Blender Dokumentation: Diffuse Reflexion

Diese Seite bezieht sich auf Blender v2.42

Licht, das auf eine raue Oberfläche trifft und durch diffuse Reflexion zurückgeworfen wird, wird zerstreut, d.h. in alle Richtungen mehr oder weniger gleichmäßig ("isotropisch") verteilt (Abbildung 1). Das bedeutet, dass die Kamera unabhängig vom Blickwinkel immer dieselbe Menge Licht empfängt.

Diffuses Licht ist im einfachsten Fall also unabhängig vom Standpunkt der Kamera. Die Menge des - eine Oberfläche treffenden - Lichtes hängt vom Einfallswinkel des Lichtes ab, also von der Position der Lichtquelle. Wenn das meiste des auftreffenden Lichtes diffus reflektiert wird, bekommt die Oberfläche ein mattes Aussehen.

Abbildung 1: Schema der diffusen Reflexion

Eine perfekt gleichmäßige Reflexion des Lichtes kommt z.B. bei rauem Plastik vor, bei vielen Materialien wird das Licht nicht in alle Richtungen gleich emittiert. Als extremes Gegenbeispiel kann gebürstetes Metall dienen, an einer solchen Oberfläche wird das Licht sehr stark in eine bestimmte Richtung reflektiert.

Blender besitzt fünf verschiedene Berechnungsmethoden zur Berechnung der diffusen Reflexion, die entsprechend unterschiedliche Oberflächeneigenschaften widerspiegeln. Darüberhinaus gibt es noch eine Option Tangent, die sich sowohl auf diffuse als auch auf spekuläre Reflexionen bezieht. Diese verschiedenen Berechnungsmethoden werden als "Shader" bezeichnet.

Die Shader haben verschiedene Parameter. Allen gemeinsam sind die Parameter Ref [Reflektivität], der die relative Menge (0 bis 1) des zurückgeworfenen Lichtes angibt, und die Farbe Col der Oberfläche.

Benutzen Sie in der Regel Oren-Nayar als Shader für das diffuse Licht, und Blinn als Shader für die Glanzlichter.

Die implementierten Shader sind:

• Lambert - Das war Blenders einziger Diffusionsshader bis zur Version 2.27. Deshalb beziehen sich alle alten Tutorien auf ihn und alle Bilder, die vor der Version 2.28 gerendert wurden, benutzten diesen Shader. Dieser Shader besitzt nur die Standardparameter.

• Oren-Nayar - Dieser Shader wurde erstmals in Blender 2.28 vorgestellt. Mit ihm nähert sich die Diffusion etwas mehr der Realität an, da dieser Shader neben den beiden Standardparametern (Col und Spec) noch einen dritten benutzt, der die Rauhigkeiten einer Fläche festlegt (Rough). Dadurch wird das Licht etwas weicher verteilt. Benützen Sie zunächst kleine Rough Werte, unter 0.5.

• Toon - Dieser Shader wurde ebenfalls erstmals in Blender 2.28 vorgestellt. Er ist nicht dafür gedacht, die Realität nachzuahmen, sondern ein zeichentrickähnliches Material zu erstellen. Mit klaren Schattengrenzen und gleichmäßig beleuchteten und im Schatten liegenden Bereichen. Trotzdem ist er relativ simpel und benötigt zwei weitere Parameter, die die Größe der beleuchteten Bereiche (Size) und die Schärfe der Schattengrenzen (Smooth) definieren. Der Toon Shader ist sehr variabel.

• Minnaert - Diesen Shader gibt es erst seit der Version 2.37. Er entspricht dem Lambert Shader, besitzt aber noch einen weiteren Parameter Dark. Größere Dark Werte als 1 dunkeln Flächen direkt in Aufsicht ab, wodurch das Material ein samtiges Aussehen erhält. Um die gleiche Gesamthelligkeit zu erreichen, müssen Sie den Ref Wert entsprechend erhöhen. Dark Werte kleiner als 1 hellen Flächen direkt in Aufsicht auf, wodurch das Material metallischer erscheint.

• Fresnel - In Version 2.42 eingeführt. Flächen die vom Licht streifend getroffen werden, werden durch den Fresnel Shader besonders aufgehellt. Die Parameter Fresnel und Fac entsprechen denen bei Raytracing-Spiegelungen.

• Tangent - Option seit Version 2.42. Dies ist ein extrem anisotroper Shader, d.h. das Licht wird stark in eine bevorzugte Richtung reflektiert, und nicht in alle Richtungen gleichmäßig. Die Richtung der Lichtemission wird durch die UV-Koordinaten festgelegt, d.h. Sie müssen die Objekte zunächst mit UV-Koordinaten versehen - auch wenn Sie keine Textur zuweisen wollen! Typische Oberflächen sind gebürstetes Metall oder eine CD. Das Ergebnis ist von der UV-Map und stark vom Blickwinkel abhängig.

Die folgenden Bilder sollen einen ersten Eindruck von den Shadern vermitteln, und wurden alle mit einem CookTorr Specular Shader von 0.1 gerendert. Um überzeugende Materialien zu erstellen, ist allerdings erheblich mehr Aufwand nötig, als nur einen Shader auszuwählen. Die Bildfehler stammen aus der Umwandlung in das GIF-Format, das hier auf Wikibooks leider als einziges Animationsformat zur Verfügung steht.

Abbildung 1: Lambert-Shader. Ref=0.8	Abbildung 2: Oren-Nayar-Shader. Ref=0.9, Rough=1.0	Abbildung 3: Toon-Shader. Ref=0.8, Size=1.0, Smooth=0.1
Abbildung 4: Minnaert-Shader, Ref=0.8, Dark=0.7	Abbildung 5: Minnaert-Shader, Ref=1.0, Dark=1.2	Abbildung 6: Fresnel-Shader, Ref=0.8, Fresnel=2.0, Fac=1.25
Abbildung 7: Tangent-Option für Lambert-Shader. Die Ebene und der Würfel sind ohne Tangent Option gerendert.

Links

Die englischsprachige Vorlage dieses Textes
Ein Lambertscher Strahler (diffuse Reflexion)
Erklärung des Begriffes Isotrop