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深入探究

使用 Arnold 和 3ds Max 进行汽车着色和渲染

作者 Sina Mehralinia

car rendering with Arnold and 3ds Max

三维美工师永远不知道接下来会发生什么事情。有一天,您正在创建一个超逼真、田园诗般的环境,但接下来您要设计一个凶神恶煞的形象,它具有又长又粗糙的爪子、尖尖的尾巴和锋利的巨齿。除了创造力和对细节的关注之外,灵活性也是此业务领域的关键要素,我们经常发现自己从无到有创建了许多不同的资源。拥有合适的工具是关键所在。我一直使用 3ds Max 和 Arnold,它们提供了一系列功能,能够让我游刃有余地处理各种项目。在三维可视化环境中它们几乎无所不能,并且易于掌握和使用。

我实际上是一位自学成才的三维美工师,在使用 AutoCAD 和 Revit 时,对建筑背景知识有所涉猎。后来,我开始使用 3ds Max 创建更复杂的三维模型和更逼真的三维渲染效果,我完全沉迷于创作过程。我喜欢通过创建自己的世界并将我的想法变为现实,让一切如愿以偿。

每个人都有自己的工作方式,但我想向您演示我如何使用 3ds Max 和 Arnold 创建汽车的三维渲染效果。我希望这有助于激发您创作出令人惊叹的设计。

项目

我经常被要求创建外观足够逼真的渲染效果,以作为商业或 VFX 流程中的资源。我收到了一个详细的三维模型,这是一个制造商创建的 CAD 文件。如果幸运的话,我还会得到一组参考照片,从不同的角度和距离显示模型。最好的三维模型是在自然光下拍摄的。通常,我会收到一系列有关客户想实现的氛围、基调和总体感觉的说明。通过在整个流程中尝试不同的着色器、纹理和照明,我可以很好地达到客户的所有需求。

外观开发

我通常会将三维模型导入用于创建着色器的外观开发场景中,但在这种情况下,我决定使用 Speedshape 的三维模型。首先,我通过导入对象并添加 Arnold 天穹灯光(基本上是指向模型的物理摄影机)创建了一个新场景。然后,我选择了 HDRI 并将其指定给天穹灯光。就个人而言,我更喜欢具有强光的内部环境。

另一种选择是使用 3ds Max 中的模板功能。您可以使用天穹灯光创建一个新模板,并保存所需的所有设置和 UI 功能以供将来使用,我认为这非常棒而且方便。

汽车涂料

汽车具有不同的曲面,所以需要使用不同类型的涂料。事实上,Arnold 5.0.2 推出了一款汽车涂料着色器,可以更轻松地使汽车各个部分呈现不同的外观。

  • solid car paint shader

    实色涂料

    我以实色汽车涂料开始,这是一种基础颜色涂料层(镜面反射度为 0),最上面是透明涂层。

  • matte car paint

    蒙版涂料

    然后我创建了第二种蒙版汽车涂料,这是一种镜面反射有点粗糙(0.5 或更高)的基础颜色。

  • render metallic car paint shader

    金属涂料

    我的第三种涂料是不带小亮片的金属汽车涂料。当我不必担心近距离拍摄并且我想节省渲染时间时,我主要使用这种样式。这是粗糙度为 0.25 的镜面反射层的基础颜色,最上面是透明涂层。

  • metallic with flakes car paint shader

    带小亮片的金属涂料

    然后,我创建了一种金属汽车涂料,在透明涂层下面添加了粉末金属。所添加金属的数量、大小和类型取决于制造商。

  • render pearlescent car paint shader

    珠光涂料

    我创建的最后一种涂料是珠光,它与金属涂料类似,但具有称为云母片的陶瓷晶体,可折射光线,通过允许一些光线进入并在其经过时减慢速度以将其分解成不同的颜色。

碳纤维

碳纤维增强聚合物 (CFRP) 是一种极其坚固的轻质纤维增强塑料。为了生成碳纤维,碳原子以大致平行于纤维长轴排列的晶体形式结合在一起,因为晶体排列使纤维具有高强度体积比,这一过程使得它相对于其大小来说较为坚固。数千根碳纤维捆在一起以形成丝束,这些丝束可以单独使用或编制成织物。

carbon fiber shader for cars

为了获得理想的效果,我将位图用于漫反射颜色和凹凸贴图。

橡胶

对于轮胎,我使用噪波贴图作为镜面反射粗糙度和细微凹凸的微观细节,设计了橡胶材质。

specular and bump map for rubber
specular and bump map for rubber

划痕金属

对于此着色器,我创建了金属,并在其上为划痕应用了法线贴图。要将划痕贴图转换为法线贴图,可以使用 NVIDIA Texture Tools for Adobe Photoshop(如果您有 CS6 或更低版本)。如果您使用的是 Creative Cloud 或更高版本,则在 Photoshop 的过滤器菜单下存在一个选项。

scratched metal in photoshop

塑料(内饰)

