Снег и лёд обманывают почти всех, кто делает их впервые: белый цвет с блеском даёт пластмассу, а прозрачность даёт стекло. Настоящее ощущение возникает от того, как свет уходит внутрь материала и возвращается наружу рассеянным.
Сейчас по порядку: что физически происходит в снеге и во льду, как это собрать в материале, и что добавить в сцену, чтобы зритель почувствовал холод.
Почему снег не белый пластик
Ключ к материалу лежит в его устройстве.
Снег это масса мелких кристаллов с воздухом между ними. Свет входит внутрь, многократно отражается между кристаллами и выходит обратно, потеряв направление.
Именно поэтому снег в тени голубоватый: он подсвечивается небом и подкрашивается им. Белый в тени снег выглядит как краска.
Второе следствие: у снега мягкие переходы света в тень. Резкая граница читается как гипс.
Третье: свежий снег искрится точечными вспышками от отдельных кристаллов. Это отдельный эффект, который материалом не задать, и о нём ниже.
Собираем материал снега
По слоям, начиная с основы.
Основа. Рассеивание под поверхностью с малым радиусом. Это то, что даёт снегу его характерное свечение изнутри.
Цвет. Не чисто белый, а чуть тёплый или чуть холодный в зависимости от освещения. Абсолютно белый материал теряет полутона.
Отражение. Слабое, широкое. Снег не глянцевый, но и не полностью матовый.
Микрорельеф. Мелкий шум в нормалях, иначе поверхность выглядит залитой.
Ошибка новичка: задать чистый белый диффузный материал и добавить блеск. Получается пенопласт.
Свежий, лежалый и утоптанный
Три разных материала, которые путают.
Свежий. Рыхлый, максимально рассеивающий, с искрами. Рельеф мягкий и волнистый.
Лежалый. Осел, стал плотнее, покрылся коркой. Рассеивание слабее, отражение чётче, поверхность неровная с наростами.
Утоптанный. Почти лёд. Сильное отражение, грязь, следы, местами проглядывает поверхность под ним.
В одном кадре обычно присутствуют все три, и именно их сочетание создаёт достоверность. Равномерный свежий снег по всей сцене выглядит искусственно.
Геометрия снега
Материал без формы не работает.
Снег лежит не равномерным слоем. Он накапливается на горизонтальных поверхностях, скатывается с наклонных, наметается сугробами у препятствий и свисает козырьками с краёв.
Практический приём: наращивать снег на объектах отдельным слоем геометрии, а не красить материалом поверх. Тогда появляется и толщина, и правильный силуэт.
Края снежного покрова важнее середины: именно на границе видно, лежит снег или нарисован.
Отдельная деталь: снег скругляет всё. Острые углы объектов под снегом исчезают, и это одна из самых узнаваемых примет зимы.
Следы
Элемент, который оживляет сцену сильнее любого материала.
След это не вмятина, а вмятина с приподнятыми краями и уплотнённым дном. Дно темнее и глянцевее окружающего снега, потому что уплотнено.
Типы следов различаются: цепочка от человека, борозды от колёс, полосы от санок, мелкие отпечатки птиц и животных.
Расположение имеет смысл: следы идут откуда-то куда-то, огибают препятствия, скапливаются у входов.
Самый дешёвый способ добавить историю в зимний кадр это одна цепочка следов, уходящая за пределы видимости.
Лёд: другая физика
Здесь работает не рассеивание, а прозрачность с преломлением.
Прозрачность с показателем преломления воды. Основа материала.
Поглощение с расстоянием. Толстый лёд темнее и синее тонкого. Это главное, что делает лёд льдом, а не стеклом.
Мутность. Чистого льда почти не бывает: внутри пузырьки воздуха, трещины, вмёрзшие частицы.
Поверхность. Она редко бывает гладкой: снежная пыль, изморозь, царапины.
Лёд без внутренних дефектов выглядит как стекло, и это самая частая ошибка. Дефекты внутри и есть то, что отличает материалы.
Внутренности льда
Где взять те самые пузыри и трещины.
Объёмный шум внутри материала даёт мутные области. Отдельный слой мелких сфер или процедурных точек даёт пузыри. Плоские разрывы дают трещины, преломляющие свет по-своему.
Самое заметное: трещины ловят свет и светятся изнутри, когда источник за объектом. Ради одного этого эффекта стоит их добавить.
Как строятся такие многослойные материалы, разобрано в материале про продвинутую работу с редактором шейдеров.
Сосульки и наледь
Отдельная задача, которая часто нужна.
Сосулька это не конус. У неё неровная поверхность с наплывами, разная толщина по длине, иногда вмёрзший мусор и почти всегда капля на конце.
