فرسنل

فرسنل در دنیای واقعی و مجازی

با توجه به اینکه استفاده از نورپردازی استاندارد Specular در بازی های رایانه ای نسبتا متداول است اما افکتی که کمتر در بازیها دیده می شود فرسنل مناسب می باشد.

مدل متداول Specular در بازیهای رایانه ای Blinn-Phong می باشد که به صورت زیر است:

H = نرمال شده(V+L);

(specVal = pow(saturate(dot(H,N)),power

در این فرمول V بردار دید، L بردار نور و N بردار نرمال می باشد. Power توان Specular بوده و H نیم برداری مابین بردارهای نور و دید است.

دیاگرام زیر نحوه عملکرد را نشان می دهد:

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_01

بردار دید، نور و نرمال را می توانید ببینید. حال با توجه به این تابع مقدار ماکسیمم Specular در کدام نقطه است؟ به صورت شهودی تابع Specular زمانی ماکسیمم می شود که بردار دید منطبق بر بردار انعکاس به سوی نور باشد. و این است اتفاقی که می افتد. این تابع زمانی به اوج خود می رسد که نیم بردار دقیقا در راستای بردار نرمال باشد که زمانی رخ می دهد که انعکاس بردار دید رو به سمت راست در جهت نور باشد.

در اینجاحالت دیگری را می بینید.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_02

بار دیگر بردار دید دقیقا در راستای بردار نور انعکاس می دهد. در این حالت سایه روشن Specular روشن تر، تاریکتر و یا دقیقا مشابه حالت اول است؟ در حقیقت مشابه خواهد بود چرا که شما در هر دو حالت بیشترین مقدار سایه روشن Specular را  مشاهده می کنید. آیا در دنیای واقعی نیز چنین رخ می دهد؟ جواب خیر است.

در تصویر پایین یک آجر را از دو زاویه دید مختلف دوربین مشاهده می کنید. در تصویر بالایی نور و دوربین هر دو مستقیما به پایین نگاه می کنند که حالت یک را شبیه سازی می کند. در حالت دوم نور با زاویه ای به سطح اصابت می کند که نمایانگر حالت دوم است. در اینجا مولفه  Specular و Diffuse  با پولاریزاسیون از هم جدا شده اند بنابراین diffuse در سمت چپ و Specular در سمت راست روشن است.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_03

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_04

برای یک متریال ساده مثل آجر مدل Blinn-Phong برا ی Specular کاملا اشتباه است و باعث می شود این اتفاق بیافتد به خاطر موردی که فرسنل نام دارد.

دوباره به دو حالت Specular نگاه کنید. با توجه به مدل Blinn-Phong می بایست هر دو شدت یکسان داشته باشند اما در حقیقت آن که در زاویه برخورد قرار دارد روشن تر است.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_05 vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_06

برای اینکه این اثر را لحاظ کنید می بایست از فرسنل استفاده کنید. یک تخمین خوب و ریل تایم برای فرسنل Schlick Fresnel می باشد.

(float base = 1 – dot(V,H;

(float exponential = pow( base, 5.0;

(float fresnel = exponential + F0 * (1.0 – exponential;

specVal *= fresnel;

به دلایلی اکثر افراد تمایل دارند فرسنل سطوح واقعا براق باشد مثل آب ، شیشه وفلز. اما در حقیقت فرسنل اثر شدیدی روی تقریبا همه متریال ها دارد. به واقع فرسنل از نظر بصری روی متریال هایی که کمتر براق هستند، بیشتر حائز اهمیت است. در این تصویر یک لوله پی وی سی مشاهده می کنید.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_07 vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_08

قطعا پی وی سی فرسنل دارد. اما می توان گفت فرسنل اثر مهمتری از لحاظ بصری روی آجر دارد تا پی وی سی. از مقادیر ناچیز به Specular زیاد رسیدن مهمتر از رسیدن از Specular زیاد به Specular خیلی زیاد است. می توان گفت پرداختن به فرسنل فقط در مورد آب/شیشه و فلز اشتباه است چرا که تفاوت بصری قابل ملاحظه ای روی سطوح دارای براقیت کمتر دارد. در ادامه مثال هایی را خواهید دید.

مقوای کارتن معمولا به عنوان متریالی که کاملا diffuse دارد شناخته می شود. Specular در زوایای مستقیم حائز اهمیت است چرا که یک غیر اشباعی ظریفی را اضافه می کند اما مقوای کارتن انعکاس Specular خیلی روشنی در زوایای برخورد دارد.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_09 vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_10

آیا تاکنون فکر کرده اید که چرا وقتی صبح ها رانندگی می کنید روشنی احساس می کنید؟ اکثر مردم فکر می کنند که این به این خاطر است که خورشید در چشمشان می تابد. در حقیقت منبع اصلی این روشنی این است کف کف خیابان نیز دارای فرسنل قوی است. بار دیگر که رانندگی کردید و خورشید در چشمتان بود به آینه بغل خود نگاه کنید و ببینید که چقدر کف خیابان در آینه بغل نسبت به آنچه روبرویتان می بینید تیره تر است.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_11 vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_12

در این تصویر یک حوله می بینید. پارچه های پنبه ای زبر دارای کمترین Specular در میان متریال هایی هستند که در اطرافتان می بینید. این مقایسه آنچنان خوب نیست چرا که عکس دوم کلا روشن تر است و بنابراین به سختی می توان تغییرات نسبی Specular به diffuse را مشاهده کرد.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_13

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_14

و حال یک پالت انتخاب رنگ X-Rite را مشاهده می کنید. همیشه توصیه می شود که این پالت ها را عمود به دوربین نگه دارید. حال می توان تشخیص داد که چرا این مطلب بیان می شود.

vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_15 vnplugin-3dsmax_Everything-has-Fresnel_16

 مطالب مرتبط: 
  آموزش متریال وی ری: Diffuse – بخش اول 
  آموزش متریال وی ری: انعکاس – بخش دوم  
منبع: www.filmicgames.com
ترجمه: www.vnplugin.com
لطفا در صورت کپی آدرس سایت www.vnplugin.com را ذکر کنید ( برای مثال   ترجمه: www.vnplugin.com ).
 

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *