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Blender 3D + Cycles --- "Breakdown" del rendering di oggetti con liquidi, Normali e materiali PBR

Blender 3D + Cycles --- "Breakdown" del rendering di oggetti con liquidi, Normali e materiali PBR 

INTRODUZIONE

LA SCENA: DESCRIZIONE GENERALE

IL MATERIALE CON ASSORBIMENTO

METODO 1: MESH SEPARATE

METODO 2: NORMALI VERSO L'ESTERNO

METODO 3: NORMALI VERSO L'INTERNO

CONCLUSIONI

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 


 

INTRODUZIONE

Questo non è un tutorial, ma un articolo – rivolto a chi ha già una buona conoscenza di Cycles per Blender 3D – sull'utilizzo corretto dei materiali semitrasparenti con assorbimento sulla distanza, in particolare quando sono presenti più materiali o superfici semitrasparenti adiacenti, anche con materiali di tipo diverso.

 

Nel pacchetto “20 Materiali PBR per Cycles” sono presenti tre materiali di questo tipo: Vetro, Vetro Acidato e Whiskey. In questo articolo si analizza la corretta impostazione delle Normali delle facce da realizzare quando si pongono due o più materiali del genere a contatto, come avviene ad esempio nel caso di un bicchiere o di una bottiglia contenenti del liquido.

 

In questo articolo non descriverò le geometrie o le fasi di modellazione degli oggetti, ma mi concentrerò unicamente sul “problema” delle Normali per le geometrie con materiali semitrasparenti con assorbimento luminoso.

 

Il materiale del whiskey e i concetti espressi in questo articolo sono gli stessi sia per il bicchiere che per la bottiglia, per cui utilizzerò solo il bicchiere per mostrare le sezioni e l'orientamento delle Normali, per semplicità.

 

 

 


 

LA SCENA: DESCRIZIONE GENERALE

Nella scena sono presenti diverse mesh, provviste di materiali PBR e Textures di tipo Immagine, rappresentanti una bottiglia di whiskey, un bicchiere contenente del whiskey e qualche cubetto di ghiaccio; è presente, inoltre, un semplice Plane, sul quale poggiano gli oggetti elencati.

 

L'illuminazione è affidata a tre Planes emettitori (dotati di un semplice materiale Emission) posizionati secondo il classico schema a tre punti luce, più un'immagine di tipo Equirectangular HDRi, impostata come World Background della scena, parzialmente visibile nell'immagine seguente.

 

Scena-Jack-Daniels

 

 


 

IL MATERIALE CON ASSORBIMENTO PER VETRO E WHISKEY

I due sottomateriali utilizzati per le parti in vetro trasparente e per il whiskey fanno uso, in realtà, dello stesso schema di Nodi Cycles, definito all'interno del Nodo PBR.

 

Questo schema di Nodi consente di realizzare, tra le altre cose, l'assorbimento colorato sulla distanza percorsa dal raggio luminoso all'interno dell'oggetto. La distanza viene calcolata tenendo conto anche della direzione delle Normali delle facce colpite; questo è alla base dei possibili problemi che si possono riscontrare utilizzando questo Nodo e che vengono discussi proprio in questo articolo.

 

Quando un raggio colpisce una faccia avente la Normale diretta verso la direzione di provenienza del raggio, infatti, questo impatto viene considerato un “ingresso” nell'oggetto; viceversa, quando il raggio oltrepassa una faccia e la Normale di tale superficie ha lo stesso verso del raggio (in uscita), il raggio viene considerato appunto “in uscita” dall'oggetto.

 

L'assorbimento viene calcolato lungo la distanza percorsa tra un ingresso e un'uscita.

 

Ciò ha due ripercussioni interessanti, nell'utilizzo del Nodo:

  1. gli oggetti devono essere chiusi, altrimenti il raggio avrà un punto di ingresso ma non di uscita e non sarà possibile calcolare correttamente la distanza percorsa;

  2. se le Normali non sono impostate in maniera corretta, il calcolo e i risultati visivi saranno errati; ciò può succedere ad esempio se le Normali sono dirette l'una verso l'altra (realizzando così un'uscita seguita da un ingresso, in un certo senso) oppure se sono dirette nello stesso verso (ingresso-ingresso o uscita-uscita).

 

 


 

METODO 1 – Mesh separate, Normali verso l'esterno delle geometrie

Si tratta di una soluzione piuttosto semplice da realizzare, come trattato ad esempio nel mio tutorial “Il bicchiere mezzo pieno: si duplica e separa la porzione di bicchiere che dovrà essere riempita col liquido, quindi la si chiude e si ricalcolano le Normali per dirigerle verso l'esterno.

