Каустика в Vray для 3DS MAX

Информация о материале

Автор: Долматов Вячеслав

Просмотров: 8548

В данной статье рассмотрим эффект каустики, реализованный в модуле визуализатора Vray. Вдаваться в углублённые теоретические рассуждения о том, что такое каустика, думаю не стоит. Если Вы решили прочитать статью, посвященную эффектам каустики, то я предполагаю что Вы достаточно ясно представляете что такое каустика и зачем она нужна. Итак, приступим к делу.

Для того, что бы наблюдать за дальнейшими рассуждениями скачайте готовый файл с предварительными настройками:

Скачать

Для данного урока я использовал 3DS MAX 2016 и V-Ray Adv 3.20.02, если Вы работаете в более ранних версиях, то не могу гарантировать, что данный файл у Вас корректно откроется.

В сцене присутствует плоскость, на которой расположено кольцо и два источника света.
Генерация каустики осуществляется источниками света и правильный выбор типа источника света, является важным условием для последующей корректной визуализации каустики. Возможно, для кого то это будет новостью, но источники света визуализатора Vray - НЕ ПОДХОДЯТ в качестве генераторов каустики. В принципе, генерировать каустику они могут, но это будет далеко не лучший выбор. Куда больше для этих целей подходит стандартный источник света Targent Direct. Именно его мы и будем использовать в качестве генератора эффектов каустики. А виреевский источник света VRayLight-Plane используется исключительно в качестве освещения сцены и к созданию каустики не имеет ни малейшего отношения.

Исходя из этих соображений определялись настройки источников света. Выделите Targent Direct и кликнув по нему правой кнопкой мыши перейдёте в настройки V-ray properies:

Вы увидите настройки, которые присваиваются по умолчанию любому источнику света, создаваемому в программе 3ds max:

Здесь нас интересуют параметры, которые относятся к генерации каустики источником света Targent Direct:

Generate caustics – если в этом поле стоит галочка, то источник света участвует в генерации каустики. В том случае, если Вы не хотите, что бы данный источник генерировал каустику, то галочку следует снять.

Caustic subdivs – если Вы работаете с модулем визуализации Vray, то наверняка знаете, что параметр subdivs всегда влияет на качество конечного результата, будь то качество просчёта теней, размытия (например, в случае матового стекла) и других параметров. Аналогично этот параметр влияет на качество получаемой каустики, чем выше это значение, тем меньше зернистость получаемого эффекта и тем более сглаженным получается конечный результат. Следует учесть, что увеличение значения subdivs, увеличивает время рендеринга сцены.

Caustics multiplier – коэффициент, влияющий на силу проявления эффекта каустики, говоря простым языком, чем выше это значение, тем каустика ярче.
Здесь следует иметь ввиду, что на яркость каустики, так же влияет параметр Multiplier источника света Target Direct. Чем выше его значение, тем ярче будет выглядеть эффект каустики:

По сути, значения Caustics multiplier и Multiplier – взаимозаменяемы. Влиять на яркость каустики можно как одним, так и другим способом.

На данном этапе мы не будем ничего менять в настройках источника света Targent Direct, которые были созданы по умолчанию. Оставьте всё как есть в настройках V-ray light properties и закройте данный диалог.

Далее перейдите в панель модификаторов источника света Targent Direct (возможно на предыдущем шаге Вы уже к ним перешли):

и нажав на кнопку Include…, войдите в настройки выбора объектов сцены, которые могут быть включены в список освещаемых этим источником, или исключены из него (Exclude/Include):

Установите галочку у параметра Include (в сцене, которую Вы скачали она уже стоит), как это показано на рисунке выше и нажав на кнопку OK, закройте этот диалог.

