本篇主題：如何在C4DtoA中渲染體積對(duì)象（Volume）

之前在講著色器的時(shí)候，講過(guò)跟Volume（體積）相關(guān)的參數(shù)，本篇跟之前會(huì)有交叉的地方，但是需要注意的是，這里用到的Volume跟Atmoshphere Volume有所不同，Atmoshphere Volume是一個(gè)全局效果，而現(xiàn)在講的是局部的單個(gè)或多個(gè)體積對(duì)象；

還記得體積是啥吧？說(shuō)白了就是一片片、一股股的煙霧啊、云層啊、海浪啊這樣的東西~

接下來(lái)將結(jié)合實(shí)例說(shuō)明如何利用體積對(duì)象做出各種炫酷效果；

Arnold Volume

• Arnold Volume相當(dāng)于一個(gè)的“容器”；
• 比較常用的體積文件是OpenVDB，夢(mèng)工廠出品，可以去官網(wǎng)按需下載 https://www.openvdb.org/，這個(gè)網(wǎng)站間接性無(wú)法連接、加載很慢，請(qǐng)耐心...如果感興趣也可以自己使用Houdini等軟件創(chuàng)建OpenVDB;
• 主菜單中的各項(xiàng)參數(shù)之前都講過(guò)，此處略；

OpenVDB

OpenVDB面板

• 屬性面板中Start frame/End frame/Step frame/Offset/Loop這幾個(gè)參數(shù)上一篇文章中已經(jīng)講過(guò)；

• Available grids顯示的是加載的該VBD文件所攜帶的信息通道，比如現(xiàn)在所用的文件中包含了density（密度）和temperature（溫度）兩個(gè)可用通道；VDB可以攜帶多種信息通道，密度、溫度、速度等，都會(huì)在此處顯示；

• Grids直譯過(guò)來(lái)是網(wǎng)格的意思，其實(shí)就是通道；Grids定義要讀取的通道，多個(gè)的話用空格隔開即可，上圖中只讀取了密度；

• Velocity grids速度網(wǎng)格（通道），用于定義運(yùn)動(dòng)模糊，使用一個(gè)矢量（例如v或vel）或三個(gè)表示速度的浮點(diǎn)網(wǎng)格（例如vel.x, vel.y, vel.z）表示；如果網(wǎng)格無(wú)效或未定義，則不會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)模糊

• Velocity scale按比例縮放速度，0值將無(wú)運(yùn)動(dòng)模糊；
  

• Velocity threshold 速度閾值，控制運(yùn)動(dòng)噪點(diǎn)速度，從而更快的渲染物理模擬中的運(yùn)動(dòng)模糊；默認(rèn)0.001幾乎沒有視覺影響；0值將完全禁用速度；

• Step Scale縮放體積步長(zhǎng)，主要用于當(dāng)Volume Step設(shè)置為自動(dòng)時(shí)調(diào)節(jié)自動(dòng)值；對(duì)于低頻體積，如煙霧，設(shè)置為4最合適；

科普Volume Step

體積對(duì)象在采樣時(shí)，直接光線會(huì)通過(guò)對(duì)體積對(duì)象發(fā)射多次光線進(jìn)行多次采樣，每一次發(fā)射的光線都是有“步長(zhǎng)”的，即Volume step size，間接光線行為類似（可以想象，光線穿過(guò)云層時(shí)，光線會(huì)在云層內(nèi)部進(jìn)行各種折射散射行為，就像人穿過(guò)一片雜草，需要隨時(shí)調(diào)整腳步，有時(shí)可能會(huì)因?yàn)榍懊嬗兴舆€得繞路，即使同樣距離也要比走一條馬路慢得多）；
因此，體積采樣通常需要比一般表面采樣更為耗時(shí);

光線在體積內(nèi)傳播的每一步都會(huì)評(píng)估著色器并累積體積密度，當(dāng)體積中密度變化時(shí)，附近的光線會(huì)計(jì)算出不同密度值，因?yàn)楣饩€采樣值是統(tǒng)一的，因此有些地方就會(huì)產(chǎn)生噪點(diǎn)；
在這種情況下，如果要消除噪點(diǎn)，光線步長(zhǎng)就需要隨機(jī)應(yīng)變，即減少或增加Volume step size；當(dāng)然即使采樣值較低，渲染干凈的體積圖像也需要較長(zhǎng)時(shí)間，所以調(diào)整數(shù)值要謹(jǐn)慎；

