Arnold for C4D 17 【材质（十一）】Utilit

首先，本篇很长很长，近五千字并且知识量巨大，细究起来，看一天都没问题，所以给予忠告：先马再看。
反正我也不收费，马了慢慢看呗。

本篇讲解的Utility不同于之前的Utility Shader，从Node列表中也可以看的出来，这俩是不一样的。之前讲的Utility Shader隶属于Surface shaders。
具体有什么不同，各位看官接着往下看便知。

Utility Nodes一共包含15个小节点，接下来一个个讨论。

Utility node

blackbody

Blackbody (Temperature 0-3000) -> Emission Color

blackbody可以理解为使用色温控制颜色；
blackbody shader是复制的Houdini Pyro着色器，因此适用于模拟火焰、爆炸效果；
对于volumes（比如一堆火，一团烟雾），必须确保volume sample shader与blackbody shader正确连接；

blackbody属性

• 【Temperature】控制色温；默认6500k（日光色温）；颜色范围从红色到白色到蓝色；高于6500的值将产生冷色调，低于6500暖色调。
• 【Normalize】 启用Normalize，将会抛弃Intensity，被Normalized color代替（Normalized color，归一化颜色，一种抛弃光照和阴影影响的简单有效的计算方法）；可以通过启用Normalize将Intensity从颜色中分离出来单独控制。
• 【Intensity】控制blackbody强度；如果要物理正确，值应保持为1，但是这会导致极亮的光；如果需要，可以通过降低该值的办法降低强度。

一个小栗子，具体怎么实现后续实例教程再来讲吧

cache

cache属性

• cache节点用于储存着色器的运算结果，避免重复运算；在着色网络中，cache对相同着色只进行一次运算，能够节约资源加快运算速度，尤其是对于volumes；
• 使用cache的计算结果，必须保证以下内容共享：
  shading point
  shading normal
  ray origin
  UVs
  geometry

camera_projection

camera_projection属性

camera_projection节点可以将图像进行摄像机投射（可以类比走马灯、幻灯片，相当于在摄像机镜头前放置了一张图片，摄像机光线透过图片投射到对象上）；

• 【Projecttion color】输入投射对象，通常是图片（需要使用image节点配合）；
• 【Offscreen color】从摄像机外面返回到视体的颜色；
• 【Mask】使用此参数可以屏蔽不接受投射的区域（控制投射区域）；
• 【Camera】投影相机，留出空白以使用默认摄像机；
  注意将需要投射的摄像机拖拽到Camera里面，并根据需要修改长宽比
• 【Aspect ratio】投影摄像机长宽比；
• 【Front facing】将投影应用到投影摄像机前面的多边形上；
• 【Back facing】将投影应用到投影摄像机后面的多边形上；
• 【Use shading normal】使用shading normal（着色法线）代替geometric normal（几何法线）进行可见性测试。如果渲染相机用于投影，勾选此功能后会产生更平滑的边界，但是边界会变得模糊不准确，可能会产生缝隙，因此使用shading normal进行可见性测试而不是geometric normal；

插播一条科普

• 在计算机图形学中，视体（viewing frustum）又称视景体、视锥，是三维世界中在屏幕上可见的区域，即虚拟摄像机的视野。
• 该区域的实际形状依所模拟的摄像机镜头而定，但顾名思义，其常见的形状是方平截头体。将四棱锥截为平截头体的两个平面称作 近平面 和 远平面 。如果某个物体到摄像机的距离比近平面近或比远平面远，那么这个物体不会被显示。
• 视体剔除（Viewing frustum culling）指将完全处于视体外的物体移出渲染流程的过程。为了加速剔除过程，通常使用物体的包围体而不是物体本身来进行位置比较。

• 通常，可以通过视野角度、纵横比，以及近平面和远平面到摄像机的距离来描述一个视体。

  
  视体（Viewing frustum）

clamp

clamp属性

用于限制输出结果，默认0到1之间，可以重新设定最大值/最小值；
可以将最大值最小值反转设置，输出结果也会发生反转；
由于技术限制，尽量不要使用0，可以无限接近0，使用0.9999等，避免出错；

