Кожа, воск, молоко, мрамор, листья, человеческое ухо на просвет. Всё это объединяет subsurface scattering: свет входит внутрь материала, гуляет там и выходит наружу в другом месте. Без этого эффекта любая органика выглядит пластмассовой, а с неверно настроенным она выглядит восковой куклой.
Дальше о том, что происходит физически, какие параметры за что отвечают и как настроить кожу, не превратив её в свечу.
Что происходит внутри материала
Основа для понимания всех настроек.
У обычной непрозрачной поверхности свет отражается в точке попадания. У полупрозрачной он входит внутрь, многократно рассеивается на неоднородностях и выходит наружу на некотором расстоянии от точки входа. На чём это видно лучше всего, разобрано в материале про снег и лёд.
Отсюда характерные признаки: мягкие границы теней, свечение тонких частей на просвет, отсутствие резкого перехода свет-тень.
Ключевое понятие это радиус рассеивания: насколько далеко свет уходит внутри материала до выхода. Он определяет всё.
Малый радиус даёт едва заметное смягчение. Большой превращает объект в светящийся сгусток.
Радиус и цвет
Параметр, который задаётся не одним числом.
Свет разной длины волны проходит внутри материала разное расстояние. В коже красный уходит дальше всего, зелёный меньше, синий почти не проникает.
Именно поэтому края теней на коже краснеют, а не сереют. Это главный признак живой кожи.
Технически радиус задаётся тремя числами по каналам цвета. Для кожи красный канал заметно больше остальных.
Для воска и мрамора соотношение другое: там разброс между каналами меньше, и материал смотрится холоднее.
Ошибка новичка: задать одинаковый радиус по всем каналам. Материал теряет характерное подкрашивание и выглядит как матовый пластик с размытыми тенями.
Масштаб сцены решает
Пункт, из-за которого настройки не переносятся между файлами.
Радиус задаётся в единицах сцены. Голова высотой 20 см и голова высотой 20 метров с одинаковым радиусом выглядят совершенно по-разному.
Отсюда правило: сначала реальный масштаб, потом настройка рассеивания. Обратный порядок означает переделку.
Симптом неверного масштаба: объект светится насквозь при разумных на вид настройках, или эффект не виден вовсе.
Проверка: поставить рядом объект известного размера и убедиться, что пропорции верны.
Кожа: послойная сборка
Самый частый и самый сложный случай.
Кожа это не один материал, а слои: полупрозрачный верхний, рассеивающий средний, плотный нижний. Каждый ведёт себя по-своему.
Что нужно задать. Радиус с преобладанием красного. Умеренную величину, потому что кожа не воск. Отдельный слой отражения сверху, потому что кожа всегда слегка блестит.
Блеск это отдельная половина работы. Сухая кожа почти матовая, влажная блестит. Лоб, нос и подбородок блестят сильнее щёк.
Карта, задающая разброс блеска по лицу, делает для реалистичности больше, чем точная настройка рассеивания.
Толщина: почему тонкое светится
Эффект, который сильнее всего убеждает.
Свет проходит насквозь там, где материал тонкий: ухо, крылья носа, пальцы, край листа, лепесток.
Именно эти места при контровом свете начинают светиться красным, и это мгновенно читается как живая плоть.
Требование для работы эффекта: настоящая толщина геометрии. Плоскость без толщины не даст правильного результата.
Второе требование: контровой свет. При свете в лоб эффект не проявляется вовсе, и вся настройка пропадает даром.
Другие материалы
Настройки, отличающие один от другого.
Воск. Большой радиус, почти одинаковый по каналам с лёгким тёплым сдвигом. Поверхность матовая. Свет проходит глубоко.
Мрамор. Средний радиус, холодный оттенок, плюс прожилки в структуре. Поверхность полированная, с чётким отражением.
Молоко и жидкости. Большой радиус, почти белый, плюс поверхностное отражение.
Листва. Малый радиус с сильным зелёным преобладанием, тонкая геометрия, обязательна работа на просвет.
Нефрит и камни. Средний радиус, насыщенный цвет, глянцевая поверхность.
Свеча. Большой радиус плюс внутренний источник света.
Почему получается восковая кукла
Разбор самой частой неудачи.
Причина обычно в завышенном радиусе. Кожа рассеивает свет на миллиметры, а не на сантиметры.
Вторая причина: отсутствие отражающего слоя. Совсем матовая кожа выглядит мёртвой.
Третья: однородность. Настоящая кожа неоднородна по цвету, блеску и толщине. Идеально ровный материал читается как искусственный.
Четвёртая: отсутствие пор и микрорельефа. Без них поверхность слишком гладкая для кожи.