渲染體積時(shí)，需要考慮至少三件事：光線步進(jìn)（Ray marching）、直接光線（Direct light）、間接光線（Indirect light），即使面對(duì)同一個(gè)體積對(duì)象，以上三者采樣設(shè)置都不盡相同；

在光線行進(jìn)的過(guò)程中，太低的采樣會(huì)喪失體積中很多細(xì)節(jié)、產(chǎn)生噪點(diǎn)，或者會(huì)使體積看起來(lái)比原本更輕薄，總之會(huì)導(dǎo)致計(jì)算錯(cuò)誤；一個(gè)糟糕的步長(zhǎng)具有滾雪球效應(yīng)，會(huì)使其他采樣部分變得嘈雜；
為避免步長(zhǎng)導(dǎo)致采樣變得糟糕，可以通過(guò)查看Alpha通道，或者關(guān)閉對(duì)體積產(chǎn)生影響的光線來(lái)源并添加自發(fā)光，可以很輕松測(cè)試出錯(cuò)誤來(lái)源；如果自發(fā)光/Alpha通道在所需AA設(shè)置下仍有噪點(diǎn)，則Step size可能太大了；

Step size實(shí)際上是在object-space而不是在world-space中，如此一來(lái)，在體積縮放時(shí)，能夠保持采樣質(zhì)量不變；但是，仍要避免使用不合理的大步長(zhǎng)，否則體積將變薄或消失；

下圖中，體積已放大100個(gè)單位以夸大此效果（1/25/50是相對(duì)于放大后的體積的效果）：

前面文章中說(shuō)過(guò)，低步長(zhǎng)將增加渲染時(shí)間。 例如，當(dāng)步長(zhǎng)為0.1且世界空間中的體積為10個(gè)單位時(shí)，大約有100個(gè)基本采樣，因此體積著色器將調(diào)用100次，在此同樣適用，務(wù)必注意！

接下來(lái)用演示一下如何使用：
1、首先準(zhǔn)備好一個(gè)有燈光的場(chǎng)景，以及一個(gè)OpenVDB文件（這里準(zhǔn)備了一個(gè)煙霧效果）；
2、在場(chǎng)景中創(chuàng)建一個(gè)Arnold Volume，Type選擇OpenVDB;

其他參數(shù)保持默認(rèn)

3、打開OpenVDB面板，在File path中載入事先準(zhǔn)備好的OpenVDB文件：

仔細(xì)看圖中###部分，這是序列標(biāo)記，有時(shí)候阿諾德會(huì)將一個(gè)文件識(shí)別為序列，將###部分刪除即可

注意：在選在要加載的OpenVDB文件時(shí)，IPR要確保沒有運(yùn)行，否則在C4D視窗中不能準(zhǔn)確顯示邊界框大小。

4、剛開始看不到任何畫面，IPR中也沒有渲染出任何東西，因?yàn)檫€需要給Arnold Volume添加一個(gè)volume_collector材質(zhì)，之后就可以看到效果：

新建Arnold Shader Network>添加Volume_collector并賦予Arnold volume>調(diào)整參數(shù)（如上圖紅框內(nèi)）>運(yùn)行IPR，調(diào)整好后IPR就可以看到體積對(duì)象了

5、爆炸的時(shí)候都是火星四射的，我們來(lái)簡(jiǎn)單模擬一下這種效果：添加自發(fā)光；
一般模擬火焰效果都會(huì)使用漸變，所以此處使用ramp_rgb節(jié)點(diǎn)來(lái)控制自發(fā)光效果，使用預(yù)設(shè)flame可以很好的模擬：

新建ramp_rgb節(jié)點(diǎn)，使用預(yù)設(shè)漸變flame，連接到volume_collector的自發(fā)光顏色通道

此時(shí)還是沒有效果滴，因?yàn)閿?shù)據(jù)類型不對(duì)頭啊，需要調(diào)整一下：拽出volume_sample_float節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橹白铋_始的時(shí)候散射通道Scattering channel選擇的是density，這是個(gè)float啊，所以要轉(zhuǎn)換ramp_rgb為float：