• 【Input】输入一个值用于限制，可以是纯色、图片等；
• 【Mode】有Scalar，RGB两种模式，当选择RGB模式的时候，颜色将限制在 Min color和Max color之间；
• 【Min】最小值；
• 【Max】最大值；
• 【Min color】设置一个最小颜色值用于输出；
• 【Max color】设置一个最大颜色值用于输出；

complex_ior

Complex IOR属性

正如其名，complex_ior用于计算具有复杂折射率的材质；
Standard shader可以根据电介质材质（电绝缘材料）的折射率计算菲涅尔效应，像塑料、玻璃等，但是金属因为受消光系数（又称，摩尔吸光系数）影响，具有更复杂的菲涅尔曲线，这时候就需要使用complex_ior来模拟的更真实；
使用Standard surface shader时，就不需要再使用complex_ior，Standard surface shader已经内置了材质的复杂菲涅尔计算，不要多此一举；
综上，当遇到一些稀奇古怪的材质或者想要某种特殊效果时，就可以用complex_ior模拟，常见金属材质直接使用Standard surface shader就可以了；

• 【Material】提供了一些预设材质，预设材质种类同之前讲过的一样，就不赘述了；选择已经有的预设材质，Reflectivity、Edgtint等参数会自动被覆盖；点击Editor按钮，自动进入custom（自定义模式），在自定义模式下，允许修改Reflectivity、Edgtint等参数；
• 【Custom preset】选择自定义预设；
• 【Mode】两种模式可供选择，artistic/physical；Artistic模式下可调节Reflectivity和Edgetint颜色；Physical模式可调节n和k；
• 【Reflectivity】入射光线反射值；
• 【Edgetint】当视角与曲面平行时，控制颜色偏差；（可以理解为surface的边缘色彩）；
• 【n】red/green/blue波长的折射率值（例如0.65,0.55和0.45微米）；
• 【k】red/green/blue波长的消光系数值（例如0.65,0.55和0.45微米）；
• 【Save/Save as】将目前设置好的参数保存为预设供下次使用；
  点击Save可将目前参数保存为预设，会自动跳出命名对话框；
  单击Seve as可将目前预设重命名并另存为新预设；
  自定义的预设将保存到本地文件夹，默认保存路径：苹果系统→Home/Preferences/MAXON/CINEMA 4D R[版本号]/'C4DtoA/presets/complex_ior；
  Windows系统→ Home\AppData\Roaming\MAXON\CINEMA 4D R[version]\C4DtoA\presets\complex_ior；

附：常见材质 n/k 值查询网站: http://refractiveindex.info/

facing_ratio

Facing ratio属性

根据采样点朝向摄像机角度输出一个0~1之间的数值，1表示夹角为0度，0表示夹角为90度；
类似于菲涅尔，但能够比菲涅尔表现更复杂细腻的效果；
根据光线入射角的不同，输出不同的值；
它在其他渲染器中也被命名为Incidence；
与ndoteye模式中使用的Utility shader不同，Facing Ratio适用于任何类型的光线，而不仅仅是相机光线；
返回的值始终在0~1范围内；

说白了这个节点就是用来控制入射光线，调整入射光线夹角，材质便会产生不同光影变化：

上图汽车外表节点设置参考

• 【Bias】对结果进行偏差设置，默认0.5无偏差；
  
  
  
• 【Gain】控制0~1之间过渡平滑情况，默认0.5，低于0.5过渡更生硬，高于0.5过渡更平滑；
  
  
  
• 【Linear】启用后输出结果为线性标准化角度，而非N·Eye；

• 【Invert】反转结果
  

layer_float

有关Float，请自行复习。

layer_float属性菜单

layer_float与之前讲过layer_rgb类似，用来混合图层，参数也都跟layer_rgba类似，这里就不展开讲解了，需要的童鞋可以看看layer_rgba部分。

passthrough

passthrough属性菜单

passthrough主要与AOV节点配合使用，用于读取和输出AOV。
后面讲AOV的时候再来展开详谈。

space_transform

space_transform属性菜单

• space_transform节点用于空间坐标转换，从一个空间转换到另一个空间；

• 这里所说的Space，指: word /object /camera /screen /tangent：
  Word: 有一个坐标原点，其他对象坐标根据与坐标原点的比较来确定；
  Object：模型文件在建立时得到的坐标值，与其他物体没有任何参照关系；
  Camera： 以摄像机为原点，定义为：+x为右；+y为上；-z为下；
  Screen：转换到Screen可以说是一个投影、剪裁、映射的过程，对应屏幕像素坐标，屏幕左下角为原点， 定义为：+x为右；+y为上；+z为下（注意：与Camera不同），z表示画面像素深度；
  Tangent: 由输入的切线坐标定义，基于tangent vector和shading normal；如果tangent的值为0，着色器会尝试以下操作来构建坐标系统：
  a. 查找名为“tangent”和“bitangent”的vector user data(用户数据向量)；
  b. 使用UV 衍生坐标；
  c. 建立自己的坐标系统；

