7. diel - Úvod k materiálom v Blenderu

V minulej lekcii, Projekt Oblasť 51 - Chladiaca veža v Blenderu , sme si vymodelovali jednu chladiaca veža mimozemské základne a dnes sa pozrieme na materiály a na to, ako vytvoriť aspoň v základe nejaký realisticky vyzerajúce povrch modelu.

Render engine

Hoci môžete vymyslieť najdokonalejší textúru, je celá snaha márna, ak nemáte dobré nástroje, ako ju vykresliť. Blender má v dnešnej dobe dva základné vstavané renderovací stroja:

• Cycles: pomalší a vyžaduje veľké množstvo výpočtových zdrojov. Cez to všetko má však prekvapivo výborné výsledky
• Eevee: pomerne rýchle a nenáročné, ale výsledok tomu zodpovedá.

V predchádzajúcich lekciách bolo povedané, že Eevee je trochu nepresné. Na obrázku dole sú dva totožné objekty s úplne rovnakými materiálmi (zlato, rubín). Tu si tých nepresností už môžete všimnúť.

Čo z toho vyplýva? Ak budeme chcieť nejaký náhľad animácie, ktorá má mnoho snímok a zaujíma nás, či v nej nie sú animačné chyby a nedostatky alebo či je dobrá kamera - použijeme Eevee. Keď chceme náhľad jednej snímky a overiť si, či máme dobrý materiál alebo osvetlenie - rozhodne siahneme pre Cycles.

Produkčné render? No to snáď ani nemusím ďalej hovoriť.

Ešte by som sa zmienil, že k Blenderu možno pripojiť niekoľko vykresľovacích nástrojov tretích strán, ako je potrebné Povray alebo YaFaRay..., ten druhý stojí za vyskúšanie, treba pre architektúru je viac než dobrý. Avšak každý z týchto enginov má aj iné postupy tvorby materiálov. My sa budeme venovať výhradne tým vstavaným.

Skupiny shaderov

Cycles používa tzv. Shadery, čo sú objekty alebo funkcie, ktoré modifikujú materiál. Tie potom môžeme zlučovať do skupín a používať ich ako nový objekt - shader. Inak sa nástroje na tvorbu textúr nazývajú Nodes - uzly. Pretože budeme používať materiály dosť realistické a vytvoriť ich nie je pre začiatok zrovna ľahké, tak som si pre vás pripravil niekoľko čiernych skriniek. Vlastne nových "uzlov" do Blenderu. V neskorších lekciách sa do nich pozrieme a alebo to možno bude na celý samostatný kurz. Teraz to jednoducho budeme brať tak, že existujú a môžeme ich používať.

Okno shader editora

Aby som vás vydesil hneď v úvode, tak sa pozrime na okno "Shader Editore" a to, ako vyzerá jeho UI. Obrázok si kliknutím môžete zobraziť v plnej veľkosti.

" ":images/25272/bl­end/shader-wnd.png

Začneme zhora a od ľavej strany.

• Úplne hore je voľba z ponuky, ako sa k tomuto oknu dostať.
• Panel súborov vám umožní dostať sa k obrázkovým textúram. Tie zatiaľ moc používať nebudeme.
• Hneď pod ním je panel pohľadov alebo kreslenie UV textúr atď.
• Uprostred hore nájdete 3D pohľad, ktorý už po spustení Blenderu dobre poznáte.
• Pod ním je panel uzlov a v ňom už dva uzly (tie sú tam automaticky pre akýkoľvek nový materiál). Ten nás bude zaujímať najviac.
• O niečo viac vľavo sú dve voľby:
  • Hornú tvorí materiál pre celý "svet", teda pozadie výsledného renderu.
  • Spodná voľba obsahuje materiál pre modely.
• Hore vpravo je zoznam objektov. Tam ich môžeme aj vyberať a upravovať ich textúry.
• Dole nájdeme roletkovej panel materiálu, kde môžeme okrem iného modifikovať parametre (ale priamo v uzloch je to pohodlnejšie). Tiež tam môžeme materiál vytvárať. Zaujímavé je, že tam nájdeme aj uzly, ktoré by sme márne hľadali pomocou skratky Shift + a v paneli uzlov. To ma dosť prekvapilo, keď som pre vás předvytvářel nové "nódy".

Základné shadery

Teraz si predstavíme protivníkov s ktorými budeme zápasiť a pevne verím, že nielen, že budú porazení, ale že vám vo finále budú aj úplne na smiech a alebo ešte lepšie, že sa stanú vašimi najlepšími priateľmi.

Základné uzly sú vlastne Bidirectional Scattering Distribution Function, skrátene BSDF. Ak vám to príde ako hrozný názov, tak vedzte, že v preklade je to Funkcia Obojsmerného rozptyl, jednoducho to berte ako "fór"

Diffuse BSDF

Toto je najpoužívanejší "shader", ktorý určuje farbu povrchu. Ako by povedal fyzik: pravdepodobnosť, že sa svetlo odráža alebo prenáša pre každú vlnovú dĺžku.

Má niekoľko parametrov:

• farbu samotnú
• Drsnosť povrchu - Roughness
• Normálu - čo by mohlo predstavovať povrchovej tiene.

