2. Настройка материалов.

Поскольку у нас ювелирное изделие, то главными будут материал металла и материал драгоценного камня.
Металл:
Металлы в украшениях можно разделить на белые (серебро, платина, хирургическая сталь…) и золото разных оттенков.
Что можно использовать для имитации металлов -
Недрагоценные металлы, такие как хирургическая сталь, бронза, медь и латунь, можно уверенно имитировать с помощью материала группы PRO – «ProMaterials: Metal». Интересовать нас будут настройки – «Type», в нем указываем металл из списка (достаточно небольшого) и параметр Surface Finish – это обработка поверхности, параметр в абсолютном большинстве случаев должен быть установлен в «Polished», то есть полированная поверхность, остальные типы – не соответствуют ювелирным изделиям и бижутерии. 

 

Плюс этого материала – быстрая настройка (в два клика), минус – скудность предустановок и ресурсоемкость. В некоторых случаях этим материалом можно имитировать серебро или платину (тип хром «Chrome») и золото (тип латунь «Brass»), но не советую этим злоупотреблять – цвета не соответствуют и есть излишнее бликование поверхности.
Как пример – визуализация трех абсолютно одинаковых по геометрии колец:

В центре на кольце имитация белого (основа) и желтого (декор) золота с помощью шейдера Metall(lume). Справа «Про-материалы» хром и латунь, Слева «Про- материалы» Сталь и медь. Если не брать во внимание цвет металлов (как убедимся ниже, золото может быть любых оттенков желтого и красного), то бросаются в глаза сильные блики на краях правого и левого колечка. Эти блики производят впечатление плохо обработанной (не зеркальной) поверхности. В ярком свете, такое бликование даже будет перебивать отсветы на гранях драгоценных камней.
Вывод - «ProMaterials: Metal» использовать можно, но в основном по прямому назначению – сталь, медь, бронза, латунь.

Материал Arch & Desing (mi)  - С помощью архитектурно-дизайнерского материала можно имитировать любой металл (как и вообще практически любую поверхность).
Плюс этого материала в его гибкости настроек, минус  - в обилии этих настроек, когда для нас сейчас нужна лишь малая часть и еще минус в ресурсоемкости.
Как создать металл с помощью A&D:
1 – «Diffuse»  
  Задаем диффузный цвет «Сolor» – для белых металлов – белый, а  для золота будут примеры ниже, «Diffuse Level» обнуляем
2 – «Reflection»
«Color» Задаем цвет отражения (отлива) 
- Для серебра 925 пробы (ювелирное серебро) -  от белого до светло серого (от R1 G1 B1 до  R0,9 G0,9 B0,9).
- Столовое серебро 800 пробы,  отливает желтым, соответственно цвет желтовато-серый.
- Платина и Палладий – от светло-серого  до серого, иногда голубовато-серый.
Цифровой параметр «Reflectivity» - сила отражения. Для тщательно отполированной поверхности равна 1. С возрастом, металл покрывается тонкой пленкой оксида (Платины и Палладия не касается) и для имитации такого старения нужно уменьшать силу отражения с 1 до 0,8. Серебро окисляется намного быстрее и сильнее, сила отражения может быть снижена до 0,5, то же самое происходит с золотыми сплавами, прошедшими термическую обработку. При этом вступает в силу параметр «Glossiness» -Глянцевость, размытие отражения. Изделие потерявшее зеркальное свойство, начинает немного «размазывать» отраженное изображение. Имитируется это снижением параметра «Glossiness» ниже единицы. Параметр «Glossy Samples»- влияет на качество и об этом в конце урока.
Флажок – «Metal material», должен быть установлен.
3 - Спускаемся ниже по списку – раздел BRDF. Здесь задается функция отражения с учетом зависимости  угла положения поверхности относительно камеры. Зеркально отполированный металл отражает одинаково во всех направлениях, поэтому функция равна 1 и для 90 и для 0 градусов. Но ради красоты можно несколько снизить отражения на поверхностях с нулевым наклоном (относительно камеры конечно). Тем самым дадим преобладание на передних гранях диффузного цвета и снизим яркость отраженного фона.
4 – Раздел «Special Effects»  включаем «Ambient Occlusion». Данная функция актуальна, когда на изделие много мелких деталей и декоров. Заключается в том, что затеняет поверхности близлежащей геометрией. Тем самым подчеркивается сложная геометрия изделия, углубления и бороздки становятся темнее открытых участков. Настраивается указанием максимальной дистанции учета геометрии «Max Distance». Данный параметр указывается в зависимости от размеров изделия и реального масштаба исполнения. В реальном масштабе, как правило равен 1-3 миллиметрам. Более наглядно об эффекте  «Ambient Occlusion». Будет ниже.

