（全文较长，多图）

前言

高手和小白的作品往往在质感上有天壤之别，要想做出质感来，就必须熟练操作灯光、材质和渲染，并对相关的原理要理解到位。如果没搞明白这些原理的话，基本上没法做出合格的质感，只能按部就班跟着操作，不知道怎么去调整出自己想要的效果。

今天我主要给大家分享一下材质相关的理论知识，还要补充一些物理知识比如光的物理原理，然后简要讲讲渲染器是如何利用材质模拟效果的。

推荐大家看这样的一篇文章，原作者写得很详细、很基础：C4D材质原理揭秘笔记-初学必看

一、材质和纹理的关系

首先概括一下材质，它定义了对象的基本属性，比如颜色、凹凸、透明度和高光反射等，但是只调整材质的话，看起来太过于统一和完美了，反而不够真实。

现实世界中的物体都是有瑕疵的，比如粗糙、划痕、污垢等，单单材质是不够的，需要加上纹理贴图来实现效果，如石头、布料等。

具体渲染时，还是得看渲染对象的属性，如果你渲染产品，当然要新品出厂光鲜亮丽，不能有划痕污垢，如果你要渲染写实的对象，那这些纹理细节往往就决定了真实度。但是也不要太过了，你要思考你的场景中哪些部分是观者能看到的，如果你把所有部分都加上了细节，会导致渲染时间过长。

关于材质和纹理，推荐大家看一个视频。这个视频由Andrey Lebrov出品，他从头创建了一个真实的材料，虽然视频内他使用的是Octane渲染器，但不妨碍我们对材质和纹理的理解和学习，从教程中你可以学到从采集照片制作纹理到最终实现动画效果的过程，此外他还解释了漫反射，高光反射，粗糙，法线以及它们如何工作的。

二、效果的细节

除了上面讲到的纹理以外，还有一些其他方法制作细节，比如栏目包装，电商设计，想要把它们做得有质感，就可以给它添加各种细节。这里不单单是指材质和纹理的细节了，我们还会添加粒子、线条和光效等。

我以前讲过一个这样的公开课，如果感兴趣可以看看录制视频：CCTV台标演绎教学（C4D/AE）_哔哩哔哩 (゜-゜)つロ 干杯~-bilibili，我在这里就不详细打字说明了。

三、光学基础

大多数CG效果是通过数学计算模拟了现实世界中的规则，那么光学物理现象就是学习的基础。上面我提到的那篇文章有非常细致的讲解：C4D材质原理揭秘笔记-初学必看，我在这里就简要说明一下。

我们看到的“颜色”其实并不是物体的固有属性，而是光（390~760nm之间的电磁波）与物质交互后，反射进入我们的眼睛（传感器）被感知到，那就是物体的颜色。所以我们有必要对光进行一些了解，这样才知道物体在什么情况下会产生什么样的视觉效果。

1、光与物体表面的交互：

平面散射光会分为两部分，反射和折射。这里稍微讲点关于反射的知识，金属通常比绝缘体的反射率要高很多，反射率基本会达到60%~90%，而绝缘体一般只有0%~20%，因此金属才会看上去有光泽。还有一个现象需要了解，那就是Fresnel现象，折射的影子离观测者越近越强烈，越远越模糊，而反射的影子离观测者越远越强烈，越近越模糊。

2、光与物体内部的交互：

1.不变——透明的均匀物质不会改变光的颜色或强度；

2.吸收——当物质对某一种可见光谱有吸收率的时候，那么，光就会逐渐被吸收，方向不发生改变；

3.散射——当物质内部不均匀时，折射率变化较大，这时光会被分割为多个方向，但光的总量不会变化；

4.自发光——物质还可能因为其他能量发出新的光。

四、材质的学习

1、材质和通道的优先级

当你打开材质编辑器时，可以看到下面这些选项（不同渲染器的材质系统会有些差别，但是原理大多数是相似的）：

很多人学习材质的时候都没有去探究这些选项的原理，因此调整材质的时候总是无从下手，其实，这些选项都对应着相应的通道，比如内置渲染器是这样的：

这个优先级的意思很好理解，比如你选择了颜色，发光和透明，如果你把发光的参数调到最大，那你就看不见原先的颜色了，如果再把透明的亮度设为100%，那就既看不到颜色，也看不到发光了，但是你的电脑还是会按照顺序依次处理，所以你完全可以看成是一个个通道有顺序地叠加覆盖。

