MAXWELL渲染Word格式文档下载.docx
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它也可以为每一帧动画在一个单独的层中保存每一个光发射器。
8、材质
MAXWELL的材质是用符合物理原理的BSDF曲线(双向散射分布函数)定义的,并增加了在同一个物体上叠加不同层的物理材料的能力,比如BSDF或者SSS(次表层散射)。
薄膜特性可以获得微妙而真实的效果(为创建七彩的薄膜界面效果,比如水面上的油膜或者肥皂泡之类)。
IOR数据技术的改进使得用户可以使用从实验室测量的IOR数据文件。
MAXWELL的材质不仅仅在物理上真实而且很灵活,功能很多。
他允许创建诸如透明贴图,剪切贴图之类的特殊材料。
现在也支持法向映射,可以用凹凸值来设定法向映射的密度。
发光材质(EMITTERMATERIALS)以非常直观的形式定义,以我们日常生活中的术语比如瓦特来定义。
发光材质可以和BSDF混合使用,在这种情况下,如果光源是“打开的”则只有白炽光源可见,但是那时如果发射器是“关闭”的,则基本材料就可以显示出来(金属,晶体,任何其他材料)。
遮罩材质标识将已指定的材质转变为不可见物体,直接显示环境。
这个功能在混合渲染后的图像和照片时非常有用。
散射是一种物理现象,它导致光波分离成不同波长的光谱成分,导致白光分离成彩虹的颜色。
散射通常在光线通过透明材料的时候发生。
散射是一种表现真实性的重要特性,尤其是在渲染诸如珠宝之类的物体或者某些电介质时。
位移贴图允许你真实地渲染表面的细节而不需要对这些细节进行建模。
使用灰度图,你可以指定物体表面如何被移动,MAXWELL独特的位移方法允许你逼真的创建无数的表面细节而只需额外耗费很少的内存。
材质库和向导
除了可以创建和编辑你自己的材质之外,MAXWELL渲染器提供一个快速创建材质的向导。
MAXWELL渲染器材质可以存储在独立的MXM文件中(MAXWELL材质文件)。
因此你能够制作自己的材质库。
作为一个起点,MAXWELL已经提供了一个包含超过200个供用户使用的材质的材质库。
而且,MAXWELL渲染器材质网站()可以用来让MAXWELL用户与其他人分享他们的材质。
在很短的时间内该网站获得了巨大的成功----超过2000种材质可以免费下载。
材质编辑器
材质编辑器是用来创建MAXWELL材质的理想工具。
它提供最快,最高效的方法创建和预览MXM文件。
材质编辑器的几个特点是:
纹理贴图面板
材质编辑器中有一个小的面板允许你快速查看场景中所有纹理贴图并且可以从面板中拖放一个纹理贴图到其中一个纹理贴图通道中。
纹理贴图编辑器
纹理贴图编辑器允许你以全分辨率查看已经载入的纹理贴图。
拖放功能
现在你可以通过拖放到其他纹理或者颜色条上来复制纹理贴图。
(甚至从不同的BSDF或者薄膜中也可以)
插件对3D软件自身照明模式的解释
从对MAYA插件的重写开始,新一代的插件可以将3D软件自身的照明方式解释为更好的或者稍差些的模式。
相机和特效
真实的相机模型
MAXWELL中的相机与其他渲染器中的相机操作完全不同。
传统上,多数渲染引擎使用针孔相机。
这种相机模拟一个允许场景中的光线到达观察平面的小孔。
MAXWELL渲染器模拟一个真实的相机和与之关联的镜头,光阑孔径,光阑叶片等等。
通过使用这种真实的相机模型,MAXWELL渲染器能够自动地模拟景深、运动模糊效果,图像失真和镜头的孔径衍射。
