mental ray mia_material は、建築およびプロダクト デザインのレンダリングで使用されるほとんどのマテリアルに対応できるように設計された、総合的なマテリアル シェーダです。メタル、木目、ガラスなど、ほとんどのハード サーフェス マテリアルをサポートします。特に、高速で光沢のある反射と屈折（DGS マテリアルに取って代わる）および高精度なガラス（誘電体マテリアルに取って代わる）向けに調整されています。

主な特徴:

マテリアルには、mental ray 3.5 と互換性のある mia_material と新しく拡張された mia_material_x の 2 種類があります。ただし、単にインタフェースが 2 種類存在するだけで、基本コードは同じなので、mia_material_x の以下の点を除き、機能は同じです。

mia_material は、物理的に正確に表現することを第一の目標とし、ハイ ダイナミック レンジで出力します。マテリアルの外観を魅力的に見せることができるかどうかは、レンダラ内のカラーを画面上に表示されるカラーにマッピングするかにかかっています。

mia_material を使用する場合は、トーン マッパ/露光コントロールか、少なくともガンマ補正を使用することを強くお勧めします。

このドキュメントではガンマ補正の詳細な説明は省略し、概要を簡単に説明します。

通常の市販のコンピュータ画面のカラー空間は、直線的（リニア）ではありません。RGB 値 200 200 200 のカラーは、(おそらく皆さんの予想に反して)RGB 値 100 100 100 のカラーの 2 倍の明るさではないのです。

これは、"バグ" ではありません。人間の目は光を非直線的（ノン リニア）に知覚するという事実によって、前者のカラーは後者のカラーの 2 倍の明るさとして実際に知覚されます。そのため、通常のコンピュータ画面のカラー空間は、どれも知覚的にはほぼ同じということになります。これは利点であり、24 ビット カラー（赤、緑、青の要素をそれぞれ 8 ビット、256 階調で表現）が、人間の視覚が識別する色に十分対応できる主な理由でもあります。

問題は、物理的に正確なコンピュータ グラフィックスが、値が実際の光エネルギーを表すトゥルー リニア カラー空間で表示されることです。単純にレンダラに対するカラー出力の範囲を、各 RGB カラー要素の 0 ～ 255 の範囲にマッピングするのは間違いです。

解決策は、何らかのマッピング方法を取り入れることです。そのマッピング方法の 1 つが、ガンマ補正です。

他にも、レンダラ内の物理的なエネルギーを視覚的に見やすいピクセル値にマッピングする、トーン マッピングと呼ばれる方法があります。マッピングは、浮動小数点ファイル形式にレンダリングして外部ソフトウェアを使用するか、レンダラのプラグインを使用してその他の編集と同時に行います。

マテリアルは、十分な直接イルミネーションと間接イルミネーションを使用した、リアルなライティング環境で使用するように設計されています。

mental ray では、ファイナル ギャザリングとグローバル イルミネーションという 2 つの基本的な方法で間接光を生成できます。最良の結果を得るには、少なくともいずれかの方法を使用する必要があります。

従来のコンピュータ グラフィックスの光源は、光の強度が距離に応じて変化することのない、まるで漫画の世界のような光です。しかし、現実世界はそれほど単純ではありません。光線は光源から分散し、光線の "密度" は距離に応じて変化するとうい事実によって、光は光源から離れるにつれて減衰します。点光源の減衰が、たとえば 1/d² の場合、光の強度は、光源からの距離の 2 乗に反比例します。

用途の観点から見ると、シェーディング モデルは以下の 3 つのコンポーネントで構成されています。

• Diffuse（拡散） - 拡散チャンネル（Oren Nayar の "粗さ" を含む）。
• Reflection（反射） - 光沢のある異方性反射（およびハイライト）。
• Refraction（屈折） - 光沢のある異方性透明度（および半透明性）。

mia_material シェーディング モデル

シーンの直接光と間接光の両方によって、拡散反射と半透明性エフェクトが生成されます。また、間接光源によって、従来の "ハイライト"（スぺキュラ ハイライト）が生成されます。