Порядок проверки: сначала уменьшить радиус, потом добавить блеск, потом неоднородность.
Стоимость в рендере
Практическая сторона, которую надо учитывать.
Рассеивание под поверхностью считается дорого: каждый луч должен погулять внутри материала.
Оно же даёт много шума, и шумоподавление сглаживает его охотнее остального, из-за чего пропадают мелкие детали кожи.
Что помогает. Ограничить радиус до минимально необходимого: половина стоимости уходит на невидимый эффект. Отдельно повысить число выборок для этого эффекта, если движок позволяет. Не включать его на объектах, где он не виден.
Про настройку фильтрации есть материал про шумоподавление.
Разные методы расчёта
Различие, о котором стоит знать.
Существует два подхода: приближённый, работающий по экрану, и честный, трассирующий лучи внутри объёма.
Приближённый быстрее и используется в реальном времени. Его слабость: он не знает о толщине и не даёт правильного свечения на просвет.
Честный медленнее, зато физически корректен и работает с толщиной.
Для статичного рендера выбирают честный. Для реалтайма приближённый, с пониманием его ограничений.
Симптом приближённого метода: края объекта не светятся на контровом свете, хотя должны.
Карты вместо однородного материала
Шаг, отличающий приличный результат от хорошего.
Однородное рассеивание по всей поверхности выглядит ровно, а значит искусственно. В реальности оно неоднородно.
Что задаётся картой. Сила эффекта: на носу и ушах она выше, на лбу ниже. Цвет: подбородок и щёки теплее, кожа под глазами синеватая. Толщина: от неё зависит, сколько света пройдёт насквозь.
Для персонажей такие карты обычно рисуют или запекают отдельно. Для простых объектов достаточно процедурной неоднородности.
Отдельный приём: использовать карту толщины, полученную запеканием. Она показывает, где материал тонкий, и напрямую управляет свечением на просвет.
Как получить такие карты, разобрано в материале про запекание карт.
Реалтайм и движки
Отдельный разговор для игровых задач.
В движках эффект реализован упрощённо и настраивается иначе: обычно через отдельный профиль материала с ограниченным набором параметров.
Что переносится: общий характер эффекта. Что не переносится: точные настройки из офлайн-рендера.
Практика: настраивать заново прямо в движке, а не пытаться подобрать соответствие.
Отдельное ограничение: производительность. На мобильных платформах эффект часто отключают вовсе и имитируют картой.
Свет для таких материалов
Постановка, которая показывает эффект.
Контровой источник обязателен: без него половина работы не видна.
Основной свет лучше мягкий: жёсткий даёт резкую границу тени, которая спорит с мягкостью рассеивания.
Тёмный фон помогает: свечение краёв читается на контрасте.
Отдельный приём для портретов: небольшой источник сзади сбоку, дающий светящийся ободок по контуру лица и ушам.
Общие схемы разобраны в материале про освещение персонажа.
Проверка настройки
Как понять, что получилось.
Посмотреть на тонкие части при контровом свете: светятся ли и правильного ли цвета.
Посмотреть на границу света и тени: есть ли красноватый переход.
Посмотреть в лоб при ярком свете: не выглядит ли объект прозрачным насквозь.
Сравнить с фотографией. Для кожи это обязательно: память обманывает, и настроенное по памяти обычно слишком розовое.
Проверить на разных источниках: материал не должен разваливаться при смене освещения.
Что чаще всего идёт не так
Карточки
Частые вопросы
Почему кожа выглядит восковой?
Радиус рассеивания завышен. Кожа рассеивает свет на миллиметры, и уменьшение параметра обычно решает вопрос сразу.
Зачем разный радиус по каналам?
Свет разной длины волны проникает на разную глубину. Именно поэтому тени на коже краснеют, и без этого материал теряет главный признак живого.
Почему эффект не виден?
Три обычные причины: неверный масштаб сцены, отсутствие контрового света, геометрия без толщины. Проверять стоит в этом порядке.
Сильно ли это замедляет рендер?
Заметно, и особенно шумит. Помогает ограничение радиуса до необходимого и отключение эффекта там, где он не виден.
Нужно ли рассеивание для стилизованных персонажей?
В умеренной дозе да: даже стилизованная кожа с лёгким рассеиванием выглядит живее плоской заливки. Радиус при этом берут меньше реалистичного.
Работает ли это в реальном времени?
Да, но упрощённо: приближённый метод не учитывает толщину и не даёт свечения на просвет. Настраивать надо отдельно, а не переносить параметры.
Уменьшите радиус рассеивания, если кожа похожа на воск. Настоящая кожа рассеивает свет на миллиметры, а не на сантиметры.