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Maya制作逼真水果蛋挞
发布时间：2018-11-17 19:57:24
大家好，我叫Hau Ming (Jamie) Li，我将在接下来的文章里为大家讲解怎样使用Final Gather照亮场景，最终效果图如下。
许多人问我为什么做关于食物的作品而不是其他的典型的环艺和角色的模型。我可以像其他CG艺术家一样去制作环艺和角色的模型，但是只有少数人能制作超写实的食物作品，而且我希望我的作品能独具个性并让人能够记住我。另外，我想利用不同的材质和使用Final Gather照明而不使用SkinShader就能制作出超写实的作品，来拓展我的创作渠道。
下面就是吸引我来制作水果馅饼这个项目的实例参考图片。
严格来说，我并不是100%按照示例图片来做的。我在里面增添了新的素材，并且改变了照明，以便使它看起来更好一些。同时，我没有对它进行模糊，这样会有一种真实的空间感在里面。
参考
就像我早先说的那样，如果你要制作一个超写实的场景的时候，在建模和贴图阶段拥有大量的参考图片是非常必要的。如果可能的话，你可以购买水果，将它们放在你面前，在灯光下观察它们。下面是我在制作过程中使用过的参考图片，多数是从网络上找到的。
建模
水果馅饼的硬皮，我是使用旋转nurbs曲线来获得，并在其中添加了很多iso参考线，熟练操作曲线使之更像是一个水果馅饼的硬皮。接下来我将其转换成了多边形，翻转了法线并创建了uv。
我使用一个nurbs平面来制作蛋奶糊，将之放置在水果馅饼上，并且检查了法线。
盘子的话，我利用一个nurbs的cv曲线旋转，将其转换为多边形，翻转了法线，细分一次，删除了盘子里面的一些边。以此来降低盘子的多边形面数，但同时又能保持作为一个盘子所具有光滑的边。我本来想用nurbs曲面来制作这个几何体，但后来发现它的uv有曲解，于是我将其转换为了多边形。
桌布使用了一个nurbs平面。
山莓部分，我使用了一个nurbs的球来制作，检查uv之后，我复制了很多个，将它们摆放好位置，使用晶格框来塑造它们的形体。我使用nurbs来制作山莓，没有像前面的物体那样将其转换为多边形的原因是，我需要一个光滑的有机体，如果是多边形的话，Maya要占用多数的空间来计算聚在一起的、平滑过后的物体。还有，nurbs具有自己本身自带的uv，虽然有些小的曲解，但这些曲解对于小水果来说是微不足道的。这时注意要将贴图的接缝部分放在山莓群里面看不到的部位，而不是朝外的部位。
葡萄的话，我使用nurbs球体来制作，使用晶格框来调整形体。红色的葡萄在底部，比较红，比较光滑。绿色的葡萄比起红色葡萄来，形体上更显细长一点。
黑色的浆果也是利用nurbs球体，就像刚才制作的山莓，不过我现在将它们转换多边形，转换了法线，我将浆果里面的球体删除，最后将它们组合起来，这样减少了多边形的面数而且便于选择编辑。同样使用晶格来编辑形体，将球体之间产生的空隙全部盖住，使它们更像浆果。黑浆果的球茎要光滑一点，比起上面的山莓的球茎来。我没有给黑浆果创建uv，因为黑浆果的主体颜色是黑色的，只有一点光滑的高光，而且他们不像山莓那样是半透明的，所以黑浆果不需要uv贴图。
对于蓝色浆果，我同样使用nurbs球体，这次我将它们转换为了多边形物体，这样我可以更好的为它制作贴图。挤出边来制作叶子，最后翻转法线。 当我摆放它们的位置时，我复制了很多个原始的蓝浆果，将它们随机放置，缩放它们的形态大小，使场景充满生活气息而不是呆板的整齐摆放。
对于石榴籽，我复制缩放的果实部分。起初我没有见过石榴，更别说石榴籽了。直到我的巴西老师告诉我石榴是真实存在的，还给我看了这些可爱水果的图片。可以说，确切地去了解你所要塑造和制作的东西的原型，对创作是非常有帮助的。
贴图
在我讲解关于这个项目的贴图工作之前，让我来给你看看我的老版本的水果馅饼项目，下图就是我的第一个草图。那段时间，我想创建另一个关于食物的场景，利用少量的皮肤shaders来快速渲染。所以你看这个场景并不是十分写实的，在这个场景里，我使用一个phong材质和fractal节点来制作果冻状的牛奶沙司，一个phong材质和fractal节点制作蓝色浆果，一个fractal节点和一个misss_fast_simple来制作山莓。剩下的石榴，甜瓜以及凤梨已经模糊得不大能看清楚了。这个场景单帧渲染用了7分钟，只用了一点点的final gathing，而不像那个cheese platter单帧渲染了有近一个小时。