材質(zhì)編輯器示例

最后效果大概這樣：

噪點(diǎn)很多，效果也不咋地，這里就不再做調(diào)整了，渲染體積太耗時(shí)，僅作演示用，大家根據(jù)步驟多試試

C4DtoA中會(huì)逐漸放棄volume_collector這個(gè)著色器，在使用的時(shí)候也會(huì)得到提示，替換后的著色器其實(shí)也叫volume_collector，是新版：

這種情況很常見，單擊Replace with standard_volume shader這個(gè)位置，即可替換成推薦的新版著色器

下面我們來(lái)看一下新舊對(duì)比：

standard_volume（左） & volume_collector（右）

可以看出簡(jiǎn)潔了很多，這些參數(shù)大家一定也不陌生，前面教程中基本都涉及過(guò)，這里再快速串一下；

• Density 控制體積密度，密度越大越“重”，很好理解，不多解釋了；

• Scattering 散射，舊版中需要選擇散射源，新版中智能識(shí)別，方便快捷；
  控制在光照下體積的亮度。這是散射而不是吸收的光的比值，能量守恒值在0~1范圍內(nèi)；
  

• Anisotropy各向異性，之前教程重點(diǎn)講過(guò)；
  

• Transparency透明度，屬于額外控制密度的一個(gè)值，主要控制著色后顏色透過(guò)體積的強(qiáng)度：
  

• Emission自發(fā)光；

• Blackbody相當(dāng)于使用溫度控制體積自發(fā)光；

• 舊版中Attenuation控制衰減，衰減強(qiáng)度越大，光線越快被吸收，體積“越黑”；

• Advanced高級(jí)設(shè)置
  Displacement可在此處連接貼圖控制體積跟多細(xì)節(jié)，創(chuàng)造更多驚艷效果；
  

  
  

Interpolation當(dāng)對(duì)使體積數(shù)據(jù)命名的通道進(jìn)行采樣時(shí)，使用的立體像素插值；各模式效果如下：

Tips：

• 當(dāng)Volume Ray Depth大于0時(shí)，體積只能接受來(lái)自其他自發(fā)光體積的間接照明；
• 在使用XXX channel的時(shí)候，請(qǐng)確保該通道的貢獻(xiàn)來(lái)自VDB文件，也就是說(shuō)你實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備好了VDB文件；
• 請(qǐng)盡量保持體積著色網(wǎng)絡(luò)的精簡(jiǎn)；

該系列教程最后一篇，就醬了??
感謝大家的陪伴，我這么不靠譜的隨心情更新都沒有一個(gè)脫粉，感動(dòng)！
希望大家都有好運(yùn)~

各位路過(guò)的大朋友小朋友，如果有什么問(wèn)題可以留言一起討論，教程中有什么錯(cuò)誤的地方也熱烈歡迎大家指出??

C4DtoA的參數(shù)基本都涉及到了，講這些的意義是并不是讓大家挨個(gè)記住，是希望能夠知道有這么個(gè)功能，萬(wàn)一哪天要實(shí)現(xiàn)什么效果，會(huì)有一種——哎，用那個(gè)什么什么節(jié)點(diǎn)就行啊/調(diào)整一下那個(gè)參數(shù)就好了啊~ 的趕腳

重要的還是實(shí)踐

也不知道該說(shuō)點(diǎn)啥了。。?？傊?，感謝觀看！多用多練！

Reference:
1.Solidangle Support & Documentation

禁止私自轉(zhuǎn)載，轉(zhuǎn)載需征得老夫同意。
否則，必追究。

接下來(lái)的教程應(yīng)該就是實(shí)戰(zhàn)教程了？或者講一下X-Particle？？Houdini？？
或許，想學(xué)Python嘛？圖形學(xué)了解一下？
開個(gè)玩笑
因
為
我
還
沒
想
好
啊哈哈哈哈哈
歡迎大家踴躍發(fā)言