レイ トレーシングは反射エフェクトと屈折エフェクトの作成に使用され、光沢のある反射と屈折の作成には高度な重要度主導型マルチサンプリングが使用されます。

光沢のある反射/屈折のレンダリング速度は、ファイナル ギャザリングによって "エミュレートされた" 反射と補間によってさらに向上します。

木目の床の反射は、視点の角度に依存します。

これと同じ性質のマテリアルは多数あります。フレネル エフェクトが適用されたガラス、水、およびその他の誘電体マテリアル（角度に対する依存は、屈折率によって厳密に導き出されます）は最も顕著な例ですが、他にもラッカー塗装の木材やプラスティックなど、レイヤー化されたマテリアルも同様の性質を持ちます。

mia_material を使用すると、このエフェクトを屈折率によって定義し、以下の 2 つの反射値を明示的に設定できます。

• 0 度面（カメラの正面に位置するサーフェス）
• 90 度面（カメラに対して直角に位置するサーフェス）

最終的なサーフェスの反射は、実際には以下の 3 つのコンポーネントの合計によって生成されます。

• 拡散エフェクト
• 実際の反射
• 光源の反射をシミュレートするスペキュラ ハイライト

拡散、反射、ハイライト

現実の世界では、"ハイライト" は単なる光源の（光沢のある）反射です。コンピュータ グラフィックスの世界では、ハイライトと反射を個別に扱うとより効率的です。しかし、物理的な正確さを維持するために、マテリアルは "ハイライト" の強度、光沢、異方性などを、反射の強度、光沢、異方性に自動的に同調させます。つまり、両方とも反射の設定によって決定されるため、個別のコントロールはありません。

透明度/半透明度は、オブジェクトを立体または薄壁として扱うことができます。

すべてのオブジェクトを常に立体として扱う場合、建築モデルのすべての窓ガラスを 2 つの面でモデリングする必要があります。2 つの面とは、入射面（光が一方向にわずかに屈折する）とその直後の射出面（そこに当たった時点で光が屈折して元の方向に戻る）です。

追加のモデリング作業が必要になるだけでなく、イメージに対して実質的な効果をほとんどもたらさない屈折をモデリングするためにレンダリング パワーを浪費することになります。一方、マテリアルを使用すると、窓ガラス全体を 1 つの平面としてモデリングできるため、実際の光の "屈折" をモデリングせずに済みます。

立体と薄壁の透明度と半透明度

上のイメージでは、ヘリコプターの円蓋 、窓ガラス、半透明のカーテン、右側の球体にはすべて "薄壁" の透明度または半透明度を使用し、ガラス製のゴブレット、プラスティック製の馬、左側の球体にはすべて "立体" の透明度または半透明度を使用しています。

"物理的" な透明度（マテリアルの実際のプロパティをモデリングする）を超越した、完全に独立した非物理的な "Cutout Opacity（不透明度の切り取り）" チャンネルを使用して、木製の "看板" オブジェクトを作成したり、不透明度マスクを使用して、金網のフェンスのように物体を切り抜くことができます。

アンビエント オクルージョン（以下 "AO"）は、グローバル イルミネーションの "外観" を忠実にエミュレートする方法で、主に映画業界で使用されています。この方法では、ある領域が入射光から遮蔽（遮断）されている程度を計算するシェーダを使用します。

mia_material には、最高のパフォーマンスを提供する以下の機能をはじめとした大規模な機能セットが組み込まれています。

• レイを却下するしきい値を使用した高度な重要度サンプリング
• 状況に応じて調整可能な光沢サンプル数
• ディテールが強化された、補間された光沢のある反射/屈折
• 超高速のエミュレートされた光沢のある反射（refl_hl_only モード）
• ガラス オブジェクトの内部反射を無視可能
• 従来の透明なシャドウ（窓ガラスなどに適した）または屈折コースティクス（立体的なガラス オブジェクトに適した）のいずれかをマテリアル単位で選択可能

diffuse_weight（ウェイト）は、拡散反射を任意のレベルに設定（およびカラーを拡散）します。マテリアルはエネルギー保存の法則に従うため、使用される実際の拡散レベルは、上記で説明したとおり、反射と透明度に依存します。

拡散コンポーネントは、Oren-Nayar シェーディング モデルを使用します。diffuse_roughness（粗さ）が 0.0 の場合、これは従来の均等拡散シェーディングと同じですが、値が高いほど、サーフェスがより "粉っぽく" なります。

Diffuse Roughness（粗さ）0.0（左）、0.5（中央）、1.0（右）

reflectivity（反射率）と refl_color（反射のカラー）は、反射レベルと従来の "ハイライト"（"スペキュラ ハイライト" とも呼ばれる）の強度を定義します。

光沢のある反射では、複数の例をトレースして滑らかな結果を作成する必要があるため、パフォーマンスの問題が発生する可能性があります。そのため、パフォーマンスを向上させるために設計された特殊機能がいくつかあります。