而目前市面上的其他渲染引擎使用后期滤镜或者特殊的技巧在渲染后创建这种效果。
MAXWELL渲染器不使用后处理技巧来产生运动模糊效果,而是将运动的物体看作在按下快门的时候在它们的轨迹上具有随机位置。
这样就会创建一个自然的和真实的运动模糊效果。
目前的版本对于这个方面有了一些改进,使得运动模糊可以完美的计算剪切贴图和透明贴图。
SimLens
光线通过小孔(光阑)的时候会发生衍射,表现出波的行为。
在光学上这一点很重要,它能够解释为什么一个好的天文望远镜能够为一个星球拍照片并且将之渲染为一个单独的点儿不是某些圆形光晕或者是条纹状。
MAXWELL渲染器的SimLens系统允许用户定义一个光圈的样式,这个光圈将模拟光线到达胶片的模式,产生逼真的镜头衍射效果(镜头眩光)。
而且,用户可以添加第二种光圈样式,它可以定义镜头上的障碍物例如灰尘、指纹、眼睫毛等,从而添加更多的逼真的镜头衍射效果。
羽化效应是一种光暗化效应,它发生在真实的镜头中,尤其是广角镜头。
现在已经可以从你的渲染中完全地或者部分地去除这些自然的暗化效果。
镜头散射
这是SimuLens的一个参数,它能够模拟光线在镜头系统内部进行的散射效果。
这个效果通常叫做“雾化”,用户可以控制镜头散射的大小。
这些高级控制技术为计算机图像带来了更高层次的质量和真实感。
用户可以通过控制衍射、衍射频率和镜头散射来模拟雾化效果,而且还能够加入羽化效果。
所有这些特性在MAXWELLRENDER’SSIMULENS系统下结合在一起,而且与MUTILIGHT相兼容。
其他渲染特性
ZCLIP平面
你可以将你渲染的物体用远剪切平面和近剪切平面切割,渲染器将显示物理内部的样子。
而且你可以让ZCLIP不要作用于某些物体。
非常灵活,非常有用的一个功能。
移动镜头
相机的参数允许你将胶片平面向上/下,左/右移动,而不需要旋转相机。
在建筑效果渲染的时候这是一个非常有用的功能,在保持两点透视的同时捕捉整个建筑物到图像中去。
渲染器的工作流程
MAXWELL提供两种可选择的工作流。
一种方法是允许用户使用他们自己现有的3D程序包和适当的MAXWELL渲染器插件发送场景数据到渲染引擎中去(MXCL)。
另一种方法允许你将物体模型导入到MAXWELLSTUDIO中(MXST),在MAXWELLSTUDIO中你可以创建、编辑、赋予材质,设置灯光和相机,MXST将这些场景信息发送到MXCL中渲染。
MAXWELLSTUDIO
MAXWELLSTUDIO在1.6版有了改进。
效率和稳定性是1.6版关注的主要焦点。
在众多的特性中,我们强调以下几点:
OPENGL运行效率
在处理拥有很多贴图的大型场景时的运行效率得到了优化。
放大
这个特性允许用户选择视口的一个区域并以最终选定的分辨率进行渲染。
这个特征对于需要渲染某些细节而不想重新设置新的相机时很有用。
导出选项
用户可以将选择的几何体导出为MXS或OBJ两种可选格式。
导出为MXS将同时导出赋予到物体上的材质。
导出为OBJ和MXS将会使用一个标签来保护,这个标签是用户在用插件生成MXS的时候产生的,标签位于插件的操作界面上。
这个标签在很多的插件中都包含。
支持实例
实例现在可以通过大多数插件来产生,对一个物体做多个实例将节省大量的内存。
你可以为一个物体创建多大10000个实例,在渲染期间,MXCL将使用相同数量的内存,就好象你只渲染了一个该物体一样。