Normála

Dovolím si malú fyzikálne odbočku a trochu naznačím, čo to tá normála je. Definícia hovorí, že je to jednotkový vektor idúce kolmo od povrchu. Čo u drsného povrchu môže byť trochu problém určiť, ale matematika na to má vhodné nástroje, ako je potrebné diferenciálnej počet a rôzne parciálne derivácie.

Našťastie toto bude Blender robiť za nás. To sa mi uľavilo .

Glass BSDF

Tento shader umožňuje vytvárať priehľadné materiály o rôznych vlastnostiach. Tu je opäť farba, drsnosť a niečo možno namapovať do normál. Navyše tu pribudol lom svetla (IOR = index lomu svetla). To je dôležitá vlastnosť pre vytváranie treba vody, drahých kameňov, pohárov a pod.

Pre zaujímavosť ai neskoršie použitie je tu malá tabuľka indexu lomu niektorých materiálov:

materiál	IOR
vákuum	1
vzduch (normálny tlak)	1,00026
ľad	1,31
voda	1,33
etanol	1,36
glycerol	1,473
sklo	1,5 - 1,9
soľ	1,52
zafír a teda aj onen rubín	1,77
diamant	2,42

.<>

Glossy BSDF

Táto funkcia určuje odrazivosť povrchu. Výborne sa hodí pre zrkadla, kovové materiály, lakované povrchy a tak vôbec pre všetko lesklé.

Základné parametre sú totožné ako vyššie uvedené. Avšak má niekoľko ďalších vlastností, akými môže odraz svetla prebiehať. Avšak o tom až v reálnej praxi.

Refraction BSDF

Toto by sa dalo zaradiť k predchádzajúcemu shader, ale na rozdiel od neho je určený nie pre materiály, ktoré sú úplne nepriehľadné, ale skôr pre také, čo majú čiastočnú priehľadnosť. Trebárs už vyššie menovaný lakovaný povrch, alebo drevený stôl so sklenenou doskou a iné podobné objekty majúce ostré rozhranie.

Fyzikálno je to vlastne lom vlny. Keď máte dve prostredia s rôznou hustotou, tak vlna na ich rozhraní mení smer. No nečudujte sa, vlastne pracujete s optikou a tam sa znalosť fyziky dosť hodí aspon pre pochopenie princípov, prečo sa mi to deje práve takto a nie inak. Opäť je za tým šialená matika, ale diferenciálom sa vyhneme, len goniometrie.

Ak budeme chcieť dosiahnuť naozaj dokonalé výsledky, s radosťou po tejto funkcii siahneme.

Specular

Tu bude opis trochu zložitejšie, ale skúsim to. Je to istá miera zrkadlového odrazu, ktorá je závislá na indexe lomu svetla. Určuje čelné (pozdĺž normál) odrazivosť v najbežnejším rozmedzí 0 - 8 %.

Je na to aj Freshnelova rovnica, ktorá hovorí presnú závislosť na lome ((lom-1)/(lom+))^2 / 0.08), z čoho vyplýva, že napríklad diamant s lomom 2.4 má túto odrazivosť asi 2.15 (sú to bezrozmerné veličiny ).

Anisotropic BSDF

Veľmi zaujímavá funkcia, ktorá pridáva odrazivosť priamo do drsnosti materiálu a ktorá je založená na UV mapovanie (zase sprosté slovo). Proste vytvára zaujímavé odlesky, napríklad ako na nahranom CD, aj keď tam ide skôr o refrakcie a dá sa použiť ako spektroskop domácej výroby.

Obrázok snáď napovie viac.

Navyše mi niečo hovorí, že túto funkciu v najbližšej dobe použijeme - a tak si ju tam následne rozoberieme viac do detailov.

Emission

Tento shader zaisťuje, že objekt svieti sám o sebe. Budeme ho využívať na rôzne svetelné zdroje - blesky, písmená a na monitory obrazovky. Proste na všetko, čo svieti a nie je to hlavný zdroj svetla ako je reflektor, lampa, slnko atď.

Subsurface Scattering

Výborná vec, ktorá sa nazýva podpovrchový rozptyl. Čo to znamená? Vzali ste si niekedy silnejší zdroj svetla a presvietili si ním ruku?

Zistili ste, že po okrajoch koža sa svetlo zaujímavo rozptyľuje a vytvára až magické efekty. Práve k tomu je tento shader určený.

To by mohlo k tým základom zatiaľ stačiť, ale musíme si tiež povedať, že existujem procedurálne textúry. Tie sú parametrizované a sú namapované do základných shaderov - a to ako do ich farieb, tak aj normál, čím môžu deformovať povrch.

Ďalej existujú rôzne filtre a vektorové šialenosti, gradientný mapy a veľa ďalšie zaujímavých vecičiek, ktoré, keď sa naučíte používať, budete nadšení z výsledkov, ku ktorým sa dostanete. Väčšinu z týchto vymožeností si predstavíme za pochodu, ale šetrite sily, pretože je to pochod cez Saharu - veľa dlhá trať - do cieľa sa však dostaneme a verím, že bez strát.

Použité: väčšina použitých obrázkov pochádza z referenčnej dokumentácie Blenderu.

Nabudúce, Tvorba materiálov v Blenderu a praxi , sa vrhneme do skutočnej materiálovej praxe.