 

Il bicchiere originale resta quindi chiuso e ad esso verrà applicato interamente il materiale vetro; la nuova mesh sarà anch'essa chiusa (con le Normali verso l'esterno) ma dotata unicamente del materiale Whiskey, con le Normali ricalcolate e dirette, quindi, verso l'esterno dell'oggetto.

 

La soluzione è, come detto, semplice e veloce, ma produce dei “risultati strani” in alcuni punti (ad esempio, ai lati del bicchiere, come visibile nell'immagine seguente) per via delle varie deviazioni del raggio, dovute all'indice di rifrazione dei materiali incontrati, sia all'ingresso che all'uscita (perché abbiamo, in realtà, tre ingressi-uscite: vetro, whiskey, vetro).

 

Analisi---due-mesh-separate

 

 


 

METODO 2 – Unica mesh, Normali verso l'interno

Questo metodo fa uso di un'unica mesh per definire sia la parte in vetro che quella in whiskey; in particolare, i due materiali condividono le facce interne (alle quali viene assegnato il materiale Whiskey) ed è presente un altro insieme di facce, orizzontale, che chiude la superficie superiore del whiskey. Si tratta, quindi, di due porzioni chiuse che condividono le facce che le separano, come fatto ad esempio nel mio videotutorial “Old Fashioned, dove il processo di creazione della geometria è mostrato passo-passo.

 

Tecnicamente, questo metodo è “fisicamente corretto”, ma funziona con i Nodi Glass o simili che non tengono conto dell'ingresso e dell'uscita del raggio, per calcolare l'assorbimento luminoso.

 

Il problema è il seguente: quando il raggio colpisce il vetro (che ha le Normali verso l'esterno) si ha un “ingresso”, ma quando impatta con la superficie condivisa tra vetro e whiskey, che ha le Normali verso l'interno dell'oggetto, si ha “un'uscita”: l'assorbimento viene quindi calcolato nella porzione di vetro, ignorando completamente il Whiskey!

 

Allo stesso modo, quando il raggio colpisce la superficie condivisa tra whiskey e vetro si ha, in maniera errata, “un ingresso”, che si conclude quando il raggio esce dalla parte in vetro del bicchiere, per cui si calcola nuovamente un assorbimento sulla sola parte in vetro!

 

Il raggio viene appena "sporcato" dal colore del materiale Whiskey, ma non lo considera affatto nel calcolo dell'assorbimento luminoso del raggio che lo attraversa.

 

Il rendering produce un risultato chiaramente errato, come visibile nell'immagine seguente.

 

Analisi---unica-mesh-normali-verso-interno

 

 


 

METODO 3 – Unica mesh, Normali interne verso l'esterno

In questo caso si ha ancora un'unica geometria, come nel Metodo 2, ma questa volta le Normali delle parti in vetro e di quelle in whiskey puntano tutte verso l'esterno del bicchiere.

 

In questo modo, quando un raggio luminoso entra nel bicchiere e nel whiskey si verifica un “doppio ingresso”, seguito sempre da da una “doppia uscita” quando il raggio, dopo aver attraversato il materiale Whiskey, tocca nuovamente una faccia whiskey e una faccia vetro.

 

Il percorso è quindi corretto e il raggio luminoso, nel suo viaggio, viene “sporcato” correttamente dal Whiskey.

 

Nell'immagine seguente sono visibili sia il rendering finale che la sezione del bicchiere e del whiskey, con le Normali in evidenza.

 

Analisi---unica-mesh-normali-verso-esterno

 

 


 

CONCLUSIONI

In definitiva:

  • la definizione di due mesh separate porta ad un risultato accettabile – anche se non ottimo – ed è di facile realizzazione;

  • la definizione di un'unica mesh con le normali verso l'interno del liquido è quella di più immediata realizzazione, ma porta ad un pessimo risultato;

  • la definizione di un'unica mesh con le Normali invertite (verso l'esterno) richiede un po' più di tempo in fase di realizzazione, per via del “Flip Normals” manuale richiesto per alcune facce interne dell'oggetto, ma porta ad un ottimo risultato.

 

I tre rendering sono visibili, nell'ordine con il quale sono stati appena elencati, nell'immagine seguente.

