原理化毛发 BSDF节点

仅适用于Cycles引擎

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Melanin concentration选项下的原理化毛发 BSDF节点界面。

原理化毛发 BSDF 节点是基于物理特性的，适用于对毛发进行着色。

毛发着色

该着色器共有三种 参数化 的方式来对毛发进行着色。

直接着色

选择所需的RGB颜色，着色器会粗略计算必要的 吸收系数 (吸收系数详细说明见下文)。

Melanin concentration

现实生活中，真黑素(在棕黑色头发中普遍存在)和褐黑素(红色头发)的数量和比例决定着毛发的颜色。该模式利用输入的 黑色素 数值来确定两者的数量，利用输入的 黑色素红 的值来确定两者的比例，进而实现对毛发进行着色。提高浓度会加深毛发颜色(下面的五个颜色示例都是在 黑色素红 设定为 \(1\) 时的结果)：

  • 白色 (黑色素值设为 \(0\)),

  • 亚麻色 (黑色素值设为 \(0.25\))

  • 淡红色 (黑色素值设为 \(0.5\))

  • 棕色 (黑色素值设为 \(0.75\))

  • 黑色 (黑色素值设为 \(1\))

设定好上述参数后，可利用 染色 输入项来实现染发的效果。

吸收系数

指定由 Beer-Lambert law <https://en.wikipedia.org/wiki/Beer%E2%80%93Lambert_law#Expression_with_attenuation_coefficient>`__定律确定的衰减系数 :math:sigma_{a}`。该模式主要针对技术用户，以便于他们直接使用文献中报道的系数。

随机粗糙度

逼真的头发应该在每条发股间具有些许差异。该着色器利用 随机色彩 和 随机粗糙度 来实现上述效果。实现方式是将 黑色素/粗糙度 的比值重新映射到 \(色彩/糙度 \pm 随机化\%\) 。

输入选项

颜色

发股的RGB颜色。仅在直接着色模式下起作用。

Hint

使用以下公式将所选颜色转换为吸收系数(参见 4.2 章 [CBTB16]):

\[\sigma_{a} = \frac{\ln(Color)} {\left(5.969 - 0.215\beta_{N} + 2.532\beta_{N}^{2} - 10.73\beta_{N}^{3} + 5.574\beta_{N}^{4} + 0.245\beta_{N}^{5}\right)^{2}}\]

在指定了径向粗糙度的情况下， \(\beta_{N}\) 是应用随机化后头发的径向粗糙度。

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使用直接着色参数化头发颜色。(顶部为RGB参数。)

黑色素

色素的绝对值。范围： \([0, 1]\) 对应于 \([0\%, 100\%]\) 。

Hint

这是对下面基础指数函数的线性映射：

\[melanin\_qty = -\ln(\max(1.0 - Melanin, 0.0001))\]
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黑色素。

黑色素红

褐黑素与真黑素的比例。范围： \([0, 1]\) 对应于 \([0\%, 100\%]\) 。

Hint

The ratio formula is: \(eumelanin = Melanin*(1.0-MelaninRedness)\), \(pheomelanin = Melanin*MelaninRedness\).

在随机化后，得到的最终值会通过下式转化为吸收浓度(参见 6.1 章 [EFHLA11], 范围调整为 \([0, 1]\)):

\[\begin{split}\sigma_{a} = eumelanin * \left[\begin{matrix} 0.506 \\ 0.841 \\ 1.653 \\ \end{matrix}\right] + pheomelanin * \left[\begin{matrix} 0.343 \\ 0.733 \\ 1.924 \\ \end{matrix}\right]\end{split}\]
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黑色素红。

染色

生成染发效果。不受随机化的影响。可以通过将颜色设置为白色来禁用它。

Hint

计算方式是通过将上面的 颜色 转换并添加到黑色素浓度的吸收系数中。

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染色效果。黑色素值设定为 0.1，其余为RGB数值。

吸收系数

吸收系数 \(\sigma\) 。

糙度

指定发股方向上平滑闪光的程度。数值太低会使头发变得光滑，看起来几乎是金属质感的，而发光效果看起来像萤火虫；设置太高会导致朗伯散射效果。

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糙度。

径向粗糙度

指定发股切线方向上平滑闪烁的程度。数值太低会出现集中闪光效果；将其设置得太高会将光线扩散至发股的宽度上。

Hint

从数学层面上理解为：该参数可以映射到逻辑分布的比例因子 \(s\) 上 (参见 4.1 章 [CBTB16])。

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径向粗糙度。

涂层

通过将粗糙度降低到给定的数值，来模拟第一次光反射(漫反射)，进而模拟出一层闪亮的毛发。范围： \([0, 1]\) 对应于将原始糙度调节至 \([0\%, 100\%]\) 。

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涂层。

IOR

折射率 (IOR) 定义光线改变方向的程度。折射率设定为1.0时，光线可直接透过；值越高，折射越强。默认值为 \(1.55\) 。

偏移量

通过增加头发角质层相对于发股的角度来倾斜头发的闪烁。人类的头发通常具有较低的偏移值。

随机色彩

对于每根发股，通过 \(随机系数\) 改变黑色素浓度。范围： \([0, 1]\) 对应于初始黑色素浓度 \([0\%, 100\%]\) 。

Hint

黑色素浓度会与 \(随机系数\) 相乘得到最终值，其中 \(随机系数 = 1.0 + 2.0*(随机数- 0.5) * 随机色彩\) 。

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随机色彩。

随机粗糙度

对于每根发股，通过 \(随机系数\) 改变糙度。范围： \([0, 1]\) 对应于初始糙度值 \([0\%, 100\%]\) 。

Hint

使用的公式与 随机色彩 中的一致。

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随机粗糙度。

随机数

产生随机数。如果没有与其它节点相连，则从 毛发信息 ‣ 随机 中获取随机数。

属性

参数化

可以选择以上三种着色方式的任何一种。

输出选项

BSDF

标准着色器输出。

参考文献

该着色器最初由Chiang等人报道 [CBTB16]，并已成功应用在迪士尼电影"疯狂动物城"® 中。

CBTB16(1,2,3)

Chiang, M. J. , Bitterli, B. , Tappan, C. and Burley, B. (2016), A Practical and Controllable Hair and Fur Model for Production Path Tracing. Computer Graphics Forum, 35: 275-283. doi:10.1111/cgf.12830

EFHLA11

d'Eon, E. , Francois, G. , Hill, M. , Letteri, J. and Aubry, J. (2011), An Energy‐Conserving Hair Reflectance Model. Computer Graphics Forum, 30: 1181-1187. doi:10.1111/j.1467-8659.2011.01976.x