Скорее всего, у Вас возник вопрос, в чём смысл подобных действий? Ведь поставив галочку у параметра Include, мы предписали источнику света, включить в список освещаемых им объектов некоторые элементы сцены, которые должны были указать. Но при этом так ничего и не указали (напоминаю, что список объектов включённых в освещение должен находиться в окне справа, а слева находится список всех объектов сцены, из которых следует сделать выбор). Всё дело в том, что данный источник света участвует только в генерации каустики и для того, что бы он не освящал сцену (для этого у нас есть другой источник света), активировав пустой список мы исключили все объекты из освещения. На генерации каустики это никак не скажется. Теперь мы имеем источник света, который ничего не освещает, но генерирует каустику.

Следует сказать пару слов и о виреевском источнике света VRayLight-Plane. Он предназначен только для освещения сцены, поэтому генерация каустики у него отключена. Вы можете убедиться в этом зайдя в настройки V-ray properies:

Совет на будущее!
Всегда отключайте генерацию каустики у тех источников света, которые не участвуют в этом эффекте. Иначе Ваша сцена будет зашумлена “каустическими артефактами” идущими со всех сторон и Вы не сможете настроить Вашу сцену.
Разумеется, сказанное справедливо только для сцен, в которых каустический эффект присутствует. Если создаёте сцену в которой нет каустики, то отключать этот эффект у источников света не нужно. Там всё равно, есть эта возможность, или нет.
Ну, а поскольку одного совета для такой важной темы как генерация каустики в 3D графике, будет недостаточно, то вот ещё один. Выделите источник света Targent Direct и посмотрите в разных окнах проекции на то, как сфокусирован его луч. Видно, что луч достаточно точно сфокусирован на кольце с небольшим запасом по краям. Это ещё одно правило, которое следует соблюдать, а именно – всегда фокусируйте источник генерации каустики на том объекте, который является отражателем для исходящих фотонов света. Иначе свет может “залезть” на территорию, в которую ему вторгаться не желательно. К примеру, источник света может попасть на объект в сцене, материалы которого способны генерировать каустику, но Вы не хотели бы, что этот объект участвовал в эффекте каустики. Исключением здесь может быть случай, где объекты расположены довольно близко друг от друга и все они (по вашей задумке) должны генерировать каустику. Например, стеклянные рюмки, расположенные в сцене. В таком случае, можно попытаться их всех охватить одним источником света. По своему опыту скажу, что редко так складывается, что бы один источник света удачно генерировал каустику для множества объектов. Но исключения бывают.

Что ж теории достаточно, давайте займёмся практикой.
Пора визуализировать сцену и посмотреть, что из этого получилось.
Если Вы потеряли нить рассуждений, то вкратце напомню, что мы пока ещё ничего не сделали, только открыли сцену и поговорили о том, какой источник света наиболее подходит для генерации каустики. Если по ходу урока у Вас что-либо пошло не так, то откройте сцену снова и визуализируйте её.

Вы увидите следующую картинку:

Скорее всего, Вы сильно разочарованы. Ведь столько говорили, выбирали источник света, обсуждали его настройки и что получилось в итоге? Никакой каустикой даже и не пахнет!

Каустика будет и уже скоро!
Пока мы прошли только часть пути. Осталось присвоить сцене материалы способные генерировать каустику и сообщить визуализатору Vray, что при рендеринге сцены мы хотим получить эффект каустики. По умолчанию, функция отвечающая за генерацию каустики в Vray отключена. А поскольку сам он никогда не догадается что мы от него хотим, то ему следует об этом сообщить.

Вызываем панель настроек Vray (клавиша F10), переходим на панель GI, раскрываем свиток Caustics и активируем функцию генерации каустики, установив галочку как это показано на рисунке:

Остальные параметры пока оставим без изменений.

Осталось присвоить материалы для плоскости и кольца. Здесь Вы должны понимать, что далеко не каждый материал способен генерировать каустику. Согласитесь было бы странно, если эффект каустики мы наблюдали от камня лежащего на дороге, или куска дерева. Принципиально важным моментом здесь является то, что объектам, предназначенным для каустики должны быть присвоены материалы обладающие, или рефлективными (отражающими) свойствами, или рефрактивными (преломляющими) свойствами, так же допустимо, что оба этих свойства присутствуют одновременно. Если в материале не будет этих свойств, то эффекта каустики Вы не увидите.