层次结构
在MAXWELLSTUDIO中将组再组合为组现在已近成为可能,这对于场景管理是很重要的,对于大的场景工作起来更加容易。
你可以将一个物体指定到一个父物体上,或者与另外一个物体成组。
变换和物体操作
这个部分完全重写了代码以改善性能并使得工作流更加友好,稳定和可靠。
完整的历史记录
MAXWELLRENDERSTUDIO现在能够跟踪所有场景变化,并且将这些变化显示在历史面板中。
用户可以通过滚动历史列表来取消或者恢复这些变化。
历史列表也可以被清除。
用户界面
MAXWELLRENDERSTUDIO的用户界面组织的很好,注重方便使用和快速的工作流。
布局也可以被配置,存储和更换。
输出
MXI
MXI是MAXWELL渲染器独有的搞动态范围格式。
它为每个光源单独地保存了每个像素上除RGB颜色值以外的光照信息(如果启用了MULTILIGHT),反对使用通用的24位或32位图像,因为它只能保存RGB或RGBA值。
MXI格式现在更强大了。
它的文件大小比以前的版本缩小了大概3.5倍,简洁的提升了其他功能的效率,比如网络功能。
其他格式
当然,MAXWELL渲染器也能够导出成多数通用的格式,比如JPG,PNG,TGA等等,也可以导出为32位HDR。
支持的纹理贴图格式
格式
颜色空间
位深
JPG
RGB/灰度
8
TGA
RGB/灰度/颜色索引
PNG
8/16
BMP
TIF
8/16/32
HDR
GRBE
32
EXR
RGB
J2K
PPM
8/32
渲染通道
MAXWELL渲染器可以为以后的合成导出不同的层:
渲染层
ALPHA通道
阴影通道
材料ID
物体ID
ZBUFFER
这一部分中,阴影通道这个功能得到了大的改善,当阴影标志打开的时候,他模拟了物体投射阴影的情形。
网络化渲染
MAXWELLRENDERNETWORK系统允许任务被单独地发送到网络上的每台机器上渲染动画和帧。
甚至让所有机器同时渲染同一个帧也是可能的,然后再将这些图像合并在一起。
如下是一些新的功能
多个管理员
在网络中设置几个管理员并分派给他们不同的任务和服务。
管理员现在可以用机器名来称呼而不是仅仅是使用IP地址。
全局采样水平
对于协作任务,采样水平可以作为全局采样水平来指定。
显示任务
任务队列窗口的一个最强大的功能就是显示功能。
当服务器正在渲染的时候,你可以选择任意一个任务,当你按下显示按钮的时候,它将自动的现实正在那个节点上渲染的图像。
显示按钮也支持在渲染过程中随时查看协作任务的合并结果。
二、光学基本原理
为了能更好的理解MAXWELL的材质参数,我们先来了解一下光学的基本原理,光是什么,它如何与材质作用以及为什么一种材质看上去很光亮,很粗糙或者很透明等等。
2、什么是光
光是一种电磁辐射波,可见光位于红外到紫外波长范围内。
白光是由所有其他颜色的光混合而成的。
当白光落到红色的物体表面上的时候,其他波长的光线都被物体吸收,而只有红色光被反射回来,这就是为什么我们看到物体是红色或者是其他颜色的原因。
3、漫反射---高光和反射光
我们能看到物体是因为光线从物理表面反射到我们的眼睛里。
也就是说,所有的光都是反射光。
对于用过其他渲染器的人来说可能会混淆,因为用其他渲染器的人有一个共识那就是将反射光看作反射高光。
在真实的世界里,是不存在漫反射光或者高光区的。
那么是什么使得物体看起来光滑或者是粗糙呢?
