9天播放10萬次?工業(yè)光魔大佬親授“非遺”絕技，如何死磕出金屬質(zhì)感！

早上好，我親愛的小伙伴們！

美好的一天開始了，今天又是想進(jìn)步的一天！跟緊小編的步伐，每天優(yōu)秀多一點(diǎn)~

各位是懂的，貼心如我，給大家找來的一定都是精品。Today，小編挖到了工業(yè)光魔的綜合特效師、Lucas Piazzini的最新教程。

Lucas Piazzini

來自法國、現(xiàn)居加拿大的年輕藝術(shù)家，畢業(yè)于法國New3dge學(xué)院，妥妥的3D通才，擅長環(huán)境建模、燈光、合成、特效多個(gè)環(huán)節(jié)，能熟練使用3dsMax、Nuke、Houdini、V-Ray等多種專業(yè)軟件。

在校期間曾在Unit Image做過環(huán)境/燈光學(xué)徒，負(fù)責(zé)游戲預(yù)告片制作。畢業(yè)后順利進(jìn)入工業(yè)光魔，自此開啟綜合特效師職業(yè)生涯。

話不多說，讓我們跟著Lucas Piazzini，一起來深入探討下金屬材質(zhì)表現(xiàn)~

在金屬材質(zhì)渲染中，有一個(gè)常常被大家忽略但直觀重要的現(xiàn)象，就是-反射拖尾（Reflection Tail-off）；主要作用是幫助創(chuàng)作者突破傳統(tǒng)PBR工作流的局限，實(shí)現(xiàn)更有真實(shí)感的金屬表現(xiàn)效果。

以2008年《鋼鐵俠》電影中，馬克II型戰(zhàn)衣的穿戴場景為例，仔細(xì)觀察就會(huì)發(fā)現(xiàn)戰(zhàn)衣的金屬表面存在一個(gè)銳利的核心反射，并伴隨一個(gè)柔和、漸隱的衰尾拖尾，形成了獨(dú)特的“雙重反射”效果。

考慮到《鋼鐵俠》的制作水準(zhǔn)，Lucas Piazzini堅(jiān)信這一定是制作團(tuán)隊(duì)有意為之。于是他找到了同一場景中使用的實(shí)物戰(zhàn)衣照片，驚訝的發(fā)現(xiàn)雙重發(fā)射同樣存在于實(shí)物表面。

雖然不易察覺，但當(dāng)放大到比較光潔的區(qū)域時(shí)，就能清楚看到銳利的核心反射，以及一個(gè)柔和、漸隱的衰減層。

然而，在標(biāo)準(zhǔn)的金屬著色器中，即使將金屬度設(shè)置為1，調(diào)整粗糙度值或加入各向異性，也只能改變單一反射的模糊程度，沒辦法完全復(fù)刻電影中復(fù)雜的反射效果。

因此，Lucas Piazzini決定立3個(gè)小目標(biāo)，跟電影中金屬質(zhì)感死磕到底，深入研究下這個(gè)問題。

尋找更廣泛參考資料

Lucas Piazzini自己都沒想到，尋找參考的過程出乎意料地簡單。

一旦上了心，就會(huì)發(fā)現(xiàn)日常生活中隨處都能看見這種現(xiàn)象。小哥甚至回想起當(dāng)年剛?cè)胄r(shí)，自己建模德羅寧汽車就遇見過類似問題，由于“反射拖尾”作祟，始終無法確定合適的粗糙度值，同一輛車在不同參考照片中分別呈現(xiàn)出了0.2和0.4的粗糙度。

雙重反射效果無處不在，Lucas Piazzini只發(fā)現(xiàn)了極度拋光的金屬、極度粗糙的金屬，以及極其罕見的均勻金屬這三種完全為表現(xiàn)出這種效果的參考類型；然而在YouTube、學(xué)校、A站，乃至專業(yè)領(lǐng)域里，甚至沒有人提過這種現(xiàn)象。

在觀看多條金屬加工和制造工藝視頻后，Lucas Piazzini發(fā)現(xiàn)金屬表面在展現(xiàn)多重反射之前，會(huì)先經(jīng)歷一個(gè)中間劃痕狀態(tài)，可以肉眼看到微劃痕使反射擴(kuò)散開來。在現(xiàn)實(shí)生活中也有很多實(shí)例，例如升降電梯門既有清晰反射又有模糊反射。更有意思的是，鍋蓋的反射表現(xiàn)最為復(fù)雜，同時(shí)包含劃痕、各向異性和雙重反射…

《鋼鐵俠》制作技術(shù)

網(wǎng)上有關(guān)《鋼鐵俠》中，CG版戰(zhàn)衣具體制作方法的公開資料很少，其中之一是2010年SIGGRAPH大會(huì)上，工業(yè)光魔傳奇視覺特效總監(jiān)Ben Snow發(fā)表的論文，其中詳細(xì)介紹了鋼鐵俠CG戰(zhàn)衣的著色過程、遭遇到的挑戰(zhàn)以及解決方案。

論文第10頁，在探討關(guān)于向量值數(shù)值和UV管理細(xì)節(jié)時(shí)，提及了關(guān)鍵線索-第二個(gè)高光（Second Highlight）。

為了驗(yàn)證這條線索，Lucas Piazzini特意找到論文中提及著色器的開發(fā)者之一、曾擔(dān)任《鋼鐵俠》視覺特效總監(jiān)的Christophe Hery求證。

