.



Теперь модель освещена с помощью трех менталреевских источников света (mr area Spot), так как эти источники света позволяют получить мягкие тени. Основной источник света помещен выше лица и справа помещен дополнительный источник мягкого света, чтобы осветить теневую часть модели, а затем резкий обратный свет, чтобы выделить челюсть и отделить лицо от фона.

 

Материал SSS Fast Skin с настройками по умолчанию

Перед тем как создавать любой материал всегда хорошо иметь под рукой референсы. Пока 3d графика может воссоздавать природные материалы, референсы могут использоваться когда модель начинает выглядеть «как-то не правильно».

Применение материала SSS Fast Skin со значениями, устанавливаемыми по умолчанию приводит к созданию воскоподобного материала. Однако, можно заметить, что тени стали мягче.

Scale conversion factor (Коэффициент Соответствия Масштаба)

Материал SSS Fast Skin зависит от масштаба модели. Лучше использовать модели, имеющие приближенные к реальным размеры. Модель головы, используемая в этом примере, шириной 190 мм, включая уши - это средняя ширина человеческого лица. Коэффициент соответствия масштаба может использоваться, когда масштаб не совсем правилен для регулирования эффекта подповерхностного рассеивания. В 3ds max 7, Scale conversion factor (Коэффициент Соответствия Масштаба) расположен в разделе Advanced Options (дополнительные настройки). Установка его в 100 делит каждый из трех радиусов диффузного слоя: Эпидермальный (Epidermal layer scatter), субдермальный (Subdermal layer scatter) и нижний (Back Surface layer scatter) поверхностные слои. В результате - жесткие, более темные тени, без эффекта рассеивания.

Установка Scale conversion factor (Коэффициент Соответствия Масштаба) к 0.1 приводит к слишком большому и зернистому рассеиванию. Результат выглядит как красный шарик из за того, что субдермальный слой(более низкий (второй) красный слой) слишком сильно просвечивается через верхний.

Back surface scatter (Нижний слой рассеивания)

Нижний слой рассеивания (Back surface scatter) позволяет контролировать, как много света сможет пройти через объект и может использоваться, чтобы показать вены и артерии. Чтобы увидеть эффект, отключите все, кроме Back surface scatter (Нижнего слоя рассеивания). Применение следующих установок создает силуэт с частичной прозрачностью.


3-Layer Diffuse Subsurface Scattering
Unscattered diffuse weight = 0.0 
Epidermal Scatter weight = 0.0
Subdermal scatter weight = 0.0 
Back scatter weight = 1.0

-Layer Specularity and Reflections 
Overall specular weight = 0.0

Scale Conversion = 1.0

Мы повернули и опустили модель, что бы показать ухо, так как на нем наиболее четко виден эффект заднего рассеивания.

Subdermal layer scatter (Субдермальный слой)

Он является средним или жировым слоем и создает эффект красного свечения. Чтобы увидеть производимый эффект увеличьте значение Subdermal Scatter weight (вес субдермального рассеивания) до 1,0 и убедитесь, что значение радиуса (Subdermal Scatter radius) 25 мм

Уменьшение субдермального радиуса приводит к резким теням, как можно видеть на следующем изображении.

С другой стороны очень большое увеличение субдермального радиуса до 100 мм приводит к сильному рассеиванию и очень мягким теням.

Установка Scale conversion factor (Коэффициента Соответствия Масштаба) к 0.1 приводит к слишком большому рассеиванию и зернистости. В результате получим что-то вроде красного шарика, так как слишком много просвечивается субдермального (красного) слоя.

Epidermal layer scatter (Эпидермальный слой)

Эпидермальный слой - это верхний слой кожи или внешний слой. Чтобы увидеть эффект, отключите субдермальный и нижний слои. Установите следующие значения:


Epidermal scatter weight = 1.0

Epidermal scatter radius = 8.0 mm

Subdermal scatter weight = 0.0

Back scatter weight = 0.0

Так же как и для субдермального слоя и Scale conversion factor (Коэффициента соответствия масштаба), уменьшение Эпидермального радиуса рассеивания приводит к уменьшению результата рассеивания, и увеличение радиуса увеличивает рассеивание, делая результат более мягким.