答案是物体的表面粗糙度。
一个不怎么光滑的表面将光散射到各个方向,因此它将周围环境四散的反射出去。
将光线混乱的散射出去的表面称为蓝波特表面。
光滑的表面将光线以一定方向统一的反射出去,形成一个非常亮的周围环境反射。
因为光滑的表面能够更加完美地进行反射,因此他们反射出自己的颜色比较少。
但是也有些例外,比如金属,即使他们非常光滑,他们也会更多的反射自己的颜色。
他们反射的环境会更多的染上金属本身的颜色。
(粗糙表面的漫反射)
(光滑表面的镜面反射)
4、透明度
当光线不仅仅停留在物体表面而是穿过物体并从物体另外一侧穿出的时候,物体变为透明的。
当光线通过材料的时候,它的传播速度会变慢,因为材料的密度要比真空大。
因为这种速度上的改变,光线被弯折,或者说从真空(空气)中向材料中折射。
当光线的传播速度发生变化的时候折射就会发生,因此从一种密度的材料进入另外一种密度的材料就会发生折射。
折射是发生焦散和聚光的原因。
(折射及透明材质)
5、菲涅尔效应
菲涅尔效应是表面反射随视角变化而发生明显增加或减少的现象。
菲涅尔效应取决于材料的IOR,IOR越高,则物体对光的反射在各个角度上越趋近于相同。
三、材质编辑器
(材质编辑器面板组成及参数)
1、材质的组成
材质由材质特性和表面特性来描述。
材质特性由四个不同的材料层组合而成,每一个层包含一个BSDF层,一个薄膜层,一个次表层。
还包括对发光和位移参数的定义。
表面特性包含粗糙度,各向异性,各向异性的角度,以及凹凸参数来描述。
BSDF属性
BSDF组件是MAXWELL材质系统的基础。
它包含所有用以创建许多不同类型材料所需的参数,这些材料从玻璃,磨砂玻璃,塑料到金属各种不同类型。
在这一小节,我们按顺序对一个参数做一个简短的描述。
在第二小节我们将说明不同材料的例子并讨论这些参数设置的使用。
当BSDF在材料层中被选中的时候,BSDF特性将在右边的面板中显示。
有两组控制参数:
材料特性
反射0度/90度
这个参数用来调整材质所反射的光线。
换句话说:
这个参数就是材质的颜色。
通过点击颜色选取条来选择一种反射颜色,或者通过点击纹理贴图按钮来指定贴图。
你可以使用纹理贴图按钮傍边的单选框来启用和禁止纹理贴图。
纯白的反射光(RGB255)意味着所有落在物体上的光都被反射回来。
纯黑的反射光意味着所有的光都被物体吸收。
有两种反射颜色可供选择,这取决于从正面(0度)观察反射光还是从侧面(90度)观察反射光。
0度反射颜色是物体的主要颜色。
90都反射颜色是在侧面观察物体的时候的颜色。
当你使用的材质在正面看具有一种颜色,而从侧面看有另外一种颜色时,这个特性非常有用(这种材质比如塔夫太绸子,丝绸,天鹅绒等),可以将90度反射颜色看作物体的高光反射。
0度和90度反射光各自对物体看起来的样子有多大影响取决于BSDF参数中的Nd设置,以及粗糙度设置。
对大多数材料而言,90度反射光是白色的,但是像金属这类材料通常具有带色彩的发射光。
通过改变90度反射色可以允许物体不同的边缘具有不同的颜色。
注意:
要避免0度反射色设置的过高,尤其是RGB255。
因为这将意味这所有落在物体上的光线将被反射回来。
这种材料在现实中是不存在的,总有一些能量被吸收。
MAXWELL是遵循能量守恒定律的,即使将0度反射设置到255,将导致丧失对比度以及更多的噪波。
一张纯白色的纸张在现实环境中的反射RGB大约为220。
然而,90度反射色可以设置到255,如果你需要强烈的反射效果的话。
透明度