Мы здесь не будем углубляться в теорию создания материалов для Vray, это отдельный пласт, рассматривая который можно написать не одну докторскую диссертацию и даже получить Нобелевскую премию. Наша зада – изучение каустики, так что ограничимся тем что присвоим плоскости обычный материал Vray светло-серого цвета, а кольцу назначим материал, обладающий рефлективными свойствами, например что то похожее на материал хрома.

Откроем редактор материалов (клавиша M), выберем первый свободный слот и назначим ему обычный, стандартный материал Vray:

Менять в созданном материале ничего не нужно. Это будет обычный стандартный материал Vray, серого цвета с уровнями RGB в диффузном канале равными 128. Генерировать каустику он не сможет, потому как никаких отражающих и преломляющих свойств он не имеет. Но для плоскости этого и не требуется. Она не генерирует, а принимает каустику. Назначьте этот материал плоскости.

Далее создадим материал для кольца. Так же как и в предыдущем случае, поместите в следующий свободный слот стандартный материал Vray:

Для Diffuse – установите чисто чёрный цвет (RGB=0), для Reflect – установите чисто белый цвет (RGB=255), проследите, что бы у Fresnel reflections стояла галочка и кнопка у параметра Fresnel IOR (с буквой L) была отжата, при этом параметр будет активирован и значение 1,6 должно подсветиться белым цветом. Затем нажмите на копку расположенную правее от Fresnel IOR (сейчас на этой копке расположена буква М, но у Вас пока этой буквы не будет), откроется окно Material/Map Browser: 

Выберите карту VrayColor и нажмите на OK. Появятся значения параметров карты VrayColor:

По умолчанию, значение параметра color будет иметь серый цвет. Установите его в чёрный цвет, присвоив значения RGB=0, как это показано на рисунке. Выйдите из режима редактирования параметров карты и присвойте полученный материал кольцу. Таким образом для кольца мы создали простой материал полированного металла обладающий рефлективными (отражающими) свойствами, близкий к хрому.

Визуализируйте сцену. У Вас должен получиться результат приблизительно похожий на тот, что вы видите:

Каустика появилась!
Видно, что интенсивность каустики следует понизить. Потому как внутри кольца она слишком перенасыщена и вокруг кольца видны артефакты.

Зайдите в настройки V-ray light properties источника света Target Direct и уменьшите значение Caustics multiplier до 0,2:

Визуализируйте сцену. Теперь каустика имеет вполне респектабельный внешний вид:

Если у Вас что то пошло не так и Вы не получили подобного результата, то скачайте сцену на данном этапе и посмотрите её настройки:

Скачать

Если Вы хотите изменить форму каустики, расположенную внутри кольца, то можете это сделать. На форму и расположение каустики влияет положение источника света Target Direct. Перейдите в окно Front и захватив ось Y, переместите положение источника света Target Direct вверх, или вниз:

Затем визуализируйте сцену и увидите, что форма каустики внутри кольца изменилась. Я сделал несколько образов для примера:

Следующий, весьма не маловажный момент – это цвет каустики.
Здесь следует иметь ввиду, что цвет каустики, отбрасываемый объектом сцены, зависит как от характеристик материала присвоенных объекту, так и от цвета источника света генерирующего каустику. Если объект не прозрачен (как в нашем случае – материал хрома), то цвет каустики зависит от цвета материала самого объекта, а если объекту присвоен прозрачный (или полупрозрачный) материал, (например, материал стекла), то цвет каустики может не совпадать с цветом объекта и коррекцию цвета каустики следует производить изменяя цвет источника света.

Проведём эксперимент и наглядно продемонстрируем вышесказанное. Для этого войдите в редактор материалов и измените цвет материала хрома с белого на красный, изменив настройки параметра Reflect, как это показано на рисунке:

После визуализации сцены увидите, что цвет отбрасываемой кольцом каустики тоже изменился и соответствует цвету объекта:

Далее визуализируем сцену, в которой вместо непрозрачного материала (условно назовём его материалом красного хрома), кольцу будет присвоен прозрачный материал красного стекла.

Что бы не загружать статью объяснениями как из металла сделать стекло скачайте сцену по ссылке ниже. Там Вы увидите ту же самую сцену, в которой кольцу будет присвоен материал красного стекла и в настройках V-ray properties источника света Target Direct, я увеличил значение Caustics multiplier до 1, что бы лучше видеть конечный результат:

Скачать

После визуализации сцены получим следующий результат:

По бокам кольца, виден эффект каустики имеющий красный цвет, а внутри цвет эффекта остался белым, что выглядит не совсем естественно. Для того, что бы изменить цвет каустики внутри кольца нужно изменить цвет источника света Target Direct. Для этого следует зайти в настройки источника света и поменять белый цвет, на цвет имеющий красноватый оттенок, или чисто красный:

После рендеринга сцены получим следующий результат:

Сейчас цвет каустики соответствует цвету объекта.

Теперь следует сказать о глобальных настройках Vray. Откройте диалог Render Setup (клавиша F10), зайдите на вкладку GI и раскройте свиток Caustics:

В свитке Caustics кликните левой кнопкой мышки по панели Default, что бы перейти на панель Advanced и раскрыть все интересующие нас параметры.

Зачем стоит галочка возле параметра Caustics, Вы уже знаете. Она активирует расчет каустики в визуализаторе Vray. Если эта галочка не установлена, то эффект генерации каустики в Vray будет отключён.

Search dist – данный параметра показывает на какое расстояние (глубину) будет распространяться эффект каустики. К примеру, если у Вас на столе расположены высокие фужеры из стекла для шампанского, то для того что бы сгенерированная верхними частями фужеров каустика, достигла стола, это расстояние следует увеличить. Но следует помнить, что увеличение данного параметра может вызвать артефакты в виде увеличения зернистости каустического эффекта.

Max photons – этот параметр аналогичен параметру Caustic subdivs, с которым Вы уже сталкивались по ходу изучения данной статьи заходя в настройки V-ray properies. Он влияет на качество получаемой каустики, чем выше это значение, тем меньше зернистость получаемого эффекта и тем более сглаженным получается конечный результат. Следует учесть, что увеличение значения Max photons, увеличивает время рендеринга сцены. Так же следует не забывать что в отличие Caustic subdivs, который влияет на качество каждого конкретного генератора каустики, данный параметр является глобальным, т.е. изменяя его значение, Вы меняете качество (и тем самым стиль) всех каустических эффектов в сцене. И если у Вас в сцене имеется, к примеру, десять источников света генерирующих каустику, которые Вы уже настроили, то меняя значение параметра Max photons, Вы измените все Ваши настройки. Так что пользоваться этим параметром следует крайне аккуратно.

Multiplier – коэффициент, влияющий на силу проявления эффекта каустики, аналогичный параметру Caustics multiplier. Здесь так же следует не забывать, что это глобальный параметр и он меняет силу эффекта каустики одновременно для всех источников света.

В заключении добавлю, что исходя из личного опыта, для того, что бы добиться хороших результатов в сценах имеющих эффект каустики Вам, как правило, придётся многократно проводить тестовые визуализации сцен, добиваясь желаемого результата. Пробуйте, экспериментируйте. Здесь немало зависит от вашей фантазии, накопленного опыта и глубины знаний.

Поколдовав немного над нашей сценой, добавив текстуры в программе Substance Painter и применив в качестве освещения карту VrayHDRI, я в итоге получил несколько результатов:

Вот и всё, что я хотел Вам сказать о методе реализации каустики в Vray!