2010年8月20日金曜日

フォトリアル思考なマテリアルの考察

暑すぎる日が続きます。
柳村です。

表題のとおり、私的な考察を今日は書きたいと思います。

CGは自由度が高く、どんな表現も可能にしてくれます。
でも言い換えれば、非現実的な表現をしてしまう事も可能ということです。
ですので、正しい知識が必要ではないでしょうか。

そこでBRDFの設定についてお話したいと思います。

BRDFにはディフューズ・スペキュラー・リクレクションの3項目がありますが、
modoのデフォルト値では、ディフューズが80%、スペキュラーが20%、リフレクションは0%
という設定になっています。
しかし、実はスペキュラーが0%でリフレクションが20%とあるべきだと私は考えます。

そもそも、スペキュラーというのは現実世界には存在していません。

これは、CGの光源というのは実体がないために、マテリアルを照らすことはできますが
光源をリフレクションによって映りこませて艶を出すことが出来ないので、擬似的に艶を表現するためのCG独自の手法です。
現実世界には光源に実態があるので、リフレクションによって光源が映りこみ、艶となるわけです。

一見リフレクションと言えば、鏡の様な反射を思い浮かべられるかもしれませんが、
鏡の反射は、反射量が95%程度でブラーリフレクションをONにした状態で、ラフネスが0%の場合です。
逆に、艶消しの様な鈍い反射の場合はラフネスが60%など、高値になっていきます。

ですので、CGでは光源の実態としてイルミゴンなどと呼ばれる自己発光しているポリゴンを作成し、
光源の位置に配置してマテリアルに映りこませることによって、自然で正しい艶を表現できるようになります。

とは言っても、スペキュラーを0%にして使うことが間違っているということでもありません。
イルミゴンを配置して光源を実態として表現する場合は間違ったことになりますが
イルミゴンを配置しない場合は、スペキュラーに値を設定しないと、艶を表現できません。
そして大事な事は、スペキュラーを20%に設定したならば、リフレクションも20%で同値に設定するという事です。
なぜならば、先ほど述べたように本来はリフレクションのみによって艶を表現するのが現実世界としては正しいからです。
ですから、20%のスペキュラーによる艶があるならば、周りの環境も20%映り込んでいないとつじつまが合いません。
そして、艶の具合はラフネスで調整します。

また、ディフューズ+リフレクション=100%を超えないように気をつけることが大事です。
つまり、この場合ディフューズは80%までです。
(スペキュラー・リフレクションともに20%をした場合もディフューズは最高で80%までです。)

では、ディフューズとリフレクション・フレスネルについて、ちょっとしたうんちくを解説しておきます。

ディフューズというのは日本語では拡散反射と言い、光源から受け取った光をあらゆる方向へ拡散して反射し、
私たちの目に届くことによって、そこに物体の色・形を認識することが出来ます。
ですので、ディフューズ量が高ければ、たくさん光を反射するため明るく映り、低ければ暗くなります。

リフレクションは正反射または鏡面反射と言い、拡散せず光の入射角と反射角が等しくなるため、
鏡のような光の反射をします。
どこかに書いてありましたが、一般に金属を除く物体の正反射率は5%を超えないそうです。
しかしガラスやプラスチックなど、5%以上に見えるものもあります。
これは、フレスネル効果によるためです。
CGの正反射率は、ポリゴンに対して0度の角度(真正面)で見たときの反射量を設定しています。
そして、フレスネルはポリゴンに対して90度(真横)で見たときの反射量を設定します。
ガラスの板に対して真正面から見てみても、それほど正反射を確認できませんが、
だんだん角度を傾けていくと、鏡のような正反射を確認できます。
これがフレスネル効果で、ガラスコップの淵や光沢のあるプラスチックなどでよく見られます。

以下は正反射性と拡散性の材質による、各反射率を示した表です。(パナソニック電工より)

http://denko.panasonic.biz/Ebox/sekkei/pdf/cc0412.pdf

上記の表を見てもわかるように、色によっても拡散反射率が違うことに注意してみてください。

現実世界には、拡散反射率も正反射率も100%になるような物質はおそらくないでしょう。
逆に、黒でも拡散反射が0%ということもおそらくないと思います。
(ただし、無色透明のガラスや液体などは拡散反射を0%にしても問題ないと思います。)
(その理由は無色透明というのは正反射によってそこに物体を確認できるからです。)

少しゴチャゴチャとしてわかりにくいかもしれませんが、
日比さんのリニアワークフローの正しい空間のご解説と合わせて
私の考察もご参考にしていただければ幸いです。

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