C4D的材质调整方式特别像AE，都是基于图层合成方式，下面我会简单分类，跟你们讲讲其中的一些重点。

2、分类概括

对于材质的学习可以大致分个类：物体自身的颜色属性、物体所在环境的属性、物体自身的结构属性。物体自身的颜色属性包含“颜色、漫射，发光（辉光）和透明（Alpha） ”，所在环境的属性包含“反射，环境和烟雾”，物体自身的结构属性包含“凹凸，法线和置换”。

3、物体自身的颜色属性

颜色、漫射，发光（辉光）和透明（Alpha）我放在一起讲，其实辉光不算做这个分类，但是可以跟发光一起对比着讲一下。接下来，开始讲解，我随便打开一个模型：

关于颜色比较重要的属性就是纹理，我在文章开头就提到了纹理，里面有很多东西都比较重要，其中经常会用到的有噪波、菲涅耳。如果你会AE的话，那对噪波肯定很熟悉，就是黑白颜色（在cg图形处理中，黑白灰通常不属于颜色信息，它属于亮度信息），可以通过低端修剪、高端修剪调整里面的数值，噪波的用途非常广泛，它可以作为纹理通道，比如金属表面的斑驳效果或者锈迹等，它也可以作为贴图映射动画，制作从无到有的动画，也可以配合效果器做运动的效果等。

然后是Fresnel（菲涅耳）现象，当光传播到对象的交界处（通常称作界面）可能会同时发生光的反射和折射。菲涅尔反射描述了不同光波分量被折射和反射的情况。即视线垂直于表面时，反射较弱，而当视线非垂直表面时，夹角越小，反射越明显，简单来说就是由内到外的颜色变化。

比如我调的这个，越靠近视线垂直于表面的地方越红，而非垂直表面的地方就越黄。

漫射通道平时用到的并不多，一般配合其他通道使用。比如，当颜色通道添加纹理贴图后，颜色属性会被覆盖，混合强度也只能控制纹理整体亮度，这个时候就可以用漫射通道控制局部细节的明暗了。

接下来讲解发光通道，还是刚刚那个模型，如果你设置了发光，直接渲染会发现它只是平面材质，如下。

但是，当我们给上全局光照（有需要再解释）的时候，就会明显不一样了。

因为时间关系，只渲染了一半

这里需要你们理解的是，开启了全局光照后，场景没有打光，但是发光物体本身是会产生光子的，可以照亮周围环境。

发光通道除了上面这种用法以外，还可以用到环境中，比如我们做一个天空环境，给一个HDR到发光通道上，然后再用到天空上。这么做的原因是为了让环境照亮场景。

至于辉光通道，它是作用在材质表面上的效果，辉光一般属于后期效果，如果制图效果没有一次性达到满意效果，3d直接渲染辉光，会破坏对象固有色，导致后期无法调整，造成整个流程崩坏需要重新渲染，所以一般不会在3d软件中直接添加辉光效果（当然octane渲染器是可以制作出满意的效果，所以辉光看情况给）。

然后再说说透明通道，那就必须提到折射率，每种物质都有属于自己的折射率，它是决定透明的重要系数。还需要注意的一点是，如果你直接去设置颜色是这样的：

但是如果设置的是吸收颜色，就会发现效果完全不一样，前者模拟的效果是让物体本身变色，你会发现质感看起来很差。吸收颜色官方的解释是对象外部的颜色与对象相乘，相乘的原理跟PS的混合模式原理一样，如果你们感兴趣可以自己去研究下，知乎上已经有人写过这类文章了，比如：一篇文章彻底搞清PS混合模式的原理

这里要提一下Alpha通道，它和透明很相似但是却不一样。比如我做一个立方体，先给颜色通道给个logo贴图，然后分别给透明通道和Alpha通道各一个logo的黑白贴图，然后就有了下图的对比。

