Материалы и карты. Свойства поверхностей.
Материалы определяют визуальные свойства поверхностей, т. е. описывают то, как поверхность объекта взаимодействует с освещением сцены. Различные программы используют разные наборы параметров описания свойств материалов. В качестве примера для данного случая можно рассмотреть пакет Lightscape (фирмы Autodesk, Inc.). В частности, в нем замечательно реализовано описание характеристик материала. Выбор "образцовой" программы обусловлен тем, что она является одной из немногих, где используется физически корректная технология моделирования материалов.
Следующие свойства поверхностей определяют взаимодействие материала со светом:
- цвет (color);
- прозрачность (transparency);
- глянцевость (shininess);
- коэффициент преломления (refractive index).
Цвет и прозрачность определяют прямое (direct) и непрямое (indirect) рассеянное освещение (diffuse lighting), вычисляемое при итоговой визуализации с помощью алгоритма излучательности (radiosity).
Коэффициент преломления и глянцевость (полированность) материала определяют блики (highlights) и зеркальные отражения (specular reflections) на поверхности. Блики и отражения просчитываются при визуализации с помощью алгоритма трассировки лучей (ray tracing).
Цвет
Выбирая цвет материала, необходимо ответить на следующие вопросы.
- Какой у материала цветовой тон (hue), т. е. какого собственно цвета (красного, зеленого или какого-либо другого)?
- Какая у него насыщенность (saturation), т. е. как сильно окрашен отраженный свет? Высокая насыщенность делает цвета более глубокими (deepen), а меньшая насыщенность ведет к исключению цвета (переход к ахроматическим цветам).
- Какова его яркость (value), т. е. как много света отражает материал? Этот параметр влияет также на характеристику зеркальности поверхности.
Кроме модели цвета HSV, которая практически не характерна для пиксельной графики, могут использоваться цветовая модель RGB или файл с текстурной картой (texture map).
Прозрачность
Значение прозрачности определяет, какая часть светового потока проходит через материал. Падающий на поверхность свет рассеивается и ослабляется при прохождении через прозрачный материал тем сильнее, чем меньше значение этого параметра.
Глянцевость
Глянцевость материала определяет характерный вид отражений и отбликов на поверхности объекта. При визуализации на материалах с высокой глянцевостью будут получены более четкие зеркальные отражения и более резкие блики.
Коэффициент преломления
Коэффициент преломления определяет характер изменения света при прохождении им границы между двумя разными средами (обычно каким-нибудь материалом и воздухом).
Эта характеристика влияет на силу бликовости материала или, в случае прозрачных материалов (например, воды или стекла), на величину искривления (преломления) формы объектов, находящихся сзади.
Если коэффициент преломления равен 1, падающий свет без потерь (отражений) проникает в материал. Для непрозрачного объекта это означает, что его поверхность будет выглядеть абсолютно матовой, для прозрачного, что преломления будут отсутствовать.