虽然这个作品渲染很快，但是模型和贴图的质量却很一般，没有接近pixar的ratatouille的那种效果，所以我折回重新制作所有水果的模型，将甜瓜和凤梨替换成了红的绿的葡萄，除了黑浆果之外，剩余的模型我全部使用文件贴图而不是程序shaders，这样可以有更多的可控性来实现超写实效果。我还使用一个misss_fast_skin shader代替subsurface phong来制作牛奶沙司，同时使用misss_fast_skin shader代替misss_fast_simple shader来制作山莓和葡萄。misss_fast_simple shader非常基础，渲染比skin shader要快，但是它不会提供更多的高光效果控制，如果你不再使用一个小的透明球体的话，就不会出现水果湿润的效果来。
下面的教程对于那些已经知道怎么设置skin shader的人来说是多余的。
对于盘子，我使用一个blinn来替代mia-material，因为要缩短渲染时间。mia-material需要真实的物理光影像finalgathing和ggobal illumation来使之看起来效果不错，但是blinn就不需要这个。依据距离摄相机的远近，使用mia-material的盘子渲染时间要比使用blinn的盘子长一些。下面是对盘子材质的高光属性的颜色以及反射属性的设置。
对于桌布来说，我在互联网上找到的最大的图片是500像素的，没有alpha通道信息。我将它进行了放大，放大到2048，使用photoshop的魔棒工具将图案与黑色的背景分开。我使用亮度对比调节，将调节滑竿移动来适应丢失了的白色信息，使之看上去像新的一样，我将这个存为一个targa32位格式的transparency layer。对于bump and reflected color maps，我用噪点（noise）填充了一个空图层，对其进行动态模糊（motion blurred），然后在复制一个图层，旋转90°，然后使用Photoshop的图层模式和透明度工具，对这两个图层进行调整，使之看起来像是纤维那样交叉。然后我合并了这两个图层，将合并的图层储存为一个targa24位格式的文件。我开始使用一个lambert材质，但是不知道是什么原因，这种材质在馅饼酥皮的阴影之后总是会出现模糊，后来我更换了带点高光的anisotropic材质。下面就是透明贴图和凹凸贴图。
对于蓝色浆果来说，我从互联网上找到了一个最大的蓝色浆果的参考图片，我把它全部放在了uvlayout上，接下来我使用克隆和复制工具来调节它的形状以适合uv，当我将参考图设置完成，我在Photoshop中使用亮度对比工具，反复采样调节蓝色，利用得到的色彩建了新的图层再利用图层模式来制作浆果带着白色果霜的效果。下图是带有一点点反射的phong材质和刚才制作的颜色文件贴图。
对于馅饼的酥皮来说，我耗费了不少时间来寻找一个高分辨率的图片来制作贴图。我一度想用我的数码相机来拍摄一张图片，但是我的数码相机没有办法通过手动控制来获得一张非常精细的、具有详细细节的图片。没有办法我只好寻找一些替代的图片来制作贴图。后来我发现了一张高分辨率的饼干图片，用它来为酥皮制作贴图。我使用Photoshop将饼干图片裁切，缩放来使用酥皮的uv，用画笔将斑点一样的浅褐色的酥皮烤酥的地方在color map上画出来。bump map只是一个简单的添加了噪点贴图，我将color map在photoshop中使用亮度对比调节，再加上一个黑色的背景层，就是specular map了。我也使用specular map贴到了酥皮的phong材质的反射率上，以给酥皮带来更多的细节，这个反射贴图是灰色的。下面就是馅饼酥皮的各种贴图。
对于黑色浆果，我使用一个phong材质和一个程序fractal shader，并且反复测试调节高光的值。
石榴籽有两个图层，分别是里面浅白色的末端和外面淡红色的透明表皮，也许石榴籽是我曾经制作过的水果贴图中最难的了，因为我不了解这种水果。石榴籽里面浅白色的末端，使用了一个surface shader连接一个小的glow，外面淡红色的透明表皮则使用了一个透明的phong材质。
牛奶沙司是淡黄色的，带有明显的高光和一点反射，我从参考图中复制了一点牛奶沙司的颜色，将其填充满整个图层，再加上一点噪点，最后高斯模糊一下。对于高光贴图，我使用噪点滤镜，使用白色刷了几笔，最好在色彩平衡里面调节，使图片偏一点淡蓝色。我使用了一个skin shader，便于创建超写实效果。