半透明度は、透明度の特殊なケースとして扱われます。つまり、半透明度を使用するには、ある程度の透明度が必要で、refr_trans_w（ウェイト）パラメータで透明度として使用する割合と半透明度として使用する割合を定義します。

transparency（透明度）0.75、refr_trans_w（ウェイト）0.0（左）、0.5 （中央）、1.0（右）

• refr_trans_w が 0.0 の場合、transparency はすべて透明度に使用されます。
• refr_trans_w が 0.5 の場合、transparency は透明度と半透明度に半分ずつ振り分けられます。
• refr_trans_w が 1.0 の場合、transparency はすべて半透明度に使用され、透明度は存在しません。

半透明度は、主に "薄壁" モードで、カーテン、ライス ペーパーなどのエフェクトのモデリングに使用されます（上記の例を参照）。"薄壁" モードでは、単にオブジェクトの裏面のシェーディングが "染み出す" ように設定できます。

シェーダは "ソリッド" モードでも使用できますが、mia_material への半透明度の実装は、単にオブジェクトの背面から正面への光の伝搬に関する単純化であり、"本当の意味での" SSS（サブサーフェス スキャタリング）ではありません。"SSS に類似した" エフェクトは、光沢のある透明度と半透明度を併用して作成できますが、専用の SSS シェーダほど高速でも強力でもありません。

refr_trans_w 0.0（左）、0.5（中央）、1.0（右）が設定されたソリッドの半透明度

異方性反射および屈折は、anisotropy（異方性）パラメータを使用して作成できます。パラメータは、ハイライトの "幅" と "高さ" の比率を設定します。anisotropy を 1.0 に設定すると、異方性は設定されず、効果は無効になります。

anisotropy をその他の値（1.0 以上または以下の両方の値が有効）に設定すると、ハイライトの "シェイプ"（および反射の外観）が変化します。

anisotropy（異方性）1.0（左）、4.0（中央）、8.0（右）

異方性は anisotropy_rotation（回転）パラメータを使用して回転できます。値 0.0 は回転なし、値 1.0 は 1 回転（360 度）です。これは、テクスチャ マップを使用して角度を操作するのに便利です。

anisotropy_rotation 0.0（左）、0.25（中央）、テクスチャを適用（右）

注: テクスチャを適用した anisotropy_rotation を使用する場合、このテクスチャにアンチエイリアシング（フィルタリング）が適用されていないことが重要です。アンチエイリアシングが適用されたピクセルは、継ぎ目のアーティファクトのように見える、異方性の渦が局所的に発生する原因になります。

組み込みのアンビエント オクルージョン

これらのパラメータは、反射のパフォーマンスを向上させるオプションを定義します。

refl_falloff_dist（最大距離）を使用すると、反射を特定の距離に限定することができるため、レンダリング速度が高速になると同時に、遠方のオブジェクトで極端な光沢のある反射が生じないようにすることができます。

refl_falloff_color（終点カラーに減衰）を有効にして使用すると、反射はこのカラーに減衰します。無効な場合、反射は環境カラーに減衰します。前者は屋内シーンに便利で、後者は屋外シーンに便利です。

完全反射（左）、100mm 以降減衰（中央）、25mm 以降減衰（右）

各マテリアルには、refl_depth（最大トレース デプス）パラメータを使用して、最大トレース デプスを局所的に設定できます。このトレース デプスに到達すると、マテリアルは refl_hl_only スイッチが有効であるかのように動作します。つまり、ハイライトと "エミュレートされた" 反射のみを表示します。refl_depth がゼロの場合、グローバル トレース デプスが使用されます。

refl_cutoff（遮断しきい値）は、反射が行われなくなる（トレースされない）しきい値です。これは相対的な値です。たとえば、デフォルトの 0.01 に設定すると、最終的なピクセルに対する貢献度が 1 を下回るレイは無視されます。

屈折（透明度）の最適化設定は、反射の設定とほぼ同じです。ただし、動作が異なる refr_falloff_color（最大距離でのカラー）は例外です。

• refr_falloff_dist（最大距離）を使用し、refr_falloff_color を使用しない場合、透明なレイは黒に減衰します。スモーク ガラスや吸収性の高いマテリアルなどのような効果です。透明度は、特定の距離で完全に停止します。これには、反射に refl_falloff_dist を使用する場合と同様に、パフォーマンスが向上する利点があります。たとえば、短いレイのトレースは大幅に高速になります。