我将塑料用于方向盘和仪表板。我查阅了实际汽车的一些参考照片,尽力与之相匹配。重要的是选择合适的凹凸贴图,然后选择正确的粗糙度。然后,我将同一个凹凸贴图用于镜面反射颜色值,使着色器的裂缝呈现更暗的镜面反射。

Creating plastic effect in photoshop

皮革(内饰)

除了使用较少的凹凸和镜面反射度以及更光滑的曲面,创建皮革的工作流与塑料着色器大致相同。

Creating leather in photoshop

汽车

创建完所有材质后,我就可以将汽车导入场景中。首先,我指定了着色器,并使用贴图缩放器修改器对其进行缩放。我也可以在三平面节点上使用缩放参数。

然后,我创建了车轮的着色器。我创建了两种不同的金属材质,并将它们添加到我之前创建的橡胶材质中。对于侧壁轮胎纹理,我使用了置换。在 MaxtoA 中,对于置换,我选择了对象并为其添加 Arnold 属性修改器。

快速提示:启用置换并将贴图指定给示例窗。

现在该设计车灯了。对于前大灯的玻璃,我使用凹凸贴图应用了纹理。其他部分需要进行一些镀铬或镜像着色器工作。对于汽车闪光信号灯,我为前行信号灯设计了橙色玻璃,为后转向信号灯设计了红色玻璃。要创建有色玻璃,您需要将要漫反射的颜色和该颜色的较浅版本添加到透射颜色中。对于镜面反射,它取决于您正在处理的场景。如果希望它更亮,请在“渲染设置”(Render Settings)的“光线深度”(Ray Depth)部分添加更多反弹。在这种情况下,4 应该已足够。值得注意的是,我还添加了一些基础颜色以使其更逼真。

Car headlights shaders

照明

对于最终渲染,我使用了具有匹配 HDRI 和远距离灯光的背板来增强照明的阴影。只需将背板指定给“环境和效果”(Environment and Effects)下的“背景”(Background)。然后我创建了天穹灯光,并将 HDRI 指定给它。使用 3ds Max 中的透视匹配实用程序,小心地将摄影机透视与背板相匹配。我还读取了摄影机模型的 exif 数据(右键单击图像并选择“属性”),该摄影机模型拍摄背板并使用 DOF 信息获取更准确的匹配。最后,我在汽车底部创建了一个平面,并为其指定了阴影蒙版,这样我可以获得阴影。我所要做的只是调整天穹灯光设置,直到我得到想要的外观。

对于工作室照明,我建议您查看此详细教程

Lighting the car with 3ds Max

渲染

在 Arnold 中渲染非常简单。首先,创建用于渲染和合成优化的 AOV。如果渲染中存在噪波,则可以使用 AOV 查找渲染噪波的来源。如果噪波在直接 AOV 上,则需要增加灯光采样数。如果噪波在间接漫反射 AOV 上,则应该添加更多漫反射采样数。对于运动模糊和景深上的噪波,我能够增加摄影机 AA 采样数。

下面是有关去除噪波的一些有用信息:

Rending the car with Arnold

降噪

Arnold 添加了两个内置降噪器:Noice(适用于高质量最终帧降噪)和 OptiX(基于 NVIDIA AI 技术)。OptiX 已集成到 Arnold 中,用于 IPR 和外观开发,可应用于任何 AOV,但您需要有一个至少安装了 390 驱动程序版本的 NVIDIA GPU。Noice 和 OptiX 可以为美工师和工作室节省时间

要使用 OptiX,您只需选择要降噪的 AOV,然后选中“使用 OptiX 降噪”(Denoise with OptiX)复选框。

要使用 Noice,您至少需要一个要进行降噪的主层(通常是 RGBA,也称为“美景”)和一个指定每个像素的方差值的方差层。

为了获得更好的结果,推荐的 AOV 是法线 (N)、深度 (Z) 和 Albedo (diffuse_albedo)。

Denoising with Arnold

只要您拥有合适的工具,便可轻松创建超逼真的三维可视化效果。3ds Max 和 Arnold 可为我提供必要的灵活性和控制力以创建各种所需内容。它们不但易于掌握,而且具有许多内置着色器、纹理、材质、照明和其他组件,可为您节省大量时间。要了解更多 Arnold 工作流,请查看此丰富的教程库

使用我在本文中介绍的技术以及 3ds Max 和 Arnold,开始尝试创建自己的三维汽车渲染效果。下载我们提供的 免费着色器包,导入着色器,并将它们指定给汽车几何体,然后体验各种方案以探究不同的外观。如果已订购 3ds Max 固定期限的使用许可,那么一切便准备就绪。如果您想要免费试用 3ds Max,请单击此处

HDRMAPS/Speedshape 三维模型中的 HDRI 和背板(作者 Jeff Patton)