葡萄的材质和贴图取自一张葡萄的图片，我将其缩放，使用亮度对比调节，色阶对比。我对树莓的贴图也是这样操作的，除了图片中间的白色画笔。下面就是我为红、绿葡萄还有树莓画的贴图。
如何不用水滴就能表现新鲜水果的质感？其实这个很简单，你只需要一个黑白色做成的噪点图像文件，然后色彩平衡中使之偏一点淡蓝色，将这个贴图添加给secondary specularity以及添加一点reflection，左边的图片是使用默认的secondaryspecularity，就是没有图片文件，中间的是secondaryspecularity使用了噪点贴图文件的葡萄的图片，右边是在中间图片的基础上给添加了reflection.的效果。
灯光
我使用了三个点光源，两个面光源，以及一个hdri。主光是一盏橘黄色背光，再现阳光从窗户射进来，照射水果的表面的情形。所以我添加一盏低能量的也是橘黄色的面光源，从树莓的一边照射过来，我将这盏面光源与树莓的球茎连接起来，还有馅饼的牛奶沙司，这样能塑造出一个超写实的效果。
skin shader是一个很耗费机器运算的材质节点，如果你不是给一个角色贴图的话，劝你不要使用它。食物比起人类皮肤来有更大的半透明属性，所以设置skin shader的值比起人类皮肤来要普遍的高一点，像scale conversion，材质的半透明效果越多，就会出现越多的噪点，所以你不得不设置较高的scale conversion来平衡噪点，你也可以调节lightmap，如果你想scale conversion的值比较小一点。
回到灯光讲解里来，我在每个树莓的空腔里面添加了一盏带有树莓的淡红色颜色的点光源，以此来增进半透明的效果。我还添加了一个低数值为-2的吸光灯在树莓蛋挞的右前方和石榴蛋挞之间，用来增进阴影的效果。谨慎使用负值的灯光，也就是吸光灯，它占用的资源比正常的灯光要多，而且如果数值设置的较高的话，它会使靠近它的贴图产生不佳的效果，所以这种类型的灯光用的比较少。下图是使用数值为-10的吸光灯产生的效果。
渲染
final gather是一个技巧性的反射灯光，虽然有点作弊，但是不管怎样，它产生的效果是很好的，如果你迷恋于直接用Maya渲染出一切效果，而不是分层渲染的话，那么渲染时间是很可观的，即使你把final gather采样点冻结仍是如此。另外一个缺点是，当你在50%的分辨率的渲染视图渲染时，图像质量看起来非常美妙，但在100%分辨率的视图里就不是这样了，那意味着你需要增加更多的final gather采样点。在开始的时候，我使用了300的final gather采样点，由于蛋挞的材质是phone类型，因此得到很多的斑块，我甚至在渲染设置中打开了“jitter”选项，都无法达到我想要的效果，因此我决定放弃了，最终我决定google搜索一下我遇到的问题，结果发现不少人在使用final gather的时候遇到了和我一样的问题，大家的解决方法是设置一个疯狂的final gather采样点数，然后每个点的插值设置为12，我我试着使用500,000 的final gather采样点数渲染出2500 x 1406，72dpi的图像，但在渲染到第三天的时候，我的机器崩溃了。我希望在渲染全尺寸的时候得到50%分辨率大小时一样的质量，同时Maya和我的处理器还能够挺过去，最后我使用原来一半的fg采样点数来渲染，即使这样，我的机器还是花了整整3天的时间，才仅仅渲染出fg的采样点，而结果还不是我想要的。
这里是我的23,958kb的小的final gather的采样点。
下面是我使用final gather反弹次数为2的渲染设置。
遮挡
唯一需要表现出阴影或稍许阴影的物体是场景里的托盘，蓝莓和黑莓，以及酥皮，我一共使用了6个采用不用设置的遮挡材质，如果在蛋奶糊上使用过多的遮挡效果，它看上去就太像塑料了。
景深
在景深这个部分，有人建议我直接在Maya里面把景深渲染出来，但我知道，这会给每一帧增加额外的15分钟渲染时间，我还没有考虑优化我的场景，因此实际上它等于要被渲染两次那么长的时间。最后我的一位同事注意到我的麻烦并给我提供了帮助，他建议我使用一个surface shader单独渲染zdepth 通道，然后把一个ramp材质投射到场景里面，并在shake里面合成最终的遮挡材质，最好的部分是这么做渲染起来。不得不承认，这样操作起来真的快了很多。
最终效果
之后，我发现图片的前面仍然需要更多的阴影，所以我在树莓蛋挞的下面画了一条线，将线进行了高斯模糊。就这样，一幅超写实的水果蛋挞图就完成了。
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