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Image 1a: Chien de marbre avec SSS. Observez particulièrement les oreilles et les pattes.
Image 1b: Et le même, sans SSS.

Beaucoup de surfaces organiques, et quelques non-organiques, ne sont pas totalement opaques juste sous leur surface, donc la lumière ne rebondit pas simplement sur leur partie extérieure. Au contraire, une partie de la lumière pénètre cette peau, se disperse ensuite dans son épaisseur, en prenant sa couleur, avant de ré-émerger pour se mélanger aux réflexions de la surface. La peau humaine (et animale en général), celle des raisins, des tomates, et autres fruits, la cire, les gels (comme le miel, ou la jelly), et ainsi de suite, tous font preuve de "dispersion subsurfacique" (ou SSS, pour "subsurface scattering"), et le photo-réalisme ne peut vraiment pas s'en passer.

La SSS se trouve dans le contexte Shading, sous-contexte Material (F5), et ne concerne que l'ombrage diffus (diffuse shading), elle n'affecte pas l'ombrage spéculaire (specular shading).

Comment ça marche

Image 2: Première passe de SSS.

Calculer réellement le trajet de la lumière sous la surface d'un objet est quasiment impossible en pratique. Mais il a été démontré que ce n'est pas nécessaire, qu'il existe une approche différente.

Blender calcule la SSS en deux étapes:

  • D'abord, la luminosité de la surface est calculée, aussi bien la partie face à la caméra que celle "cachée" (face arrière). C'est quasiment un rendu normal. Occlusion ambiante, radiosité, shader diffus, couleur de la lumière, etc., sont pris en compte (Image 2).
  • Dans la deuxième étape (le rendu final), le shader SSS remplace le shader diffus. Et au lieu d'être éclairé par les lampes, l'objet utilise la "carte de luminosité" ("lightmap") précédemment calculée. La luminosité d'un point de la surface est une "moyenne" de celle de ses voisins. En fonction de vos réglages, toute la surface peut être ainsi prise en compte, et c'est un peu plus compliqué qu'une simple moyenne, mais ne vous embêtez pas trop avec les mathématiques sous-jacentes.

Voyons plutôt ce que fait la SSS pour un point donné.

Image 3a: Pas de SSS.
Image 3b: Petit rayon de SSS.
Image 3c: Rayon de SSS agrandi.
Image 3d: SSS avec un très grand "rayon vert"!

Si vous activez la SSS, la lumière est distribuée sur une plus large zone. La taille de celle-ci dépend des valeurs de rayon (Radius). Au lieu de distribuer les différentes couleurs de façon égale, vous pouvez choisir différentes valeurs de rayon pour chacune de trois composantes RGB.

Si vous utilisez un très grand rayon pour une couleur, sa lumière est distribuée uniformément sur tout l'objet.

Activer la dispersion subsurfacique

Image 4: Le panneau SSS. La SSS est déjà activée.
  • Activez la SSS en cliquant sur le bouton Subsurface Scattering. Vous devriez constater quelques changements dans l'aperçu du panneau Preview, puisque vous avez ajouté un élément au processus de rendu.
  • Divers pré-réglages vous sont proposés, à choisir dans le menu déroulant à droite du bouton Subsurface Scattering. Si aucun ne vous satisfait, vous pouvez en définir un personnalisé (Custom). Quand vous sélectionnez un pré-réglage, les valeurs de Radius, d'IOR et la couleur sont réglées pour vous. Les options restantes ne sont pas touchées (parce qu'elles sont surtout fonction de la taille de votre objet).

La subdivision de surface n'a pas besoin du raytracing. Mais puisqu'elle dépend de la lumière incidente et des ombres, vous avez besoin d'un calcul correct des ombres (ce qui peut nécessiter le raytracing).

Options

Les curseurs numériques contrôlent comment la lumière est dispersée:

Scale
L'échelle, la taille de votre objet, en Unité Blender (BU), sur laquelle vous souhaitez que joue l'effet de dispersion. Pour les pré-réglages, une Scale de 1.0 signifie que 1 BU correspond à 1 mm, une Scale de 0.001 signifie que 1 BU correspond à 1 m.
Radius R, Radius G et Radius B
Le rayon de floutage de la lumière. Comme la lumière passe à l'intérieur de l'objet puis ré-émerge plus loin à sa surface, elle crée une "longueur de cheminement" ("path length"). Ces curseurs vous permettent de contrôler la longueur moyenne de ce cheminement, pour chaque composante de la lumière (Rouge, Vert (Green) et Bleu). Plus une longueur est importante, plus la couleur correspondante sera distribuée uniformément.
IOR
La valeur IOR (pour "index of refraction", "indice de réfraction") détermine l'atténuation de la lumière incidente. De plus fortes valeurs signifient que la lumière est plus rapidement atténuée, absorbée. L'effet est assez subtile et ne modifie que légèrement la fonction de distribution. Après examen de beaucoup de matériaux différents, une valeur comprise entre 1.3 et 1.5 est apparue comme généralement satisfaisante.
Error
Ce paramètre contrôle la précision avec laquelle l'algorithme échantillonne les points avoisinants. Le laisser à 0.05 devrait donner des images sans artefacts. Il peut être réglé plus haut afin d'accélérer le rendu, au prix d'éventuelles erreurs. Le régler à 1.0 est un bon moyen d'avoir un aperçu rapide du résultat, mais avec des erreurs.

L'échantillon de couleur et les deux curseurs en-dessous contrôlent la couleur du shader SSS.

