Arnold(C4DToA)阿诺德渲染教程(123) 嵌套介质 Nested Dielectrics 多重透明物体渲染方式

概述

介质优先级(Dielectric_Priority)：玻璃1，气泡2(正确)。图像(在默认值)下查看，介质 _ 优先级：0，这在物理上不正确。

在现实世界中，当光到达两种介质(即透明)介质之间的边界时，它会折射和反射，而这两种介质的折射率不同, 例如，在以下液体玻璃中，光在空气、玻璃、液体和冰之间的不同边界处折射。

介质优先级：玻璃：3，冰和气泡：2，液体：1。
介质 _ 优先级：0 ,物理上不正确

PS:本文仅适用于最新版 Arnold(核心 6.1.0 版，即 C4DtaA 3.2.0 版以上)，最新版 Arnold 下载请移步...
在渲染器中创建这样的场景，通常是将玻璃和水建模为闭合网格(填充常量 IOR 材质)来完成的，这些网格要么是齐平的，要么是相交的，要么是具有气隙的。或者在某些渲染器中，必须显式地为 IOR 更改的每个接口建模，并在每侧标记 IOR，像这样手动将场景分解成独立的接口，IOR 会跳转将非常不方便。同样，将几何图形建模为齐平或气隙会产生各种问题。

所以在 Arnold(和许多其他渲染器)中采用的方法是使用嵌套介质(Nested Dielectrics)，这意味着通过使电介质对象重叠来对场景进行建模，并在它们重叠的空间区域中，通过优先级系统，将材质解析为重叠的介电体之一。这可以正确跟踪 IOR 在光线折射时如何变化，从而导致逼真的渲染。

为什么需要优先级

一杯水的例子
为了搞清楚这些概念，我们以一杯水为例，这包括四种透明介质(即玻璃、水、冰和周围的空气)，它们都是由折射率(或 IOR)定义的介质。当然，场景中可能存在其他非介质，例如玻璃所在的金属桌。

在介质之间的边界处，当光线通过接口透射时，IOR 通常需要从一个值跳到另一个值，在渲染该对象时，光线在每个介质边界上反射或透射，每个表面上的菲尼尔因子和折射方向由边界两侧的 IOR 比率确定。

那么我们如何在渲染器中设置它呢？首先，阿诺德没有使用的两种方法进行比较。

显式 IOR 跳转(错误)

上面提到的一种方法是，显式地为各种接口建模，为每个接口指定外部和内部的 IOR（如下所示）。这将涉及到将对象分解为每个接口的单独网格，或以某种方式标记面。虽然这是一些渲染器所采用的正确方法，但对于艺术家来说，必须这样做显然非常不方便，尤其是复杂的几何体或动画时。

空气间隙或齐平接口(错误)

另一种方法是使用定义明确的 IOR 对闭合网格进行建模，并在它们之间放置空气间隙，以便它们不会接触或重叠，如下所示。这可能比通过接口分解模型更方便，但是不幸的是，由于它会在气隙中产生相互反射，因此在物理上并不正确。另一个不好的方法是将曲面精确地建模为齐平，这会引入数值不精确性问题。

Arnold 嵌套电介质

Arnold 采用的方法，也被许多其他渲染器使用，是基于 2002 年 Schmidt&Budge 的论文"光线跟踪图像中的简单嵌套介质"。在他们的方法(通常被称为嵌套介质)中，介质被建模为允许重叠的闭合曲面，但是我们必须通过分配优先级，来指定给定区域中存在哪些重叠曲面，也就是说，我们给每个介质分配一个整数优先级，然后在一个重叠区域中，最高优先级介质是假定存在的唯一介质，如下图所示。(请注意，空气没有优先权，因为我们可以将其视为没有介质)。光线在场景中反弹回来，在优先级分辨率之后，在幸存的界面上正确反射和折射，并且随着光线的传播，介质的 IOR 被正确“跟踪”了。

使用嵌套介质在玻璃中渲染气泡。

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