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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

 

 
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