Arnold for C4D 26 【终章 Ⅲ】Arnold V

2019-02-19 本文已影响0人卜噪大仙

本篇主题：如何在C4DtoA中渲染体积对象（Volume）

之前在讲着色器的时候，讲过跟Volume（体积）相关的参数，本篇跟之前会有交叉的地方，但是需要注意的是，这里用到的Volume跟Atmoshphere Volume有所不同，Atmoshphere Volume是一个全局效果，而现在讲的是局部的单个或多个体积对象；

还记得体积是啥吧？说白了就是一片片、一股股的烟雾啊、云层啊、海浪啊这样的东西~

接下来将结合实例说明如何利用体积对象做出各种炫酷效果；

Arnold Volume

Arnold Volume相当于一个的“容器”；
比较常用的体积文件是OpenVDB，梦工厂出品，可以去官网按需下载 https://www.openvdb.org/，这个网站间接性无法连接、加载很慢，请耐心...如果感兴趣也可以自己使用Houdini等软件创建OpenVDB;
主菜单中的各项参数之前都讲过，此处略；

OpenVDB

OpenVDB面板

属性面板中Start frame/End frame/Step frame/Offset/Loop这几个参数上一篇文章中已经讲过；
Available grids显示的是加载的该VBD文件所携带的信息通道，比如现在所用的文件中包含了density（密度）和temperature（温度）两个可用通道；VDB可以携带多种信息通道，密度、温度、速度等，都会在此处显示；
Grids直译过来是网格的意思，其实就是通道；Grids定义要读取的通道，多个的话用空格隔开即可，上图中只读取了密度；
Velocity grids速度网格（通道），用于定义运动模糊，使用一个矢量（例如v或vel）或三个表示速度的浮点网格（例如vel.x, vel.y, vel.z）表示；如果网格无效或未定义，则不会出现运动模糊
Velocity scale按比例缩放速度，0值将无运动模糊；
Velocity threshold 速度阈值，控制运动噪点速度，从而更快的渲染物理模拟中的运动模糊；默认0.001几乎没有视觉影响；0值将完全禁用速度；
Step Scale缩放体积步长，主要用于当Volume Step设置为自动时调节自动值；对于低频体积，如烟雾，设置为4最合适；

科普Volume Step

体积对象在采样时，直接光线会通过对体积对象发射多次光线进行多次采样，每一次发射的光线都是有“步长”的，即Volume step size，间接光线行为类似（可以想象，光线穿过云层时，光线会在云层内部进行各种折射散射行为，就像人穿过一片杂草，需要随时调整脚步，有时可能会因为前面有水坑还得绕路，即使同样距离也要比走一条马路慢得多）；
因此，体积采样通常需要比一般表面采样更为耗时;

光线在体积内传播的每一步都会评估着色器并累积体积密度，当体积中密度变化时，附近的光线会计算出不同密度值，因为光线采样值是统一的，因此有些地方就会产生噪点；
在这种情况下，如果要消除噪点，光线步长就需要随机应变，即减少或增加Volume step size；当然即使采样值较低，渲染干净的体积图像也需要较长时间，所以调整数值要谨慎；

渲染体积时，需要考虑至少三件事：光线步进（Ray marching）、直接光线（Direct light）、间接光线（Indirect light），即使面对同一个体积对象，以上三者采样设置都不尽相同；

在光线行进的过程中，太低的采样会丧失体积中很多细节、产生噪点，或者会使体积看起来比原本更轻薄，总之会导致计算错误；一个糟糕的步长具有滚雪球效应，会使其他采样部分变得嘈杂；
为避免步长导致采样变得糟糕，可以通过查看Alpha通道，或者关闭对体积产生影响的光线来源并添加自发光，可以很轻松测试出错误来源；如果自发光/Alpha通道在所需AA设置下仍有噪点，则Step size可能太大了；

Step size实际上是在object-space而不是在world-space中，如此一来，在体积缩放时，能够保持采样质量不变；但是，仍要避免使用不合理的大步长，否则体积将变薄或消失；
下图中，体积已放大100个单位以夸大此效果（1/25/50是相对于放大后的体积的效果）：

前面文章中说过，低步长将增加渲染时间。例如，当步长为0.1且世界空间中的体积为10个单位时，大约有100个基本采样，因此体积着色器将调用100次，在此同样适用，务必注意！

接下来用演示一下如何使用：
1、首先准备好一个有灯光的场景，以及一个OpenVDB文件（这里准备了一个烟雾效果）；
2、在场景中创建一个Arnold Volume，Type选择OpenVDB;

其他参数保持默认

3、打开OpenVDB面板，在File path中载入事先准备好的OpenVDB文件：

仔细看图中###部分，这是序列标记，有时候阿诺德会将一个文件识别为序列，将###部分删除即可

注意：在选在要加载的OpenVDB文件时，IPR要确保没有运行，否则在C4D视窗中不能准确显示边界框大小。

4、刚开始看不到任何画面，IPR中也没有渲染出任何东西，因为还需要给Arnold Volume添加一个volume_collector材质，之后就可以看到效果：

新建Arnold Shader Network>添加Volume_collector并赋予Arnold volume>调整参数（如上图红框内）>运行IPR，调整好后IPR就可以看到体积对象了

5、爆炸的时候都是火星四射的，我们来简单模拟一下这种效果：添加自发光；
一般模拟火焰效果都会使用渐变，所以此处使用ramp_rgb节点来控制自发光效果，使用预设flame可以很好的模拟：

新建ramp_rgb节点，使用预设渐变flame，连接到volume_collector的自发光颜色通道

此时还是没有效果滴，因为数据类型不对头啊，需要调整一下：拽出volume_sample_float节点，因为之前最开始的时候散射通道Scattering channel选择的是density，这是个float啊，所以要转换ramp_rgb为float：

材质编辑器示例

最后效果大概这样：

噪点很多，效果也不咋地，这里就不再做调整了，渲染体积太耗时，仅作演示用，大家根据步骤多试试

C4DtoA中会逐渐放弃volume_collector这个着色器，在使用的时候也会得到提示，替换后的着色器其实也叫volume_collector，是新版：

这种情况很常见，单击Replace with standard_volume shader这个位置，即可替换成推荐的新版着色器

下面我们来看一下新旧对比：

standard_volume（左） & volume_collector（右）

可以看出简洁了很多，这些参数大家一定也不陌生，前面教程中基本都涉及过，这里再快速串一下；

Density 控制体积密度，密度越大越“重”，很好理解，不多解释了；
Scattering 散射，旧版中需要选择散射源，新版中智能识别，方便快捷；
控制在光照下体积的亮度。这是散射而不是吸收的光的比值，能量守恒值在0~1范围内；
Anisotropy各向异性，之前教程重点讲过；
Transparency透明度，属于额外控制密度的一个值，主要控制着色后颜色透过体积的强度：
Emission自发光；
Blackbody相当于使用温度控制体积自发光；
旧版中Attenuation控制衰减，衰减强度越大，光线越快被吸收，体积“越黑”；
Advanced高级设置
Displacement可在此处连接贴图控制体积跟多细节，创造更多惊艳效果；