 

Rendering---Confronto-Finale 


 

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 

Blender 3D + Cycles --- "Breakdown" delle lampadine GE-style

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---225INTRODUZIONE

LA GEOMETRIA

SCUCITURA UV E TEXTURING

MATERIALS

ILLUMINAZIONE E RENDERING

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 


 

INTRODUZIONE

Questa è una piccola analisi del rendering, realizzato in Blender 3D 2.77 e Cycles, di una scena con tre lampadine (tipo "GE"); non si tratta, quindi, di un tutorial, ma di un articolo rivolto a chi ha già una conoscenza di base di Blender 3D e desidera saperne di più sul “dietro le quinte” di questa immagine.

 

Il rendering è visibile qui di seguito, a destra, insieme ad un'immagine con una vista Wireframe dell'intera scena.

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---IMMAGINE-INIZIALE

 


 

LA GEOMETRIA

Le tre lampadine sono del tutto identiche, per cui mostrerò i dettagli della geometria di un solo modello.

L'oggetto può essere suddiviso in tre parti, alle quali corrispodono diversi Materials Cycles: la parte in vetro, la parte in plastica e la parte metallica alla base.

 

La parte in vetro è stata realizzata mediante l'utilizzo dell'add-on Extra Objects - Spirals, che consente di definire velocemente degli oggetti Curve seguendo un percorso a spirale; tramite Bevel Object, inoltre, è possibile fornire un profilo al percorso così definito, in modo da ottenere una forma 3D. Ho descritto la realizzazione di forme a spirale con Spirals e Bevel Object nel tutorial "Estrusione lungo curve a spirale in Blender 3D (molle, lampadine, …)".

 

La parte in vetro contiene, in realtà, un'altra geometria, del tutto identica ma con dimensioni ristrette; non si tratta cioè di uno "spessore", ma proprio di un'altra parte dell'oggetto, provvista di un Material diverso, per cui ne parlerò in maniera più dettagliata nella sezione MATERIALS di questo articolo.

 

Sulla parte in plastica bianca non c'è molto da dire: può essere ottenuta, ad esempio, a partire da un cilindro, inserendo dei tagli intermedi con Ring Cut e scalando tali tagli per far ottenere all'oggetto il profilo finale, oppure mediante la definizione di un profilo "2D" e utilizzo dell'operatore Spin intorno al punto centrale da una vista superiore ortogonale per ottenere il solido di rotazione.

 

Per quanto riguarda la definizione della filettatura, infine, rimando al tutorial "Modellazione e rendering lampadina in B3D, esercizio - Tutorial 2 di 4".

 

Ciascuna lampadina presenta 36.292 vertici e 36.117 facce (72.410 triangoli).

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---GEOMETRIA-1

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---GEOMETRIA-2

 


 

SCUCITURA UV E TEXTURING

Ho realizzato la scucitura UV individuando i Seams (le linee di scucitura, da realizzare con CTRL+E e Mark Seams, dopo aver selezionato gli spigoli da contrassegnare) lì dove i materiali cambiano, ovvero: alle due basi delle parti in vetro e lungo la circonferenza che separa la parte in plastica da quella in metallo.

 

Per disporre le geometrie scucite sul piano 2D, inoltre, ho individuato dei Seams lungo gli elementi circolari (è possibile selezionare facilmente un percorso, in una geometria "cilindrica" come questa, con ALT + click destro su uno spigolo, in modo da selezionare in un colpo solo tutto l'anello di spigoli, per poi contrassegnare come Seam tutta la selezione con CTRL+E).

 

In questo caso, non ho fatto uso di alcuna Texture Immagine per inserire loghi o colori; ad ogni modo, la scucitura UV (resa "a griglia" mediante l'add-on "UV Squares") consente di creare facilmente immagini con loghi, scritte ed altri elementi grafici da applicare in maniera corretta anche sulle parti curve del modello. Non ho fatto uso nemmeno di Textures di tipo Normal Map, Ambient Occlusion o Displacement, per cui tutte le geometrie appaiono perfettamente lisce, senza graffi, rilievi o altri dettagli.

 

L'immagine seguente mostra la scucitura UV dell'intero oggetto sul piano UV (in un editor UV - Image).

