Arnold 教程已经出了第 50 期了，相信大家通过不断的学习，应该了解了阿诺德渲染器的基本用法，
当然为了让我们更好的了解和学习阿诺德渲染技术，基础、原理性的知识储备也必不可少，
今天就来看看官方文档中是怎么介绍 arnold 的渲染原理的。
2017/11/14 更新
根据物理定律设计材质可大大简化着色和照明，即使在没必要追求真实感或物理准确性时也是如此。
通过了解和应用一些法则，我们可以让图像更真实可信，并创建可在不同照明设置下轻松预见其表现的材质。
在现代渲染器中，基于物理的渲染通常是指能量守恒、物理上合理的散射以及材质和线性颜色空间的分层之类的概念。
Arnold 是基于物理的渲染器，但是如果需要，它也允许打破规则，创建出不符合物理定律的材质和灯光。
在本文档中，我们将介绍基础理论，以及如何设置着色器来遵循这些法则。
Photons and Scattering（光子和散射）
在渲染中，我们会模拟光子从光源发出，经过空气传播，在表面上和体积中反弹，最终落在摄影机的传感器上。
数以百万计的光子在摄影机传感器上组合在一起，就形成了渲染的图像。
这意味着，从物理角度来说，曲面着色器描述了曲面如何与光子相互作用。
击中物体的光子可能会被吸收、在曲面发生反射、透过曲面发生折射，或者在物体内部四处散射。
这些组件组合在一起，就产生了种类众多的材质。
Energy Conservation（能量守恒）
这玩意从物理学角度来解释呢，就是说能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，
只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式也可以互相转换。
这就是人们对能量的总结，称为能量守恒定律。
简而言之：“能量既不能创造也不能毁灭，而是从一种形式转变为另一种形式。”又称之为物质不灭。
在佛教中也有这种说法，称之为涅槃，意译为诸法自然，不减不增，不生不灭等。
说到这里又让我想起了一首小诗：
你见，或者不见我，我就在那里，不悲不喜；
你念，或者不念我，情就在那里，不来不去；……
扯的有点远了哈...言归正传...
除非物体是发射光子的光源，否则它无法返回比入射光所贡献的更多的能量。
材质要做到能量守恒，离开表面的光子数量应小于或等于入射光子的数量。
如果材质不是能量守恒，看起来会过于明亮，渲染时噪波也会增多，特别是在使用全局照明时。
要使材质保持能量守恒，材质组件的权重和颜色绝不能超过 1。
另外，必须注意确保所有组件合在一起是能量守恒的，这一点我们稍后会详细介绍。
Materials（材质）
从微观层面看，物体表面的细节是错综复杂的。
在渲染时，我们不使用几何体来表现所有这些细节，而是使用统计模型，这类模型具有易于理解的参数。
Arnold 的标准曲面着色器在为物体建模时会建立一个或两个镜面反射层，以及一个漫反射或透明内部。
这种模型可以表示众多材质。下面我们来看一下各个组件。
Diffuse and Subsurface Scattering（漫反射和次表面散射）
首先来看漫反射内部。入射的光子将进入物体，在内部四处散射，然后被吸收或在另一位置离开物体。
如果光子散射很多次，我们会得到一个漫反射外观，这是因为光子从很多不同位置沿不同方向离开曲面。
对于像皮肤这样的材质，光子可以在曲面之下散射得相对较远，因此呈现出非常柔和的外观，这种效果使用次表面散射来渲染。
对于未打磨的木头这样的材质，光子不会散射得很远，因此呈现出更坚硬的外观，这种效果以漫反射形式进行渲染。
对于叶子这样的较薄物体，光子可以一直散射到物体的另一面，这种效果以漫反射 SSS（启用 thin_wall）形式进行渲染。
请注意，尽管我们在着色器中为所有这些类型的材质提供了单独的控制选项，但是从根本上讲，它们背后的物理机制是相同的。
漫反射内部对材质整体颜色的影响通常也是最大的。
每个光子都有一个关联的波长，而根据材质的特性，某些波长的某些光子比其他光子更有可能被吸收。
反过来也意味着，某些波长的光子更容易离开曲面，从而会使曲面呈现彩色外观。
能量守恒：
一个光子只能参与漫反射、次表面散射和背面照明这几个组件中的一个，为了实现物理上的正确性，我们不希望离开表面的光子比进入的光子多。对于标准曲面，会自动确保这些组件的总和不高于 1。
Specular Scattering（镜面散射）
Specular Roughness 镜面模糊权重 0 ~ 1
Roughness（粗糙度）：
镜面反射层使用微面分布进行建模。我们假设曲面是由许多沿随机方向排列的微小的面构成。
粗糙度低的曲面（如镜面）上各个微面之间几乎没有变化，因此呈现清晰锐利的反射。
粗糙度高的曲面存在很多变化，因此呈现更柔和、富有光泽的反射。
Roughness Map（粗糙度贴图）
要查看曲面高光的变化，应将贴图连接到镜面反射的“粗糙度”(Roughness)。
这不仅会影响高光的亮度，还会影响其大小和环境反射的清晰度。
Transmission（传输/透射）
光子不仅可以在曲面上发生反射，还可以透过曲面发生折射。光子将穿过镜面反射层，通常在离开该层的另一面时改变方向，具体取决于折射率 (IOR)。
如果曲面的内部是透明的（如透明玻璃内部），光子将可以穿过物体并从另一面射出。如果为漫反射内部，光子可以在物体内部散射，然后被吸收或再次离开物体。
镜面反射层的折射率越高，下面的漫反射内部越清晰可见。
对于金属这样的材质，穿过镜面反射层发生折射的光子往往会立即被吸收，因此我们看不到漫反射内部。
Fresnel（菲涅尔）
镜面反射 BRDF 相对于视角方向发生的变化
镜面反射层反射或折射的光子的百分比与视角有关。
从正面观察曲面时，大多数光会发生折射；以一定掠射角观察曲面时，大多数光会发生反射。
这种现象称为“菲涅尔效应”。
折射率控制着此效应具体如何随视角发生变化。
简而言之镜面反射层反射或折射的光子的百分比与视角有关。
Opacity and Transmission（透明度和透射）
对不透明度最好的理解是：不透明度是一种使用纹理为曲面几何体建模的方法。
它不影响光子与曲面的相互作用，而是指示哪个位置不存在曲面几何体、光子可以直接通过。
最常用的就是不透明度贴图，将 alpha 贴图节点链接到不透明度(Opacity )端口，但这会大幅降低渲染速度。
透射深度与此类似，但它控制的不是表面，而是物体内部的密度。
体积密度越高，在光子通过内部时吸收的光子越多，从而使物体越厚的地方亮度越暗。
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