• ただし、refr_falloff_color を使用する場合は別です。マテリアルは物理的に正確に吸収します。refr_falloff_dist で指定された距離に到達すると、屈折は refr_falloff_color で指定されたカラーになりますが、レイは到達距離の制限を受けません。距離が 2 倍になると、refr_falloff_color の影響力は 2 倍になり、距離が半分になると、影響力も半減します。

制限なし（左）、黒に減衰（中央）、青に減衰（右）

左のカップは減衰しません。中央のカップは、refr_falloff_color がオフに設定されているため、黒に減衰します。反射に使用した場合と同様に、トレース距離を制限してパフォーマンスを向上させることができます。

オプションには、マテリアルの最も細かいディテールの一部をコントロールするためのいくつかのオン/オフのスイッチがあります。

光沢のある反射と屈折は補間できます。つまり、レンダリング速度がより高速になり、より滑らかな結果が得られます。

補間は、イメージ全体にわたるグリッドを使用して光沢のある反射を事前に計算することで作用します。各ポイントで取得されるサンプル（レイ）の数は、補間を実行しない場合と同様に、refl_samples（反射サンプル）または refr_samples（屈折サンプル）パラメータで指定します。グリッドの解像度は intr_grid_density（グリッド密度）パラメータで設定します。

ただし、補間が原因でアーティファクトが発生する可能性があります。低解像度のグリッドで実行すると、ディテールが失われます。この低解像度のグリッドでは、隣り合わせのグリッド同士がブレンドされ、オーバースムージングが発生する可能性があります。このため、主に平らなサーフェス上で使用すると便利です。起伏のある、ディテールの細かいサーフェス、またはバンプ マップを使用しているサーフェスは、補間にはあまり適していません。

intr_grid_density パラメータの有効な値は以下のとおりです。

• 0 = グリッド解像度はレンダリング解像度の 2 倍
• 1 = グリッド解像度はレンダリング解像度と同じ
• 2 = グリッド解像度はレンダリング解像度の 1/2
• 3 = グリッド解像度はレンダリング解像度の 1/3
• 4 = グリッド解像度はレンダリング解像度の 1/4
• 5 = グリッド解像度はレンダリング解像度の 1/5

グリッド内にデータが格納され、ポイント全体で共有されます。低解像度のグリッドは、レンダリング速度は高速ですが、より多くのディテールが失われます。反射と屈折の両方に intr_refl_samples パラメータがあり、光沢を滑らかにするために参照する保存済みのグリッド ポイント（現在のレンダリング ポイントを中心とした N × N グループ）の数を定義できます。デフォルト値は 2 です。大きい値を設定すると、より光沢が "不鮮明に" なりますが、滑らかになりすぎる傾向があります。

補間なし（左）、2 ポイントを参照（中央）、4 ポイントを参照（右）

床の上にある左のカップの反射では補間が使用されていないため、粒子が見て取れます（ここでは意図的に誇張されています）。他の 2 つのカップの下の床のタイルには 1/2 の解像度の補間が使用され、それぞれ 2 ポイント（中央）と4 ポイント（右）を参照しています。

このイメージには、補間の使用結果も示されています。左のカップの足の床付近の部分は、かなりはっきりと反射しており、床から離れた部分のみがぼやけています。一方、左のカップの補間された反射には、特定の "ベース レベル" のぼかしが適用されており（補間のスムージングによる）、床に最も近い部分でさえぼやけています。弱い光沢のある反射のシーンでは、この違いはわからないでしょうが、その他のシーンでは、反射が強いと、テーブルや椅子の脚などのオブジェクトが光沢のある床に "接地" していないように見えることがあります。

これを解決するには、intr_refl_ddist（非常に詳細な表示をする距離を使用）パラメータを使用します。このパラメータを使用すると、詳細な 2 次レイのセットをトレースし、指定した半径内のオブジェクトの "より鮮明" なバージョンを作成できます。

詳細の距離なし（左）、詳細の距離 25mm（中央）、詳細の距離 150mm（右）

すべての 3 つの床のタイルで補間を使用していますが、右の 2 つではそれぞれ異なる距離の "詳細の距離" を使用しています。

これにより、興味深い "トリック" を使用できます。たとえば、refl_samples を 0 に設定して、まるで完全鏡面のように反射をレンダリングする一方、補間を使用してこの "完全な" 反射にブラーを適用します（さらに、intr_refl_ddist を使用して隣同士のブラーを抑えます）。この方法を使用すると、光沢のある反射を非常に迅速に作成できます。