Échantillon de couleur
Cette couleur a deux effets:
  1. Si vous pensez à la SSS comme à une étrange sorte de lampe, ce serait le couleur de la lumière.
  2. Elle affecte également la dispersion – plus cette couleur est sombre, plus la lumière est dispersée.
Donc, si vous réglez cette couleur au vert, les zones éclairées de l'objet apparaîtront vertes, et le vert ne sera que peu dispersé. En conséquence, les zones les plus sombres (dans l'ombre) apparaîtront mauves (magenta, rouge + bleu). Vous pouvez compenser cet effet en jouant sur les différents rayons (par exemple, par un Radius G plus élevé).
Col
Ce paramètre contrôle l'influence de la couleur réglée ci-dessus sur la couleur diffuse et les textures. Notez que même avec cette option à 0.0, le couleur continuera à influencer la comportement de la dispersion.
Tex
Le niveau de mélange de la texture avec l'ombrage SSS.
Front
Facteur d'augmentation ou de diminution de la dispersion "face avant". Quand la lumière entre par "l'avant" de l'objet, quelle part est absorbée ou ajoutée? (normalement 1.0 ou 100%).
Back
Facteur d'augmentation ou de diminution de la dispersion "face arrière". La lumière heurtant un objet par derrière peut se frayer un chemin à travers toute son épaisseur pour reparaître sur sa face avant. Cela arrive généralement avec des objets fins, comme les mains ou les oreilles.


Développer votre propre matériau SSS

Suivez les étapes suivantes pour créer votre propre matériau SSS:

  • Réglez la couleur SSS à une valeur de votre choix, normalement la couleur prédominante de l'objet. Si vous voulez utiliser différents rayons pour les trois composantes, ne la choisissez pas trop sombre.
  • Réglez le facteur d'échelle (Scale). Si vous souhaitez beaucoup de "translucidité", vous avez besoin de petits objets ou de hautes valeurs d'échelle.
  • Réglez les valeurs des rayons (Radius R, G et B).
  • Ajustez la luminosité avec les curseurs Front et Back.


Exemple: Grappe de raisin

Image 5: Réglages de dispersion subsurfacique pour les raisins de l'Image 6.
Image 6a: Avec SSS.
Image 6b: Différence entre 6a et 6c, avec luminosité et contraste fortement augmentés.
Image 6c: Sans SSS.

La peau des raisins est une colorramp mauve, et nous pouvons constater qu'ils ont un éclat spéculaire assez rouge. La scène est éclairée par un brillant soleil (lampe Sun), situé au-dessus et derrière la grappe, et par une lampe clé, en l'espèce, une large et douce lampe Area. Une texture Cloud est utilisée pour introduire quelques variations sur la surface.

Dans l'exemple (Image 6a), la SSS est activée pour donner une couleur verte, basée sur l'intérieur d'un grain de raisin. La valeur Radius R du "rayon rouge" est assez importante, celle du "rayon vert" restant supérieure à celle de Radius B. Nous pouvons observer les effets de ces réglages dans (Image 6b). Bien que la couleur SSS soit verte, les valeurs du vert ne sont augmentées qu'aux points les plus clairs, lumineux, des raisins. Vert et bleu sont dispersés de façon à peu près égale (la plus forte valeur de Radius G compensant la couleur SSS verte). Puisque le rouge est fortement dispersé, il est (relativement) absent des zones éclairées directement. La lumière rouge est dispersée sur l'ensemble de chaque raisin, donc la même quantité de lumière est (ré-)émise par une plus vaste surface, entre autre, par l'arrière des raisins (partie dans l'ombre).

Là où nous voyons la face arrière des raisins (à "l'abri" de la lumière), ils apparaissent rouges. Cela pour deux raisons:

  1. Le rouge est beaucoup plus dispersé que le vert ou le bleu, donc plus de lumière rouge atteint l'arrière des raisins.
  2. Le réglage Back est assez élevé (effet "translucide").

Le réglage Front est également légèrement augmenté pour compenser la perte de luminosité due à la dispersion.

Récupérer le fichier .blend.

Exemple: Peau

Manual-Material-SSS-Skin.jpg

La peau est le Saint-Graal des matériaux, elle est tellement variée, tellement imparfaite, et tellement complexe. Un bon rendu de peau est une combinaison de textures procédurales et images UV-plaquées pour la couleur, les normales, la spécularité, l'ambient, et ainsi de suite. Cet exemple utilise la SSS pour vous donner un point de départ.

Le modèle était un être humain de 1.75 BU de haut (prenons 1 BU = 1 m du monde réel). Nous voulions un type Caucasien, donc nous avons commencé avec un matériau légèrement bronzé, avec très peu de dureté (hardness) et de spécularité. Pour la SSS, nous avons pris comme base le pré-réglage "Skin 1". La tête fait 0.25 BU de diamètre, donc nous choisissons une échelle (Scale) de SSS de 0.150, car nous ne voulons pas que la lumière d'un côté éclaire la face opposée – il est sensé y avoir un crâne la dedans!

L'éclairage joue un rôle important pour que notre peau de base rende bien. Pour cet exemple, j'ai utilisé un système trois-points de studio:

  • La clé: un Spot placé à 5 BU face au sujet. Energy à 2.0, Falloff à 5.0, couleur (0.98, 0.98, 1.0);
  • Les lampes de débouchage: Hemi placées de part et d'autre du sujet, à 5 BU sur le côté et 1 BU en avant. Energy à 0.5, Falloff à 10, couleur blanche.