• 属性菜单中【Input】、【Type】、【From】、【To】息息相关，在转换时，【Input】根据【Type】的不同而不同；
  Point：输入的是空间中的位置点；
  Vecor：输入的是一个方向，转换时 平移 部分会被省略；
  Normal：输入的是法线；转换时通过轴对称保持与曲面的角度；逆转【Input】（即逆转x/y/z）；如果Normal或Vector使用8位位图标记，转换时将使用坐标进行替换，被重新映射到[-1,1]范围；

• 可使用【Scale】对输出的Vector进行缩放，并可以将其设置为Shading Normal（设置【Normal】）

switch_rgba & switch_shader

• switch_rgba和switch_shader这个两个节点有很多类似之处，旧版本中对应Switch节点。都是用来输出被【Index】选中的【Input X】的结果，选择范围Input0~19，未被选中的Input不会输出：

图中使用两个Lambert节点和一个Switch_shader节点来演示，Lambert一个使用红色一个黄色，【index】选中哪个，便显示哪个，选中未定义的【input】将会显示黑色

• switch_shade和switch_rgba类似，只不过能够控制的节点类型不一样，这个很好判断，当你连接节点的时候，连不上，那就说明该类型节点不配套；像上图中，switch_shader就无法与flat节点连接，要使用switch_rgba才行；

• switch_rgba输出的结果是RGB，switch_shader输出的结果是Closure（闭包，包含并能够读取多个数据）；

trace_set

trace_set属性菜单

！官方敬告 ！：在未来版本中，trace_set将会被移除，慎用。

• trace_set节点用来标记光线，允许将光线标记为一个或多个跟踪集的一部分，以便避开或击中场景中的标记对象。类似于合成标签，有两种模式：
  Exclusive（排除）：光线将追踪除标记以外的所有对象；
  Inclusive（包含）：光线将追踪被标记对象，以及没有任何标记的对象；

• 【Pssthrough】用于调用选定的着色器，使用节点连接的方式调用；

• 【Trace set】用于定义需要跟踪或避免的对象，使用Arnold parameters tag标记；

• 【Inclusive】勾选时为包含模式，不勾选为排除模式；

triplanar

triplanar属性菜单

利用此节点可以通过映射快速贴图，而不用使用UV map，例如下图中通过映射给正方体的六个面快速贴图：

• 【Input】设置一个颜色或一张图片作为贴图；
• 【Scale】用于缩放贴图大小
• 【Rotate】旋转贴图；
• 【Offset】偏移UVW方向；
• 【Coord space】 指定要使用的空间坐标，包括Word/Object/Pref，word和object在space_transform节点中讲过了，Pref 是“ vertex in reference pose ” 的缩写，这里的 pose，在计算机图形学中翻译为“位姿”，包含position（位置）和oriention（方向），AE中有个跟随功能就是利用位姿估计（pose orientation）来实现的，具体解释起来有些麻烦，涉及到图形学很多问题，放张图就很好理解了：

Pose orientation，form YouTube

注意，Pref不是一个真正的“Space”，是对于绑定位姿的参考；
Pref一般用于动画，对比word和object可以明显看出差别：

• 【Pref name】用来命名Pref；只有在启用Pref space时才会用到Pref name；默认名称为Pref；

• 【Blend】平滑融合纹理贴图：
  

  

• 【Cell】随机镶嵌图案，通过Voronoi cells实现：

• 【Cell rotate】 控制随机化旋转：
  

  

• 【Cell blend】控制混合宽度：
  

  

uv_transform

uv_transform属性菜单

此着色器用来修改UV，控制2D贴图放置到曲面上的方式以及位置，可以对曲面上的贴图进行缩放、平移、旋转、复制、镜像等；
注意属性中的Frame，带有frame字样的属性会控制整个贴图；不带有frame的属性控制的是在贴图的frame被确认后，也就是贴图有了一个基础的框架后，在框架内的各种缩放、旋转等。