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---UV-LAYOUT

 


 

MATERIALS

L'oggetto presenta, in totale, cinque sottomateriali, tutti presi dal pacchetto di 20 Materiali PBR per Cycles, elencati qui di seguito con associato un colore, che ne consente l'individuazione nell'immagine in basso:

  1. BLU --- materiale PBR di tipo "vetro";
  2. BIANCO --- materiale PBR di tipo "plastica opaca";
  3. NERO --- materiale PBR di tipo "plastica opaca" (lo stesso materiale al punto 2, per la parte bianca: cambia solo il colore principale, che qui è il nero);
  4. GRIGIO --- materiale PBR "Acciaio grezzo", con valore di Roughness portato a 0.5 (il valore di default di questo materiale, nel pacchetto originale, è 0.2);
  5. [non visibile nell'immagine] --- un materiale PBR di tipo "plastica lucida", bianco, per una geometria che si trova all'interno della parte in vetro; si tratta, in effetti, della stessa forma a spirale, duplicata ed inserita all'interno di quella visibile nella vista 3D, per cui la parte in vetro della lampadina è composta, in realtà, da due strati: uno esterno, dotato di materiale PBR "vetro" (punto 1) e uno interno, dotato di materiale PBR "plastica lucida bianca".

 

L'immagine seguente consente di individuare i materiali sopra elencati, con i rispettivi colori di riferimento, sul modello 3D di una lampadina.

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---MATERIALS

 


 

ILLUMINAZIONE E RENDERING

Per illuminare la scena ho utilizzato due fonti di luce "classiche", realizzate mediante dei Planes con materiale Cycles Emission di base, poste dietro la telecamera (una a sinistra e l'altra a destra, ciascuna con un angolo di circa 45° rispetto alla telecamera); ho fatto uso, inoltre, di una Texture immagine di tipo HDR Equirectangular per lo sfondo, per introdurre dei riflessi sulle superfici dell'oggetto.

 

L'immagine seguente mostra una vista 3D in modalità Rendered della scena; sono visibili, in particolare, i due Planes che fanno da emettitori luminosi e parte dell'immagine di sfondo (utilizzata cioè in World Background).

 

GE-STYLE-BREAKDOWN---RENDERED-PREVIEW

 

Il rendering finale è stato realizzato con il motore Cycles, con le seguenti impostazioni: risoluzione 1200x1200, 750 Samples, Clamp Direct e Indirect a 0.99, Light Paths Preset: Full Global Illumination.

 

L'immagine seguente è il risultato diretto del rendering, senza effetti di post-produzione, né con il Compositing di Blender 3D né con altri strumenti o programmi.

Nuove-Lampade---2---FINAL-ROUGHNESS-500

 


 

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 

Tutorial Cycles PBR Materials – Volume 1: Scaling delle Texture con Nodo Mapping

 

Tutorial Cycles PBR Materials – Volume 1: Scaling delle Texture con Nodo MappingINTRODUZIONE

VIDEOTUTORIAL (YOUTUBE)

DOWNLOAD DEL VIDEO

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 


 

INTRODUZIONE

Questo tutorial riguarda l'utilizzo del Nodo Vector – Mapping in modalità Texture Scaling per ridimensionare le Textures applicate ad un Materiale in Cycles per Blender 3D. Il tutorial è stato realizzato con la versione 2.77 di Blender 3D.

 

Il nodo Mapping Texture viene utilizzato, ad esempio, nei materiali PBR presenti nel pacchetto “Cycles PBR Materials – Volume 1”, come descritto tra l'altro nel PDF allegato a tale libreria di materiali Cycles, ma i concetti che esprimeremo in questo tutorial sono validi con qualsiasi materiale; inoltre, l'utilizzo di Mapping come nodo per effettuare delle prove di texturing può nascondere una piccola “insidia”, come vedremo.

 

 


 

VIDEOTUTORIAL (YOUTUBE)

 

DOWNLOAD DEL VIDEO

 

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

Blender 3D + Cycles --- "Breakdown" del rendering dell'orologio da taschino

 

Blender 3D + Cycles --- “Breakdown” del rendering dell'orologio da taschinoINTRODUZIONE

LA GEOMETRIA

SCUCITURA UV E TEXTURING

MATERIALS

ILLUMINAZIONE E RENDERING

LINK E ALTRE RISORSE UTILI

 


 

INTRODUZIONE

Questa è una piccola analisi del rendering di un orologio da taschino (“Pocket Watch”) realizzato in Blender 3D 2.77 e Cycles; non si tratta, quindi, di un tutorial, ma di un articolo rivolto a chi ha già una conoscenza di base di Blender 3D e desidera saperne di più sul “dietro le quinte” di questa immagine.

 

Il rendering è visibile qui di seguito, insieme ad un'immagine che mostra la geometria dell'oggetto.