Теперь я хочу показать, как настроить имитацию металла, не прибегая к «тяжелым» материалам. Использоваться будет шейдер Metal(lume). Плюсы этого материала – простота настройки и минимальная ресурсоемкость (скорость визуализации в несколько раз шустрее)
Для этого надо создать пустой материал «mental ray». В редакторе материалов выделяем любой свободный слот и нажимаем кнопку «Get Material» из списка в браузере выбираем «mental ray»:

Материал «mental ray»  является пустым материалом и представляет «конструктор» для сборки нужных нам свойств.
Слот «Surface» этого материала, предназначен для назначения поверхности. Нажимаем его и выбираем из списка Metal(lume).

Настройки минимальны, но нам больше и не нужно:

Surface Material – цвет поверхности, аналогично «Diffuse»  в материале Arch & Desing (mi)  
Reflectivity – сила отражения, аналогично «Reflectivity» в материале Arch & Desing (mi)  
Reflect Color – цвет отражения(отлива) , аналогично « Reflection Color» в материале Arch & Desing (mi)  
Blur Reflection – размытие отражения
Spread – сила размытия
Samples – качество размытия.
Оттенок металла задается аналогично материалу Arch & Desing (mi)   - диффузной и отражающей составляющей.

С заданием цвета белых металлов все довольно просто, а вот как быть с золотом?
Цвет золота
Существует заблуждение, что цвет золота зависит от пробы и чем краснее, тем проба выше. Это не совсем правильно. Цвет сплава зависит от добавок, а проба показывает лишь процентное содержание золота в сплаве (585 проба – 58,5% золота). В России в ювелирном деле используется 375, 500, 583, 585, 750 и 958 пробы, а вот оттенков сплавов значительно больше. Цвет золотого сплава характеризуют названиями, от простых и общих – «розовое», «белое», «желтоватое», до специфических «Червонное золото», «Цвет потерянной надежды», «Цвета лазури». У некоторых сплавов, которые являются секретом определенных мастерских, есть имена собственные, когда-то таким секретом было «черное золото», которое совсем не нефть, а сложный сплав и технология обжига изделия.
Приведу несколько примеров оттенков сплавов. Цвет поверхности (диффуз) снимался сканером, а цвет отражения (рефлекшн) редактировался по виду и отражению. Данные для указания цвета в параметрах шейдера «Metal(lume)» и «Arch & Desing (mi)», указанны на картинках. Сверху -  для диффузного цвета, снизу - для отражаемого.
 «Желтый цвет» , характерный для изделий 750 пробы с примерным добавлением  17% серебра и 8% меди
По составляющим RGB - 241,244,21 (#f1f415), для использования при визуализации:

«Розовый» , характерный для изделий 750 пробы с примерным добавлением  12,5% серебра и 12,5% меди
По составляющим RGB - 240,195,92 (f0c35c), для использования при визуализации:

«Желтоватый» , характерный для изделий 585 пробы с примерным добавлением  28% серебра и 13% меди
По составляющим RGB - 255,242,106 (fff26a), для использования при визуализации:

«Оранжевый» , характерный для изделий низкой пробы с примерным добавлением  53% серебра и 13% меди
По составляющим RGB - 240,206,46 (f0ce2e), для использования при визуализации:

«Бледно-желто-зеленый», «Цвет потерянной (рухнувшей) надежды» характерный для изделий 585 пробы с примерным добавлением  20-30% серебра, до 20% Палладия и до 5% меди и других металлов.
По составляющим RGB - 240,239,138 (f0ef8a), для использования при визуализации:

«Белое золото» , характерный для изделий 750 пробы с примерным добавлением  5% серебра и 20% палладия
По составляющим RGB - 253,253,241 (fdfdf1), для использования при визуализации:

«Желтый цвет» , характерный для изделий 585 пробы с примерным добавлением  19% серебра и 22% меди
По составляющим RGB - 255,255,7 (ffff07), для использования при визуализации:

«Красное» , для изделий низкой пробы с примерным добавлением  9% серебра и 57% меди
По составляющим RGB - 240,160,92 (f0a05c), для использования при визуализации:

Также существует понятие «Червонное золото» - золото самой высокой пробы, и которое имеет характерный красный цвет. Дело в том, что на самом деле золото высокой пробы имеет желтый (см. «желтый цвет» 750 пробы), но при прокаливании покрывается красной пленкой оксида, что не произойдет со сплавами низкой пробы. Раньше процесс прокаливания служил «индикатором» чистоты сплава, эталоном которого выступали «золотые червонцы». Сейчас этот эффект используется для художественных целей. Поверхность при этом несколько теряет блеск

Черное, коричневое и другие экзотические цвета, как правило, тоже достигаются обжигом, но с применением присадок или других технологий.
Имитировать потерю блеска обработанных температурой поверхностей, можно путем понижения отражающей способности и увеличения размытия отражений (как было описано выше).