Наледь на поверхности строится наращиванием: тонкий слой с неровным краем, местами толще, местами прозрачнее до основы.
Важная деталь: под наледью просвечивает то, что под ней. Именно частичная прозрачность с видимой основой выдаёт лёд, а не белую корку.
Искры на снегу
Эффект, который делает кадр зимним мгновенно.
Материалом это не задать: искра это блик от отдельного кристалла, который видно с определённого угла.
Способы получить. Мелкие плоские отражающие частицы, разбросанные по поверхности с произвольным поворотом. Специальный слой в материале с очень мелкой и очень резкой неоднородностью отражения. Дорисовка на этапе постобработки.
Работает эффект только при прямом сильном свете и почти пропадает в пасмурной сцене, что физически верно.
Свет зимней сцены
Половина впечатления приходится на него.
Пасмурный день: свет мягкий, тени почти отсутствуют, снег голубоватый, контраст низкий. Самый простой вариант и самый скучный.
Солнце низко над горизонтом: длинные синие тени на снегу, тёплый свет, максимальный контраст. Самый выигрышный вариант для кадра.
Ночь с искусственным светом: снег принимает цвет фонарей, тени резкие, появляются цветные контрасты.
Общее для всех: снег это огромный отражатель. Он подсвечивает всё снизу, и объекты в зимней сцене освещены с необычного направления. Забыв об этом, получаешь летнюю сцену, залитую белым.
Про постановку света в целом есть материал про реалистичный рендер.
Снег на объектах
Задача, которая встречается чаще, чем снежное поле.
Слой снега на предмете строится по направлению вверх: снег ложится там, где поверхность смотрит в небо, и не ложится под нависающими частями.
Автоматически это делается по направлению нормали: чем ближе поверхность к горизонтальной, тем толще слой. Резкая граница между заснеженным и чистым выглядит неверно, переход должен быть размытым.
Что добавить сверх этого. Снег не держится на тонких вертикальных рёбрах. Он скапливается во внутренних углах. Под козырьками и навесами его нет вовсе, и это сильная деталь.
Толщина слоя тоже говорит о времени: тонкая присыпка это первый снег, толстая шапка это февраль.
Заметная мелочь: край снежной шапки неровный и слегка нависает над кромкой предмета. Ровно обрезанный по краю слой читается как белая краска.
Атмосфера
То, что превращает материал в сцену.
Морозный воздух прозрачнее летнего, дальние планы видны чётче. Но при этом появляется дымка от поднятой снежной пыли.
Пар от дыхания, из труб, от тёплых поверхностей. Один из самых сильных признаков холода.
Падающий снег в объёме, размытый на переднем плане.
Иней на стёклах и металле там, где есть перепад температуры.
Грабли, на которые наступают все
Карточки
Схема работы от начала до конца
Собрать геометрию снега как отдельный слой с правильными наплывами. Задать базовый материал с рассеиванием. Разделить покров на свежий, лежалый и утоптанный. Добавить следы там, где они логичны. Сделать лёд отдельным материалом с поглощением. Поставить низкое солнце. Добавить пар и дымку. В конце искры.
Искры последними не случайно: на плохо собранной сцене они выглядят мусором, а на хорошей добавляют последний штрих.
Частые вопросы
Почему снег выглядит как пенопласт?
Почти всегда из-за отсутствия рассеивания под поверхностью и чисто белого цвета. Добавление лёгкой синевы в тенях исправляет половину проблемы.
Как сделать много снежинок в воздухе?
Системой частиц с мелкими плоскими элементами и размытием по движению. Для дальнего плана дешевле дорисовать их в постобработке.
Чем лёд отличается от стекла в материале?
Поглощением, растущим с толщиной, и внутренними дефектами. Стекло чистое и однородное, лёд мутный и неоднородный.
Нужны ли фотосканы для снега?
Обычно нет: снег хорошо делается процедурно, потому что у него нет узнаваемого рисунка. Сканы полезнее для утоптанного грязного снега.
Как сделать замёрзшую лужу?
Это тонкий лёд поверх тёмной основы: поглощение по толщине почти не работает, зато видно всё, что вмёрзло внутрь. Трещины и пузыри здесь главный носитель достоверности, а не сам материал.
Почему рендер зимней сцены такой шумный?
Рассеивание под поверхностью и преломление во льду считаются дорого и дают много шума. Помогает снижение радиуса рассеивания там, где его не видно, и отдельная настройка шумоподавления.
Как показать, что холодно, без снега в кадре?
Паром, инеем на поверхностях, холодным цветом теней и низким контрастом. Цветовая температура работает сильнее любых объектов.
Поставьте контровой свет прежде, чем крутить материал. Снег и лёд без него выглядят гипсом при любых настройках рассеивания.