詳細の距離なし（左）、詳細の距離あり（右）

上の床のタイトルは、ミラー反射を使用してレンダリングされ、"ぼかし" は補間のみを使用して適用されています。この場合、レンダリング速度は純粋なミラー反射と同じです（または速くなります）が、特に右のタイルのように intr_refl_ddist を使用すると、十分満足できる光沢のある反射を忠実に再現できます。

mia_material は以下の特別な入力にも対応しています。

bump パラメータには、バンプ マッピングの法線を摂動するシェーダを指定できます。このパラメータは、新しい bump_mode（バンプ モード）パラメータがゼロの場合にのみ使用されます。

no_diffuse_bump（拡散バンプなし）がオフの場合、バンプはすべてのシェーディング コンポーネント（拡散、ハイライト、反射、屈折など）に適用されます。オンの場合、バンプは拡散以外のすべてのコンポーネントに適用されます。つまり、バンプは反射、ハイライトなどに見られますが、拡散シェーディングにはバンプは見られません。マテリアルの拡散サーフェスは滑らかなように見えますが、凸凹したラッカー塗装が施されています。

no_diffuse_bump（拡散バンプなし）がオフ（左）、オン（右）

mia_material_x には、バンプ マッピングに関連のある 3 つの新しいパラメータがあります。2 つはベクトル バンプ入力の overall_bump（全体のバンプ）と standard_bump（標準バンプ）で、もう 1 つはそれらのベクトルの座標空間を定義するパラメータ bump_mode です。overall_bump または standard_bump に指定されたシェーダはベクトルを返しますが、これらのシェーダが各自の法線ベクトルを変更して（0,0,0）を返すこともできます。

overall_bump は、no_diffuse_bump の設定に関係なく、随時拡散とスペキュラ コンポーネントの両方に常に適用される全体的なバンプを定義します。standard_bump は、no_diffuse_bump がオフの場合はグローバルに適用され、no_diffuse_bump がオン の場合はスペキュラ/反射 "レイヤ" にのみ適用され、この点では従来からある bump パラメータと同様です。ただし、standard_bump は overall_bump の結果の上に追加されます。

overall_bump に mia_roundcorners シェーダを指定し、standard_bump に法線バンプ シェーダを指定する用途を目的としています。この方法では、"丸角" エフェクトは、no_diffuse_bump の設定に関係なく、拡散とスペキュラのコンポーネントの両方に適用されます。

"追加" モードとは、ベクトルに法線の摂動を含める必要があることを意味します。すなわち、現在の法線に "追加" される変更です。一方、"設定" モードとは、実際の法線が次のベクトルによって置き換えられ、前述の座標空間で解釈されることを意味します。

この新しいスキームでは、mia_material_x バンプ マッピングに mental ray の統合機能との互換性を持たせ、no_diffuse_bump がオンの場合でも丸角を適用することができます。

cutout_opacity（不透明度の切り取り）は、不透明度マップを適用してオブジェクトの一部を完全に削除するために使用します。典型的な例としては、木のイメージを平面にマッピングし、木が存在していない部分を切り取るために不透明度を使用します。

transparency（透明度）（左）と cutout_opacity（不透明度の切り取り）（右）のマッピング

additional_color（追加のカラー）は、任意のシェーダに適用可能な入力です。このシェーダの出力は、mia_material によるシェーディングの上に単に追加され、"セルフ イルミネーション" タイプのエフェクトに使用することも、任意の追加のシェーディングを追加するために使用することもできます。

マテリアルは標準の displacement シェーダと environment シェーダをサポートしています。environment が提供されない場合は、グローバル カメラ環境が使用されます。

ここでは、mia_material_x の使用可能な出力の詳細なリストを示します。

ほとんどの出力は、xxx_result、xxx_raw、および xxx_level のパターンに該当します。"result" は最終的な成分、"raw" はスケールされていない成分、"level" はスケーリングです。"level" は、入力パラメータ（または組み合わせ）に関連付けられることが多く、マテリアルのエネルギー保存の特性に従うために変更されています。

特に明記されていない限り、以下に従います。xxx_result = xxx_raw * xxx_level. .