Для тех, кто решил настраивать материал металла на основе шейдера metal(lume), можно добавить еще несколько настроек, для повышения качества вида изделий.
Я сделал пример визуализации, когда сложная по геометрии поверхность, будет восприниматься не очень эффектно:

В материале Arch & Desing (mi), был такой эффект «Ambient Occlusion», который позволял делать затенение поверхностей, рядом стоящей геометрией. Пришло время поговорить об этом подробнее.
Ambient Occlusion – создает эффект подобный равномерному окружающему освещению, разделяя поверхности на хорошо освещенные (светлые) и в разной степени затемненные соседней геометрией (темные). При расчете данного эффекта, свет на сцене не учитывается! Расчет происходит на основе геометрии сцены.
В нашем случае этот эффект выглядит так:

Естественно, возникает желание «подмешать» эффект Ambient Occlusion к цвету металла, чтобы повысить контрастность изображения. В материале Arch & Desing (mi), это делалось установкой флажка. В нашем случае с шейдером metal(lume), чуть сложнее, но зато дает простор для фантазии и дополнительных эффектов.
Напротив указанных цветов диффузии и отражения нажимаем на кнопки указания дополнительных карт:

И выбираем карту Ambient/Reflective Occlusion (для диффузии своя, для отражения своя)
В слот Bright (светлые области) устанавливаем начальный цвет (тот который был в слоте для металла)
В слот Dark (темные области) устанавливаем затемненную версию цвета, либо черный. Все зависит от того, какую контрастность мы хотим получить.

Параметр Max distance – указывает на каком расстоянии нужно учитывать геометрию для затемнения вокруг просчитываемой точки. Если параметр = 0 то учитывается вся геометрия сцены. Но, как правило, используется значение в несколько миллиметров.
Параметр Spread  - характеризует мягкость переходов затенения. При нулевом параметре тени контрастные, при =1 мягкие. Если выставлять значение большее единицы, получим излишнее затенение – любой изгиб геометрии даст темную область, что позволяет имитировать чернение изделия

Параметру Bright, соответствующему слоту отражения, можно дополнительно применить карту Фреснелева отражения, для разделения отражения поверхностей под разными углами карты:

В итоге добавления Ambient Occlusion получим следующее изменение начального изображения:

С металлами разобрались, переходим к камушкам:

Материал драгоценных камней за некоторым исключением проблем не доставляет, стекло с измененным коэффициентом преломления, превращается в прозрачный минерал. Тем не менее рассмотрим некоторые проблемы имитации и подходящие материалы.
О цветах драгоценных камней, я ни каких инструкций давать не буду, потому что ошибиться можно не только в оттенке, но и даже в основном цвете конкретного драгоценного камушка.  Если я скажу, что аметист фиолетовый, то вполне обоснованно мне могут заявить, что в Бразилии они голубые. Если скажу, что сапфир синий, то мне скажут, что в Шри-Ланка видели желтые…
Подборка цвета камня, остается на совести каждого исполняющего урок.
Воспроизвести основную массу прозрачных камней с насыщенным и хорошо выраженным цветом (рубин, сапфир, изумруд, турмалин, гранат, чистый янтарь..)  будет легче всего материалом ProMaterials: Solid Glass:

Параметр «Color» следует перевести в режим «Custom Color» и задавать цвет вручную.
Параметр «Reflectance»  - Сила отражения. Дефолтное значение 0,05 соответствует отражающей способности стекла и отполированных минералов кварцевой группы (цитрин, аметист, розовый кварц, горный хрусталь). Более твердые минералы (рубин, сапфир, алмаз) имеют более сильное отражение до 0,2 (параметр 0,5 превращает поверхность в зеркало).  Мягкие минералы (янтарь, флюорит) отражают совсем слабо.
Параметр «Index of Refraction»  - коэффициент преломления, находиться в справочных таблицах для конкретной группы минералов. Важно, то, что огранка драгоценного камня производиться с учетом коэф. преломления, и алмаз (IOR = 2,24) с огранкой под горный хрусталь(IOR = 1,54) потеряет весь свой сверкающий вид.
Параметр «Reference Thickness» -  Расстояние, за которое свет внутри стекла теряет половину энергии. Чем больше значение, тем прозрачнее и бледнее камушек, чем меньше, тем цвет насыщеннее, а камень темнее.
Плюс этого материала в быстроте настройки и физической точности воспроизведения. Минус в ресурсоемкости.

