六．材質設計

Surfaces

Surfaces這部分能定義你要render物件的表面特性。例如：color、reflectivity（反

射）、和texture（材質）....等。它也允許多個物件使用同一個Surfaces、只要在 Surfaces下直接接著物件即可。
　　surface {
　　　　　　diffuse　r g b　　　//物體受光所顯示的顏色
　　　　　　ambient r g b　　　//物體不受光的面
　　　　　　specular r g b　　　//物體反光所混合出的顏色
　　　　　　shine pow　　　　//光照度
　　　　　　transparent　r g b　//透射率
　　　　　　ior　num　　　　//折射率
　　　　　　fuzz magnitude　　//絨毛狀的效果
　　　　　　no_antialias　　　//不要有鋸齒
　　　　　　}

【Surfaces參數說明】
diffuse：物體表面受到光照射後所顯示的顏色，(定義RGB顏色)。
　　　　例:物體為紅色,則定義diffuse 1 0 0
ambient：沒有被燈光照射的物體表面所呈現的顏色。(定義RGB顏色)
　　　　例:在物體不受光面呈黃色光則定義ambient 1 1 0
specular：物體本身的顏色受到光後反射出的顏色。(定義RGB顏色)
　　　　例:反光所混合出的顏色為75%的白色光則定義specular .75 .75 .75
shine pow：決定當光照射在物體表面所反射的光點(specular spot)有多大，愈大　　　　，物體所呈現的光滑度愈好，而反光點的顏色取決於specular的設定。
transparent　r　g　b：此參數決定物體有多透明，當設定RGB為0　0　0時，物　　　　　　　　　體為實心不透明狀態，為1　1　1時，物體為全透明狀態，　　　　　　　　　若是1　0　0時，表示只有紅色光可100%穿透物體，其它則　　　　　　　　　無法穿透。
ior　num：此參數決定折射率，因有不同的介質或材質而有不同的折射率，因為　　　　當光線由空氣投射到物體裏，若物體本身為有透明性時，就會產生折射　　　　。例如：glass玻璃的ior值約在1.1至1.3之間。
fuzz magnitude：此參數可產生毛細狀的現像，會有細細的毛狀細絲，值域約在　　　　　　0至1之間。
no_antialias：下此參數可消除鋸齒狀的現像，使物體的邊緣看起來更圓滑。

Bump mapping

一般做出的影像希望給人有很真實的印象，所以有時我們不需要光滑的表面

，反而要有粗糙或有坑有洞的表面時，就需要用到bump 。 bump定義在surface下，如下所示：
　　surface {
　　　　　　diffuse white
　　　　　　bump {
　　　　　　　　　......
　　　　　　　　　}
　　　　　　}

一個簡單的有波動的範例：
　　bump {
　　　　　wave {
　　　　　　　　center 1 2 3
　　　　　　　　wavlength 2
　　　　　　　　amplitude 0.2
　　　　　　　　damping 0.9　// 預設值為 1.0
　　　　　　　　phase 0.0　　// 預設值為 0.0
　　　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　　}

center設定波的中心源頭。
wavelength設定波峰到波峰之間的距離。
amplitude設定波的最大振幅。(最好小於1)
damping設定其振幅的衰減量，類似fall 。
如上例，damping設為0.9即衰減10%。
phase設定其波峰和波谷的位移量。(值設為0至1)

Textured surfaces

表面材質

要做出精彩的圖片，有個很重要的一環，就是材質的部份，如果材質設計不當，

那麼再精彩的模型也不會好看，所以要好好地設計，才能做出栩栩如生的圖片或是一些特殊效果。

材質設計有三種的形式，checker，spherical，和noise，利用這三種不同特性，就

可以設計出各種不同的材質。

【Checker棋盤】
這個checker形式會產生3D的棋盤，也就是一格一格的的盤子，其中格子的
大小由scale參數設定，如果xyz中的某一軸為0時，代表不改變沿著此軸的單位長度。格子的材質、顏色分別由兩個surface來定義。舉例來說，我們做個簡單的西洋棋盤，格子顏色是一黑一白，格子大小為2個單位的正方形。另外，此形式的盤子會沿著Z軸無限地延伸。
surface {
　　　texture {
　　　　　　　pattern checker
　　　　　　　scale 2 2 0
　　　　　　　offset 0 0 0　　　// default
　　　　　　　fuzz 0　　　　　// default
　　　　　　　blend　0　　　　// default
　　　　　　　　　　　　　　　　surface { diff black }
　　　　　　　　　　　　　　　　surface { diff white }
　　　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　　}
【spherical球形】
此球形形式會在物體的表面產生互相交替的同心圓，我們通常使用此形式
來做木頭的材質。我們需要設定兩個半徑，分別用在兩個surface上。例： surface {
　　　texture {
　　　　　　　pattern spherical
　　　　　　　scale 2 2 0
　　　　　　　radius 1
　　　　　　　radius 2
　　　　　　　surface { diff black }
　　　　　　　surface { diff white }
　　　　　　　}
　　　　}
【noise亂點】
此形式會在兩材質之間亂數地產生一些斑點，通常我們利用此來製作類似
花崗石的材質，也可以使用不同的XYZ軸比例來做出長形的條紋，像是加上土黃色及咖啡色來做出木頭的紋路。