• 【Passthrough】评估解读输入的贴图（可以是颜色/图片等），按照原样传送到输出；
• 【Unit】设置旋转单位 ，有三种模式：degrees（弧度）/radians（角度）/normalized（标准化）；
• 【UV set】UV set的字符串名称，用于对图像进行采样；默认情况下参数为空白，此时将使用多边形的初始UV set；例如，如果在polymesh node中创建了一个名为UV set2的UV set，则可以在UV set的参数中填入“UV set2”来调用它；
• 【Coverage】控制整个贴图框架在表面的覆盖范围；三个参数分别代表UVW；
• 【Scale frame】控制贴图在表面的覆盖范围，三个参数分别代表UVW；默认值(1,1,0)将覆盖整个表面，减少这些值将会缩小覆盖范围，例如（0.5,1,0）贴图将仅覆盖U方向的一半面积；
• 【Translate frame】控制贴图框架相对于贴图轴心的位置（默认为0,0,0）。例如当U设置为0.5时，贴图将会沿表面在U方向上移动一半；
• 【Rotate frame】控制贴图框架相对于表面的旋转程度；
• 【Pivot frame】控制贴图框架相对于表面的原点；
• 【Wrap frame U / Wrap frame V】控制贴图框架在过大表面上的重复方式，有三种模式：periodic/color/clamp/mirror;

• 【Wrap frame color】定义在Wrap frame U/V中使用Color模式时的颜色，如上图中，如果设置Color：black，未被贴图覆盖的表面将会显示为黑色；
• 【Repeat】控制贴图重复次数；
• 【Offset】沿U方向偏移贴图，该偏移发生在S和T坐标缩放、翻转或互换之前；

• 【Rotate】控制贴图在贴图框架内的旋转程度，框架本身不会旋转，如果要旋转整个贴图，需要使用上面的【Rotate frame】属性；
• 【Pivot】对任何值进行修改时，均基于这个原始值；
• 【Noise】U和V的2D噪波；
• 【Mirror U / Mirror V】控制贴图切片如何在彼此旁边放置；启用后，每个贴图副本将是U/V的镜像；只有一张贴图时效果同Flip；
• 【Flip U】水平翻转；
• 【Flip V】垂直翻转；
• 【Swap UV】互换轴：

• 【Stagger】控制贴图切片对其方式；启用时，每隔一行贴图切片将会偏移其一半宽度，类似于砖块在砌墙时候的样子；

vector_map

vector_map属性菜单 左图为来自Mudbox的一张耳朵的纹理贴图，右边是利用左边贴图在多边形中生成的一个3D耳朵

传统的置换贴图如果想要产生表面变化，其多边形对象需要垂直于基础网格，Vector displacement map（矢量位移置换贴图）可以在面法线以外的方向上位移，而不用非要垂直于基础网格，Vector displacement map使用指定空间中被选定的向量的颜色通道来控制移动位置和幅度，这更加灵活。

• 【Input】映射贴图，通常从Mudbox和ZBrush导出；
• 【Tangent】The tangent map（切线图），与shading normal一起定义了输入向量适用的切线坐标系，如果可以使用sculpting tool，则应在此处连接法线贴图所依赖的切线贴图；如果参数值为0，着色器将尝试以下操作：
  a.寻找名称为“tangent”和“bitangent”的矢量用户数据；
  b.使用UV衍生物；
  c.建立自己的本地框架；

另：vector_map只能在tangent space中使用，如果切线贴图是从word space和object space中导出，可以使用更通用的space_transform；

• 【Normal】视情况连接法线和切线参数；如果未连接任何法线，则使用默认表面法线；
• 【Order】选择输入通道顺序；
• 【Invert X】启用则反转X通道；
• 【Invert Y】启用则反转Y通道；
• 【Invert Z】启用则反转Z通道；
• 【Color to signed】8位位图使用。启用时，输入将重新映射到[-1,1]范围内；

注：【Order】/【Invert】/【Color to signed】这几个参数一般情况下不要动，这几个参数的默认值能够保证正确使用Mudbox导出的切线贴图。

• 【Tangent space】指定输入是在world space 还是 tangent space；
• 【Scale】缩放vector；
  
  

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以上就是Utility的全部内容，涉及了太多太多的图形学概念，老夫也是尽力科普了，如果还是一脸懵逼。。。不要紧，要坚信能打造出自己想要的设计结果最重要，不懂会用完全OK。

附赠图形学经典名言：如果它看上去是对的，那它就是对的。

至此，【材质】部分就讲的七七八八了，如果想起来还有别的需要讲的，那就。。。。插播吧
下篇开始【Camera】

好，下次见。

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否则后果自负

这一章真的写到吐血，需要小💗💗~~复活