Christophe Hery證實(shí)，在大約1996年起，工業(yè)光魔的所有著色器都包含兩個(gè)鏡面高光波瓣，允許通過混合這兩個(gè)波瓣來靈活調(diào)控材質(zhì)屬性。增益控制和菲涅耳效應(yīng)通過0°和90°入射角的完整顏色值完成，曲線采用Schlick近似，指數(shù)參數(shù)可從默認(rèn)值5進(jìn)行自定義調(diào)整。在《鋼鐵俠》項(xiàng)目中，團(tuán)隊(duì)通過混合這兩個(gè)波瓣來調(diào)配屬性，引入了能量守恒機(jī)制，防止在進(jìn)行遞歸光線追蹤和反射時(shí)出現(xiàn)能量爆炸。

雖然扒出了當(dāng)年未被廣泛報(bào)道的，《鋼鐵俠》幕后核心技術(shù)之一，但這種“多重反射”現(xiàn)象并未在行業(yè)內(nèi)形成共識。在Lucas Piazzini發(fā)起的，針對52位藝術(shù)家的調(diào)查中顯示，有25%的受訪者曾注意到金屬表面存在異常反射行為，但大多將其誤認(rèn)為是污垢、指紋或清漆涂層，只有極少數(shù)人意識到這是不同反射層的共存。

找到物理層面解釋

在CG技術(shù)中實(shí)現(xiàn)“第二高光”只是手段，其根本原因在于真實(shí)世界中金屬表面的微觀物理特性。

接下來，Lucas Piazzini進(jìn)一步剖析了金屬產(chǎn)生雙重反射的微觀物理機(jī)制：如果金屬表面的劃痕在大小和深度上完全一致，光線會(huì)以同意的干擾率繁盛，形成單一次級反射；當(dāng)劃痕深度發(fā)生變化，光線就會(huì)被不同程度散射，讓金屬表面能夠展現(xiàn)如帶有長拖尾的反射或各向異性效果等豐富質(zhì)感。

現(xiàn)實(shí)中的金屬并非完全被劃痕覆蓋，而是完整區(qū)域與擾動(dòng)區(qū)域的混合。因此，單個(gè)像素內(nèi)會(huì)同時(shí)包含清晰反射和各向異性反射，最終呈現(xiàn)出兩者的混合狀態(tài)，而非單一的各向異性。

同樣，現(xiàn)實(shí)生活中各向異性反射，實(shí)際上是表面擾動(dòng) 偏向某一方向所產(chǎn)生的視覺錯(cuò)覺。與常規(guī)著色器將方向性擾動(dòng)生硬地應(yīng)用于整個(gè)表面不同，真實(shí)的金屬表面往往是完整區(qū)域與擾動(dòng)區(qū)域的混合體。

因此，單個(gè)像素的渲染結(jié)果實(shí)際上是清晰反射與各向異性反射的混合，本質(zhì)上是受限于人類視覺敏銳度而產(chǎn)生的“亞像素混合”效應(yīng)。人類的視覺敏銳度有限，無法分辨極其微小的細(xì)節(jié)。當(dāng)微觀劃痕的大小、密度和深度低于人眼分辨極限時(shí)，這些細(xì)節(jié)就會(huì)在視覺上發(fā)生“混合”。

基于上述的物理原理，Lucas Piazzini提出了利用“材質(zhì)分層（Layered Materials）”來精準(zhǔn)復(fù)刻這種真實(shí)感。

傳統(tǒng)的單一粗糙度工作流，容易導(dǎo)致信息丟失或反射失真。在V-Ray、Cycles 等現(xiàn)代渲染引擎中，材質(zhì)分層技術(shù)無需依賴實(shí)際物理厚度，而是通過模擬極小尺度下肉眼無法觀察的不同光線相應(yīng)來工作。由于微觀劃痕并未完全覆蓋物體表面，因此這種分層在視覺上會(huì)被解釋為一種透明度值，完美契合金屬表面因微觀劃痕引起的局部光線響應(yīng)改變。

在實(shí)際操作中，由于劃痕僅在反射時(shí)可見，說明其屬性與基底一致，主要區(qū)別在于微觀幾何形態(tài)。當(dāng)劃痕尺度低于視覺敏銳度時(shí)，凹凸細(xì)節(jié)可被近似為粗糙度變化。因此，無需使用多套凹凸貼圖，只需將同一基礎(chǔ)材質(zhì)進(jìn)行多層疊加，并逐層提高粗糙度、降低存在感，即可精準(zhǔn)模擬真實(shí)金屬的復(fù)雜反射。

在Blender中，可以通過原理化BSDF（Principled BSDF）和混合著色器（Mix Shader）的組合來實(shí)現(xiàn)；使用光澤BSDF（Glossy BSDF）進(jìn)行多層疊加，同樣能達(dá)到每層粗糙度遞增、存在感遞減的效果。

相較于工業(yè)光魔早期，可能破壞能量守恒的簡單相加反射波瓣做法，現(xiàn)代渲染技術(shù)采用的混合著色器方案顯然更加科學(xué)。

Lucas Piazzini還通過對比，驗(yàn)證了其他方案的局限性：清漆涂層（Clear Coat）雖然廉價(jià)便捷，但會(huì)改變底層材質(zhì)外觀且無法實(shí)現(xiàn)真實(shí)的金屬著色反射；而GGX反射模型的拖尾控制雖然方便，但缺乏足夠的自定義空間，易產(chǎn)生異常反射。

常規(guī)的單一粗糙度工作流會(huì)導(dǎo)致細(xì)節(jié)大量丟失，而多層反射方案雖然性能開銷略大，但能提供完整的創(chuàng)意控制，完美重現(xiàn)真實(shí)參考圖的復(fù)雜外觀。

最科學(xué)的解決方案，依舊落在了“材質(zhì)分層”技術(shù)身上。好了今天的分享就到這里，想要看完整視頻的寶子，鏈接放這邊了：

https://www.youtube.com/watch?v=r3bkGPobpTw&t=10s

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