Lý thuyết ánh sáng và vật liệu
1. Ánh sáng tác động lên vật thể:
Cường độ và kích thước nguồn sáng sẽ tạo ra những hiệu ứng hình ảnh khác nhau. Có 4 dạng nguồn sáng:
Ánh sáng chiếu vào sẽ tạo nên các khu vực với các khái niệm sau đây.
Một nguồn ánh sáng đi trực tiếp vào vật thể lập tức sẽ tạo ra các vùng sau.
Đồng thời, khi có ánh sáng gián tiếp tác động vào phần tối, ta đã thấy được 2 phần riêng biệt bên trong. Khi đó chúng ta cần tách ra 2 phần là bóng của vật thể và bóng mà vật thể đổ xuống sàn.
Sau khi ánh sáng đầy đủ, chúng ta có một khái niệm là Occlusion Shadow, đây là vùng bóng tiếp giáp giữa 2 vật thể, là “góc kẹt” nơi mà ánh sáng khó đi vào.
Thực ra ngay từ đầu điểm Specular cũng được tạo ra và nó vẫn luôn luôn nằm ở đó, nhưng điểm này rõ hay mờ lại phụ thuộc vào bề mặt vật liệu của vật thể, càng bóng, điểm này càng rõ.
2. Tìm hiểu về vật liệu:
Bất kỳ vật liệu nào cũng bao gồm 2 phần: Bề mặt và Chất liệu
* Bề mặt bao gồm 2 yếu tố chính: Màu sắc và độ nhấp nhô của bề mặt.
Trong khoa học máy tính, màu của vật thể có tận 3 cái tên khác nhau: Color, Diffuse Color và Albedo.
Thật ra kim loại nói chung không hề có màu nghĩa là chúng có màu đen hoàn toàn. Màu của các loại kim loại mà chúng ta nhìn thấy thực ra chỉ là màu phản chiếu từ ánh sáng môi trường, mà người ta hay gọi là “Ánh kim” (Mỗi loại kim loại sẽ phản chiếu một số màu nhất định của riêng chúng).
Để mô phỏng được đầy đủ tính chất của độ cao. Các nhà khoa học chia chúng ra làm 4 loại tương ứng với các bản đồ chiều cao.
Reflection là hiện tượng bề mặt vật thể phản chiếu lại ánh sáng, trong điều kiện lý tưởng, bề mặt của vật thể láng bóng, ánh sáng phản lại sẽ nhìn rõ nhất có thể.
Trong 3D, các giá trị trắng và đen, tương ứng với 0 – 1 thể hiện các giá trị sức mạnh của một kênh, như hình mô tả trên, bản đồ Trắng Đen giúp máy tính xác định chính xác được đâu là phần Reflection (phản chiếu).
Mỗi loại vật liệu sẽ hấp thụ một dãy bước sóng ánh sáng và phản lại một phần, đó chính là phần màu sắc mà chúng ta thấy của vật liêu.
Riêng với Thủy ngân (tráng sau lớp gương soi) thì chúng phản xạ lại gần như tuyệt đối mọi bước sóng ánh sáng, nên chúng ta có thể soi gương mà thấy nhìn như thật. (Vì thủy ngân rất độc và chế xuất khó nên gương còn được tráng bằng Bạc nữa, nhưng thực tế Bạc không phản xạ tốt như Thủy ngân).
Roughness là hiện tượng bề mặt hơi sần sùi, điều này làm ánh sáng bị tán xạ khắp nơi, không còn đi đúng hướng chuyển động như Reflection nữa, lúc này hình ảnh phản chiếu cũng sẽ mờ đi.
Trong 3D, ngoại trừ màu sắc, các biểu đồ giá trị thường được thể hiện bằng màu trắng và đen, trong đó màu trắng tương ứng với 100%, màu đen là 0%. Trong ví dụ trên, màu càng trắng là sẽ bị nhám nhiều, màu đen thì không bị nhám.
Và đây là kết quả khi chúng ta kết hợp: Color + Roughness. Quan sát kỹ bạn sẽ thấy bề mặt vật liệu có chỗ nhám, chỗ mờ.
Khi giá trị Roughness không đủ để thể hiện những giá trị chiều cao lồi lõm lớn hơn, khi đó, một bản đồ giá trị mới được gọi là Normal map dùng để thể hiện nó.
Normal map là một bản đồ giả lập được “chiều cao tương đối” của bề mặt. Bạn có thể tăng thêm hoặc giảm chiều cao của bề mặt, nhưng nó vẫn chỉ nằm trong vật thể.
Khi Normal map chỉ thể hiện được những gợn của bề mặt, trong khi thực tế bề mặt còn có những sự lồi lõm rõ rệt, khi đó chúng ta cần một Map mới là Displacement. Map này sẽ đưa bề mặt nổi ra ngoài khối cơ bản.
Displacement map dựa trên giá trị đen trắng, bề mặt giữa mang giá trị màu 50%. Càng sáng, vật bề mặt sẽ lồi lên, ngược lại màu càng tối thì về mặt lõm vào.
* Chất liệu:
Trong 3D chất liệu bên trong được quan sát thấy thông qua độ trong suốt của chất liệu, người ta quy ước độ trong suốt từ 0 – 100% tương ứng với trắng và đen.
Khúc xạ ánh sáng là hiện tượng gãy khúc ánh sáng khi chúng ta thay đổi chiết xuất của chất liệu, điều này có thể quan sát bằng mắt thường.
Mỗi loại vật liệu trong suốt tùy thuộc vào chiết xuất và hình dạng vaatjt hể đều ít nhiều gây hiệu ứng tán xạ ánh sáng, đây là hiện tượng lệch hướng của từng bước sóng khác nhau (màu đỏ lệch ít nhất và màu tím nhiều nhất).
Các loại đá quý
Độ xốp của chất liệu bản chất giống như Roughness của bề mặt, nghĩa là các phân tử xếp không đều, tạo nên sự tán xạ ánh sáng từ bên trong vật thể.
- Theo Chu Tieu An -
>>> Vai trò của bóng tối, ánh sáng và phản xạ trong hội họa và vẽ