对于透明材料,这个参数控制通过物体的光线的颜色,通过点击颜色拾取块可以选择一种通明色,或者也可以通过点击纹理贴图按钮指定一种纹理贴图。
透明色显示了当光线到达衰减距离时的颜色。
为了使透明色显示出来透明色就不能是黑色。
设置一个亮一点的透明色会产生更加清澈的透明度,但是这个参数是与衰减距离绑定在一起使用的。
衰减距离
当光线通过材料的时候,它将损失能量,衰减距离参数允许你指定当光线丧失一半能量的时候它所能穿过的距离。
比如,如果你有一块2cm厚的玻璃窗,你设置书案件距离等于2cm,那么光线通过玻璃窗之后再窗的另外一侧将只有原来一半的亮度。
衰减距离和透明色共同起作用。
你必须设置透明色的亮度高于RGB0,因为你必须考虑衰减距离。
而且,如果你的衰减距离非常小(1nm),则物体将保持不透明,因为光线只能够在物体中穿过很小的一段距离。
另外一方面,如果你有一块1cm后的玻璃窗,设置衰减距离非常大(比如900m)并且设置透明色为蓝色,则玻璃根本不会被显示为蓝色,它将完全透明显示,因为在1cm厚的玻璃中没有足够的距离导致任何衰减以显示透明色。
衰减是以指数曲线为规律的,因此物体越厚,光线衰减越厉害,比如右图的例子。
为更好的理解衰减的概念,考虑一下海水的例子。
当水层非常薄的时候(比如水在你的手掌里掬起的时候),你看不到衰减,因此看到的只是完全透明的水,当水有足够的厚度的时候,你会看到一个典型的海水颜色(深蓝或浅蓝绿色,取决于水的深度)。
透明色显示了在衰减距离上你想要获得的大致颜色,在这个距离以外,光线衰减的更加厉害,失去越来越多的能量,最后看起来变为黑色。
自定义Nd
简单的说,Nd应当被看作材料的IOR(折射系数)。
之所以用Nd这个名称是因为它是一种表是在波长583nm时间的折射率的通用方法。
在更进一步解释Nd值如果影响材料的外观之前,理解“菲涅尔效应”是很重要的。
这个效应说明了,物体表表上的反射强度取决于观察的角度。
比如,如果你正对这你的显示屏看,你只能看到非常弱的反射,然而,如果你站在与屏幕成一定角度去观察的时候,反射将加强。
Nd值与菲涅尔效应之间的关系是,Nd值越高,物体表面看起来将有相等的反射强度,无论观察的角度如何。
因此,高的Nd值将取消菲涅尔效应。
记住,改变Nd值将控制物体总的反射。
比如,你可以将90度反射设置为纯白,但是将Nd值设置为1,物体将看不到反射。
将Nd设置到一个高的数值,比如40,并保持90度反射颜色同样为纯白,这将导致一个镜面似的物体表面。
如下的图像说明了这种情况:
从图中你可以看到,随着Nd值的增加,90度反射颜色也在增加,同时,0度反射(在这个例子中其设置为黑色)色的影响越来越小。
当然,90度反射色的值也将影响反射强度。
比如,你可以设置一个高的Nd值,但是设置90度反射色为黑色。
结果将是,物体表面产生均匀的反射,无论观察角度如何,但是反色似乎减弱了。
对于不透明的材料,如果你希望有一个好的反射效果,则推荐三个Nd数值。
金属具有高的Nd值。
Nd值最高可设置为1000。
对于镜面表面将Nd值设置为100就足够了。
对于蓝波特材料(粗糙的漫反射表面),Nd值对于材料表面外观无影响。
对于透明材质,Nd也控制折射量。
比如海水的Nd值大约为1.33。
Abbe
不同波长的光以不同角度在材料中发生折射,这就是产生散射的原因。
这种现象可以在光束通过三棱镜的时候分离为不同波长的光线这一现象观察到。
Abbe的这个名称来源于德国物理学家恩斯特。
阿贝,是他定义了Abbe数。
Abbe控制散射量,高的阿贝数将导致较少的散射。
Abbe数超过60~70的时候,在渲染器中看不到散射效果。
载入文件