Прозрачные камушки бледных оттенков (топаз, цитрин, гелиодор…), выгоднее воспроизводить с помощью шейдера «Glass(lume)». Шейдер устанавливается аналогично шейдеру Metal(lume)  посредством материала «mental ray».

Параметр «Surface Material» - цвет поверхности, устанавливаем в нужный нам цвет минерала, но, как правило, этот цвет будет перекрываться за счет полного отражения и прозрачности.
Параметр «Diffuse» - цвет, который мы и будем наблюдать.
Параметры отражения и прозрачности оставляем равным единице.
«Index of Refraction» – коэф. преломления
По умолчанию функция отражения в этом шейдере не совсем подходит к твердым отполированным минералам, поэтому есть смысл немного ее переделать, усилив отражение на гранях. Свиток «Edge Transparency», отключаем «Fresnel Effect» и переключаем в ручной режим. Нам нужно уменьшить прозрачность на гранях (плоскости под углом к камере) «Edge» - уменьшаем, а «Middle» (плоскости повернутые к камере) ставим равным единице. Параметр «Shift» сдвигает границу – между областью Edge/Middle, нам подойдет от 0,1 до 0,2.
Плюс этого материала – скорость просчета и нет потери силы света в объеме фигуры (актуально при визуализации в измененном масштабе единиц измерения). Минус – в долгой настройке и пониженной отражающей способности.

Как быть с прозрачными и бесцветными камушками, с радужными бликами на гранях? При визуализации бесцветного стекла, картинка удручающая:

Действительно, стандартные возможности mental ray  не поддерживают дисперсию света (разложение на составляющие цвета). Кардинальный выход – установить дополнительные шейдеры, что позволит быстро и довольно универсально работать со стеклом:

Один из таких, свободно распространяемых шейдеров, я описывал в своем первом уроке- http://www.render.ru/books/show_book.php?book_id=663

При невозможности (или нежелании) пользоваться дополнительными средствами, можно попробовать обойтись стандартными, правда на универсальность такой способ претендовать не сможет и материал на каждый камушек придется настраивать отдельно для каждой сцены.
Опишу несколько моментов, которые помогут в создании такого эффекта.
Материл будет использоваться «Arch & Desigh», как самый гибкий в настройках.
Для создания зеркально-прозрачного материала, ставим максимальные отражающие свойства
Reflectivity (отражение)  устанавливаем в 1 , Glossiness (глянцевость) = 1
Цвет отражений  Color, пока не трогаем, впоследствии будем с ним работать
Прозрачность тоже максимальна
Transparency (прозрачность) = 1   Glossiness (глянцевость) = 1
Цвет либо белый (для бесцветных камней), либо варианты не слишком насыщенных оттенков.
Не забываем про коэф преломления «IOR»

Теперь нужно убедиться, что создается стекло заполняющее объем модели, а не учитывающее только оболочку.
Ниже находим свиток «Advanced Rendering Options» и убеждаемся что стоит флажок на «Solid» (с опцией twin-walled у нас получиться мыльный пузырь в форме камушка)

Далее работать будем с Reflectivity  -  Color. В слот для карт (кнопочка справа от цвета отражения) можно добавлять процедурные карты или (что скорее всего придется делать) смеси процедурных карт. Они и будут давать разноцветные блики. Каких-либо конкретных советов по выбору карт давать не буду, настраивается все под конкретную модель. Одно из самых, наверное, частых решений – смесь Градиентов и карт Шумов

Возможно будет полезно сменить у модели расчет координат текстур на вариант расчета относительно граней. Применив модификатор UVW Mapping и указав режим «Face». Если режим этот режим не активен, то снимите флажок с Real-World Map.

В некоторых случаях может пригодиться карта, которая тонирует поверхность, согласно угла поворота к камере. В принципе это почти то, что нам нужно, только данная карта предназначена несколько для других целей и не настраивается (нам нужно в идеале смену цвета при повороте на несколько градусов, а имеем смену цвета согласно вращению во всей полусфере)
Это, все тот же шейдер Ambient/reflective Occlusion, не трогая основных настроек, ставим флажок на «Reflective»  и меняем «Type» на 2:

Смешивая разные карты и экспериментируя пробуем добиться приемлемого результата

Хотя, конечно, лучше  поискать устанавливаемые шейдеры типа «prism photon» или «Diffraction»

Стоит упомянуть про использование не совсем прозрачных, мутных камней (сердолик, янтарь, халцедон…) которые тоже используются в ювелирном деле. Такие камни непрозрачны визуально, но пропускают, рассеивая свет

Достигается такой эффект использованием подслойного рассеивания  с помощью шейдеров Parti Volume.
Про их использование, можно посмотреть урок тут http://www.render.ru/books/show_book.php?book_id=848

Закончим с материалами и идем дальше.