 

FB

 

 


 

LA GEOMETRIA

Il modello 3D utilizzato per il rendering ha una forma abbastanza semplice: il corpo centrale può essere ottenuto, ad esempio, a partire da un cilindro, inserendo dei tagli intermedi con Ring Cut e scalando tali tagli per far ottenere all'oggetto il profilo finale, oppure mediante la definizione di un profilo e utilizzo dell'operatore Spin intorno al punto centrale da una vista superiore ortogonale per ottenere il solido di rotazione.

 

Per la definizione delle “manopole” (o pulsanti) dell'orologio ho utilizzato l'operatore Spin: ho definito infatti solo uno “spicchio”, disegnando un profilo a V, ottenendo il resto dell'oggetto mediante duplicazione e rotazione delle copie intorno al punto centrale, come fatto ad esempio nel videotutorial sulla modellazione di una lampadina in Blender 3D.

 

Per quanto riguarda l'anello presente nella parte superiore dell'oggetto, infine, ho utilizzato una mesh Thorus (una primitiva di Blender 3D, quindi), impostando in maniera opportuna i raggi minore e maggiore in fase di creazione di tale oggetto.

 

La copertura in vetro è, in effetti, un oggetto a parte: l'ho ottenuto separandolo dal corpo principale mediante P – Separate in Edit Mode, in modo da chiudere il corpo centrale con una superficie piana (per texturizzarla con l'immagine del quadrante) e per dare uno spessore (chiudendola, nel frattempo) alla copertura in vetro, in quanto i materiali trasparenti si “comportano bene”, in Cycles, se dotati di spessore.

 

Pocketwatch---04

 

Pocketwatch---05

 

 


 

SCUCITURA UV E TEXTURING

La scucitura UV è stata realizzata tenendo in mente la separazione tra le aree metalliche e quelle non metalliche (quadrante, lancette e copertura in vetro), definendo i seams della scucitura lungo i perimetri circolari presenti nelle varie parti del modello.

 

La Texture del colore di base è una semplice immagine in bianco e nero, che in realtà serve solo per il quadrante, in quanto le parti metalliche e in vetro sono dotate di materiali “puri”, nei quali le informazioni sul colore e i riflessi sono state specificate interamente negli Shaders, senza far uso di Textures.

 

In questo caso non ho fatto uso nemmeno di Textures di tipo Normal Map, Ambient Occlusion o Displacement, per le parti metalliche, che appaiono quindi perfettamente lisce, senza graffi.

 

IMG-SCUCITURA-UV-TEXTURING

 

 


 

MATERIALS

Il rendering è stato realizzato, come detto, con il motore Cycles.

 

L'oggetto presenta tre Materials: vetro, metallo e parte opaca diffusa (per il quadrante, texturizzato).

 

Due di questi materiali sono presenti nel pacchetto “20 materiali Cycles PBR”, pubblicato qualche giorno fa; si tratta, in particolare, del materiale “Vetro” (che non è un semplice Glass, ma uno schema di nodi per assorbimento e rifrazione dei raggi luminosi) e del materiale “Cobalto”, utilizzato per la parte metallica, per cui mi sono limitato ad importarli da quella libreria, come descritto ad esempio nel mio videotutorial “Append dei materiali in una scena Blender”.

 

Il materiale “Textured” è stato applicato solo al quadrante e alle lancette: si tratta di un semplice materiale di tipo Diffuse provvisto di Texture immagine, già presentata nella sezione precedente di questo articolo.

 

L'oggetto è poggiato su un semplice Plane dotato di un materiale PBR con caratteristiche diffuse (non metallico, con un alto valore di Roughness).

 

IMG---Materiale-Cobalt-Pure

 

 


 

ILLUMINAZIONE E RENDERING

Per illuminare la scena ho impostato uno schema di luci classico con tre punti luce, realizzati mediante dei Planes con materiale Cycles Emission di base; ho fatto uso, inoltre, di una Texture immagine di tipo HDR Equirectangular per lo sfondo, per introdurre dei riflessi sulla superficie metallica (che, altrimenti, sarebbe stata poco “interessante”, visto che le superfici metalliche riflettono l'ambiente circostante).

 

L'immagine seguente mostra una vista 3D in modalità Rendered della scena; sono visibili, in particolare, i tre Planes che fanno da emettitori luminosi e parte dell'immagine di sfondo (utilizzata cioè in World Background).

 

IMG---Anteprima-Rendering-con-sfondo

 

Per ottenere l'immagine che ho pubblicato in questo articolo e nel gruppo Facebook di Blender Italia, non ho fatto uso di effetti di Compositing o di Post-Produzione: si tratta del risultato diretto del rendering in Blender.

 

Pocketwatch---00

 

 


 

LINK ED ALTRE RISORSE UTILI

 

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