这个选项允许我们使用一个.r2文件以最大程度控制菲涅尔效应。
对大多数材料而言,在0度和90度反射之间的衰减通过ND值和粗糙度参数来控制,高的ND值意味着当使用较低的粗糙度数值时将有更多的90度反射色可见,但是当你增加粗糙度的时候,90度反射色将开始逐步消失,当粗糙度达到99的时候,90度发射色将不可见。
上面所说的这种情况是比较正常的行为,但是可能在某种特殊的情况下,你想让物体在很高的粗糙度的情况下依然显示90度反射。
比如,汽车的油漆,在不同的视角下迅速的改变颜色,或者比如天鹅绒,它有很高的粗糙度,但是具有很亮的光泽,这种情况下如果没有.r2文件就不能实现这种效果。
载入全IOR数据
作为反射色、ND和ABBE数值这几个参数的替代选择,你可以使用一个.ior文件,这个文件为MAXWELL提供了每个波长的光的精确的折射系数。
ND和ABBE数值。
“综合IOR”(也叫全IOR)数据是从精确的实验中测量的,以最高的精确度描述材料的光学特性。
这些材料拥有更加真实的表现效果,但是有两个缺点:
使用综合IOR数据意味着MAXWELL需要做更多的数学处理。
综合IOR计算需要跟多的数学函数赋值,这些数学函数的值取决于视角和波长,并且引入了全散射计算。
这个方法不允许在不牺牲刻意的物理精度的情况下所做的许多优化。
但是表面特性,比如粗糙度,各向异性,表面凹凸这些特性可以在使用IOR文件的情况下改变。
当然,以IOR文件载入的BSDF也能与其他常规的BSDF混合在一起使用已创建许多有趣的材料。
.r2文件是一个简单的文本文件,包含两个参数。
你可以用文本编辑器制作自己的.r2文件,只要在文本编辑器中输入比如:
350,然后以.r2扩展名保存即可,随后你可点击“载入文件”按钮将其载入材质编辑器中。
第一个参数可以设置为0~90,它控制0度和90度反射色之间的衰减。
第二个参数可以设置为0~100,它控制粗糙度的影响效果。
例如,如果你写了450,这个参数,则90度反射色将在视角大于45度的时候开始增加,粗糙度将不影响反射效果。
其他.r2文件的例子
150
90度反射色将很快变为可见,只要视角大于15度。
粗糙度不影响反射效果。
7050
90度反射色将在视角大于70度的时候开始显示,这样大的视角几乎只能在物体的边缘显示90度反射色。
增加粗糙度将使得效果更加不可见,但是仍然可以看到。
85100
90度反射色将只在物体的边缘显示,增加粗糙度到99将使这种效果消失。
颜色选择块
反射和透明度互相影响。
比如,如果更多的光线从物体表面反射,则只有很少的光线将透过物体。
因此,反射和折射的颜色将根据这个规律进行矫正。
你可以在颜色选择块旁边看到第二个颜色块,这个颜色块就是矫正后的颜色。
表面特性
粗糙度
表面粗糙度取值范围为0~99,0表示完美的光滑面,99表示几乎是漫反射面。
蓝波特勾选框勾选中的话将使用一个完全的漫反射面。
要记住,如果你想要一个很光滑的面,比如清澈的玻璃,则粗糙度应该设置的比较低(比如0~10)。
你也可以通过黑白相间的纹理贴图来控制粗糙度。
纹理贴图中亮一点的颜色表示较高的粗糙度。
当使用纹理贴图来设置粗糙度的时候,粗糙度数值设置依然可以使用,例如,如果你使用一个黑白格子的棋盘格纹理来设置粗糙度,并且你将粗糙度设置为30,则白色的部分将会代表30的粗糙度,黑色的部分代表0粗糙度。
如果你现在将粗糙度数值改为70,则白色的部分粗糙度70,黑色的部分代表粗糙度0。
各向异性:
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