Alpha通道读取的是黑白灰亮度信息进行纹理抠图的。原理黑透白不透，灰色半透明。

透明通道给黑白灰贴图依旧会产生折射和反射，如果是对象是平面则没多少区别。

4、物体所在环境的属性

这里我把反射，环境和烟雾放在一起讲。反射可以调整的内容比较多，你们可以自己多尝试，我只讲讲几个点。

第一点：大多数对象都有反射。c4d中也提供了很多种预设反射，ggx、各向异性、传统反射等，都对应不同对象的反射，那么如果我们要给对象添加反射就一定要符合物理常识。下图中，锅和锅手柄的材质都有给反射，但还是有明显的区别（可能你们看不出来，图片被压缩过）。

第二点：环境会影响反射。因为反射会反射来自环境的光，那么不同的环境都会有不同的反射。

第三点 : 烟雾通道，由于使用并不多，而且效果也不理想，不推荐过多钻研。推荐你们用TurbulenceFD插件代替就好，如果想要插件可以在我另一篇文章里找到，我们已经把常用插件整理出一个合集了。常用资源合集 | C4D插件

5、物体自身的结构属性

物体自身的结构属性包含“凹凸，法线和置换”，这里我放在一起讲。

凹凸比较好理解，比如做一个墙面，墙面上肯定要有凹凸，这样渲染出来才真实，但其实它是“假”凹凸，只是看起来像凹凸而已，其实也只是一个面。

接下来再说说置换，刚刚不是说了凹凸其实是假凹凸嘛，那么真凹凸其实就是置换。为了让你们看出效果，我把数值调高点，可以看到墙面本身已经发生了改变。（注意使用置换贴图真凹凸时，要细分一下模型，面要足够多，才能完全体现。）

置换有点需要注意的是，它是有灰度值的，白色凸黑色凹，灰色是不凸不凹，比如我拿一个手镯举例子，我想在上面雕刻文字应该怎么做呢？

这时候可以先拿出PS这么处理，选择50度的灰为底，文字是白色，把它保存为一个贴图。

然后把模型的纹理位置调好，细分值加大后，置换现象就可以看出来了，我这里没有考虑美观，随便调了下。

另外，当强度设为负值时就会凹进去。

这样你们应该都能理解置换是什么了吧，它是一种真实的凹凸效果。

再讲讲法线通道，法线使用的是RGB信息，与3D空间中的X、Y和Z轴对应，指定特定的对象着色。如果你们学人物模型的话肯定都会知道法线的作用，比如做一个兽人这样的角色，脸上皱皱巴巴的，结构特别复杂，如果是用模型去做那就太麻烦了，这种时候就可以用法线来做，它是基于一种灯光现象，也是做凹凸用的。

一般情况下我们做角色、人物模型才会用法线贴图，或者做一些非常写实的东西也会用，比如雕刻。那么法线贴图长什么样呢？我随便找一个人物模型，他默认情况下是已经贴上了法线贴图。

仔细看细节，可以看到他的模型是非常平滑的，但是脸上确有凹凸、疤痕，这其实就是法线的效果。渲染一部分看看效果，是不是特别明显。

这个模型的法线贴图一部分为下：

对于材质的学习，这才只是一个基础的了解，真正的开始，还需要你们大量的实际操作。c4d中的材质并不只有默认材质，还有一些其他特殊材质，比如下面这些：

刚开始操作的时候，比如你需要制作木头材质，那么我建议你，先在内容管理器中搜索木头材质或者在其他网站找参考，看看别人是怎么调整的，然后照着那些属性去尝试性调整，多思考如何用材质的属性和参数去模拟表现那些三维效果，等熟练之后就可以找到调整材质的感觉了。

另，调整材质的时候最重要的是实时性，只有所见即所得，你才能对某个属性有一定的了解。如果你调整一个参数都要等渲染几十分钟，那么明显你的操作是有问题，也不方便理解，需要对工程进行优化。

希望我的文章会对你有帮助，谢谢阅读。