Карты:

После настройки трех слоев рассеивания - Эпидермальный, субдермальный и нижний – следующее изображение было прорисовано, готовым для карты.


Unscattered diffuse weight = 0.4

Epidermal Scatter weight = 0.5

Epidermal Scatter Radius = 8mm 

Subdermal scatter weight = 0.5

Subdermal scatter radius = 35mm 

Back Surface scatter weight = 0.5

Back Surface scatter radius = 25mm 

Back Surface scatter depth = 25mm

Карта неровностей

Человеческая кожа имеет поры, которые лучше всего изобразить картой неровностей (bump map). Без неровностей кожа получается слишком гладкой и блестящей. Рассеивание заполнит маленькие щели между неровностями и сделает их менее жестким. Результат малозаметен и подобен подповерхностному рассеиванию в чистом виде, но важен.

Карта неровностей (bump map) создавалась непосредственно в photoshop-е с помощью заполнения слоя 50% серым цветом, а затем применение фильтра Noise величиной 1%, распределение по Гауссу (Gaussian Distribution) и Монохромный (MonoChromatic). Результат - это чистая колоколообразная гистограмма убывания с обоих сторон серой середины.

Блики кожи и карты блика (Specular map)

Материал SSS Fast Skin имеет два слоя бликов. Первый блик, используется для широких и мягких бликов и второй блик более узкий и используемый для детализации блика. Установка Overall Specular weight (Общего вклада блика) к 1.0, приводит к «включению» блика и установка Specular Weight #2 (вес Блика #2) к 1.0 приводит к таком вот маслоподобному результату.

Человеческая кожа не однородно блестяща. Там где кожа расположена ближе к костям, она блестит больше, а также вокруг влажных областей, как например губы. Карты блика (Specular map) используются, чтобы управлять блеском кожи, белые участки соответствуют максимальному блику, а черные - отсутствию блика. Карта бликов для Specular Weight #2 делалась таким образом, что губы выглядят влажно, а остальная часть кожи имеет только легкий естественный маслянистый блик.

В канале Specular Weight #1 вставлена карта шума используемая, чтобы смягчить и кроме того управлять общими результирующими бликами.

Карта цвета:

Канал эпидермального рассеивания используется для карты цвета кожи и эта же карта в оттенках серого размещена в Unscattered diffuse color, чтобы управлять диффузией тонов. Часть цвета кожи прибывает от диффузии света в красноватом подкожном слое. Здесь губная помада была применена к рту и немного розового добавлено полному цвету кожи.

Карта цвета:

Трассировщик луча для SSS Fast Skin требует просчета большого количества лучей и существенно замедляет прорисовку. Если поставить галочку Only Reflect Environment (Только отражение окружающей среды) выключает трассировку луча, но разрешает отображение окружения. Здесь Reflection Weight (Вес (вклад) отражения) установлен к 0.1 и Reflection Edge Weight (вес (вклад) отображения кромок), установлен к 1.0.

Установка высокого Reflection Edge Weight гарантирует, что кожа будет вести себя реалистично в том, что это отображение больше, если смотреть сбоку. Поскольку много отображения происходило вокруг внутренних краев губ, в канал Reflection Edge Weight была размещена карта, предотвращающая слишком сильное отражение от губ.

Final Gathering (Финальный подсчет):

Использование функции Final Gather добавляет реализма с помощью добавления небольшого добавочного освещения и смягчения кожи. Здесь Samples (Образцы, семплы) установлен к 100, Maximum radius (Максимальный радиус) к 10, и Minimum radius (Минимальный радиус) установлен к 5. Необходимо включить (поставить галочку) Scatter indirect illumination (рассеивание отраженного света) в свитке Advanced Options, поскольку этот параметр по умолчанию выключен, чтобы экономить время просчета.

Заключительный результат - это нежный тон кожи со всеми естественными неровностями.

Используемые карты можно скачать в приложении

Литература

Andersson, Z., Mental ray fast subsurface scattering tutorial, Berlin , Mental Images, 2004
http://www.lamrug.org/resources/doc/sss-skin-tutorial.pdf
Alton , J., Painting with Light, Berkeley , University of California Press, 1949


Автор: Philippe Le Miere

Перевод: Helygan