下面是一個簡單的noise形式材質的格式：
surface {
　　　texture {
　　　　　　　pattern noise
　　　　　　　terms 4
　　　　　　　scale x y z
　　　　　　　surface { diff white }
　　　　　　　surface { diff brown }
　　　　　　　　　　　　　　　}
　　　　　　　　　　　　}

另外，我們可以再加上fuzz和blend指令來使兩材質間的邊緣看起來更柔軟滑順。
blend設定兩材質間有多大的區域要用fuzz去使得有融合在一起的感覺。(設定值在0至1之間)G。
fuzz設定其霧化的程度，除了可使兩材質間更柔和外是，還可以應用在粗糙、班紋等效果。(設定值在0至1之間)

Image Textures圖片材質

或許我們想要將一些圖片放進或貼在物體表面上，這些圖片可能是來自掃描器

或攝影機掃描抓取下來的圖，也可能是自己用繪圖軟體所繪製的圖，或是想將以前用BOB所render的圖放在新作品中，我們只要將圖片檔案轉成.IMG的格式，依下列指令將圖片如壁紙般貼在物件的表面上，格式如下：
　　surf {
　　　　diff {
　　　　　　　image　test.img　/*用test.img的圖來作貼圖
　　　　　　　position　x y z　/* 設定貼圖的位置
　　　　　　　across x y z
　　　　　　　normal x y z　　/* 設定將圖片貼在物體表面的法線
　　　　　　　scale n　　　　/* 設定所貼圖片的大小
　　　　　　}
　　　　}

當設定scale指令為1時，表示從最上面的邊緣量一個單位貼一張圖，一張640*480

的.IMG檔，在render後的圖裡佔1.0*0.75單位大小，圖片材質以貼磁磚的方式，整齊反覆地貼在物件表面上，所以我們可以很方便地做出像磁磚、磚牆、道路、人行道... 等效果的圖。

材質試驗範例..........

以下將列出我們所作的材質試驗，以去比較各環境因子參數的不同，所作出的效

果如何；此外，也可看出光線追跡法所作出的材質是如此的擬真。因為做的是材質試驗，所以我們所有的材質都使用相同的環境，包括同樣的光源，同樣的物體模型，同樣的背景... 等，才能比較各材質的不同。

下面列出所使用的環境，在材質試驗表格中將不再重覆列出。



    #include color.bc

    // 影像處理工作坊（整體環境設定）

    studio   {
             from  6  13  3.5
             at   0 0 3
             up   0 0 1
             angle   40
             res   320 240
             antialias   adaptive
             threshold   4
             aspect   1.3333
             background   black
    }

    // 光源設定：點光源分別從右前方，和右後方照射物體

    light   {
            type   point
            falloff   1
            position   8  6  5
            color   12 12 12
    }

    light   {
            type   point
            falloff   1
            position   3  -6  6
           color   10  10   10
    }

    //   設定一個桌面放置物體和襯托物體

    surf   { diff   white  }
    ring   { center  0 0 0  normal  0 0 1  radius  100  }

    //    surface

    // 材質表面設定：這部份也就是放在材質試驗表格的材質設定








    //    pattern sample

    //  我們使用三個基本元件，分別是圓柱體、正方體、圓球，

    //  來顯示出同一種材質在不同形狀的物體有何不同的表現。

    #include cone.BO

    #include block.BO

    #include pole.BO



       由於在材質試驗時，都使用相同的三個物體，因此我們將

   此三個物體作好成為三個 .BO ，以方便日後試驗中不需重覆

   撰寫，只要下 #include XXXX.BO 在 surface 設定之後即可。

   下面列出此三個物體 (.BO) 的內容 ：


   ▲ CONE.BO

      為一個半徑 1.25 單位的圓球

       sphere {
              center 3.5 0 1.25
              radius 1.25
       }



   ▲ BOLCK.BO

      定義出正方體的六個面，長和寬都為 2 單位

       polygon   { points   4
               vertex   1 1 0
               vertex   1 1 2
               vertex   1 -1 2
               vertex   1 -1 0
       }
       polygon   { points   4
               vertex   -1 1 0
               vertex   -1 1 2
               vertex   -1 -1 2
               vertex   -1 -1 0
       }
       polygon   { points   4
               vertex    1 1 0
               vertex    1 1 2
               vertex   -1 1 2
               vertex   -1 1 0
       }
       polygon   { points   4
               vertex    1 -1 0
               vertex    1 -1 2
               vertex   -1 -1 2
               vertex   -1 -1 0
       }
       polygon   { points   4
               vertex    1  1 2
               vertex    1 -1 2
               vertex   -1 -1 2
               vertex   -1  1 2
       }
       polygon   { points   4
               vertex    1  1 0
               vertex    1 -1 0
               vertex   -1 -1 0
               vertex   -1  1 0
       }



   ▲ POLE.BO

      定義出一個圓筒加上兩邊的圓蓋，就成為一空心的圓柱體

       cone {
              base -4 0 0 base_radius 1.25
              apex -4 0 2 apex_radius 1.25
       }

       ring {
              center -4 0 0
              radius 1.25
              normal 0  0 1
             }

       ring {
              center -4 0 2
              radius 1.25
              normal 0  0 1
             }