各種出力と関係性

出力には重複する要素が含まれるので、たとえば、個別のチャンネルの "現在の反射" のみが必要な場合は、refl_result を使用します。しかし、ポスト プロダクションで反射の量をコントロールする必要がある場合は、代わりに refl_raw と refl_level を使用して、最終的なカラーに追加する前の合成の段階で乗算します。

ただし、mia_material_x は、（パフォーマンスが）低精度の実際のレンダリングの段階で非常に低レベルの反射を意図的にサンプリングするため、ポスト プロダクションの段階で反射の強度を大きく変更するのは避ける必要があります。

以下の出力があります。

出力では重複する要素を使用できるため、それらの要素を合成して優れたレンダリング イメージを作成するための方法がいくつかあります。2 つの合成パイプラインについて、方程式で簡単に説明します。

まず、各種の result パラメータの合計である "シンプル" なバージョンがあります。このバージョンでは、ポスト プロダクションにおける、マテリアル間の全体的なバランスに対する小さな変更のみが可能です。

しかし、多数のファイルを必要とせず、浮動小数点以外の合成で適度に機能するという利点があります。

    Beauty = diffuse_result + indirect_result + spec_result + 
                refl_result + refr_result + tran_result + 
                add_result

次に、各種の raw と level 出力を使用する、より "複雑" なバージョンがあります。ポストプロダクションで、より詳細なコントロールが可能です。

raw 出力は、ダイナミック レンジを維持するために、浮動小数点で保存および合成する必要があります。level 出力は常に 0.0 ～ 1.0 の範囲内で、浮動小数点で保存する必要はありません。

    Beauty = diffuse_level * (diffuse_raw + (indirect_raw * ao_raw)) + 
                spec_level * spec_raw +
                refl_level * refl_raw +
                refr_level * refr_raw +
                tran_level * tran_raw +
                add_result

mental ray 3.5 のファイナル ギャザリングのアルゴリズムは、以前のバージョンに比べて、特に適応性が大幅に向上しています。mental ray の以前のバージョンに比べて、レイの数と密度を大幅に低く設定できます。

ここでは、各種マテリアルを作成する場合の経験則について簡単に説明します。最初は基本的なデフォルト設定を使用することを前提とします。

これは "ハイブリッド" マテリアルの一種で、多数の建築レンダリングに使用できます。たとえば、ラッカー塗装の木材、リノリウムなどがあります。

これらのマテリアルでは、brdf_fresnel（フレネル反射を使用）をオフにする必要があります（カスタム BRDF カーブを定義します）。まず、brdf_0_degree_refl（0 度反射）を 0.2、brdf_90_degree_refl（90 度反射）を 1.0 に設定し、適切なテクスチャ マップを diffuse に適用します。reflectivity（反射率）を 0.5 ～ 0.8 に設定します。

マテリアルの光沢はどうですか？ 反射は非常にクリアですか、ぼやけていますか？ 強いですか、弱いですか？

• クリアで、非常に強い反射の場合は、refl_gloss（反射の光沢）を 1.0 のままにします。

• 少しぼやけているものの強い反射の場合は、refl_gloss を低い値に設定します。パフォーマンスに問題がある場合は、refl_interpolate（反射の補間）を使用してみます。

• 少しぼやけていて非常に弱い反射の場合は、refl_gloss を低い値に設定し（より広いハイライトを得るため）、refl_samples（光沢のあるサンプル）を 0 に設定することによって、"模倣" することができます。反射用に 1 つのミラー レイのみが投射されますが、非常に弱いのでほとんどわかりません。

• 中程度にぼやけたサーフェスの場合、refl_gloss を低い値に設定し、refl_samples の値を増やします。ここでも、パフォーマンスに問題がある場合は、refl_interpolate を使用してみます。

• 極端にぼやけたサーフェス、または非常に弱い反射のサーフェスの場合、refl_hl_only（ハイライトのみ）モードを使用してみます。

典型的な木の床では、refl_gloss を 0.5、refl_samples を 16、reflectivity を 0.75 に設定し、diffuse に見た目のよい木のテクスチャ、おそらくバンプ マップを若干適用します（バンプをラッカー塗装のレイヤにのみ表示する必要がある場合には、no_diffuse_bump（拡散バンプなし）チェックボックスを使用してみます）。

リノリウム カーペットでも同じ設定を使用しますが、異なるテクスチャとバンプ マップを適用し、reflectivity と refl_gloss を若干低めの値に設定します。

セラミック マテリアルは、釉薬がかかっています（透明なマテリアルの薄いレイヤで覆われています）。上記で説明した一般的なマテリアルと同様のルールに従いますが、brdf_fresnel（フレネル反射を使用）を オン、refr_ior（屈折のインデックス）を約 1.4、reflectivity（反射率）を 1.0 に設定する必要があります。

diffuse は適切なテクスチャまたはカラーに設定する必要があります。たとえば、白の浴室のタイルには白を設定します。

石は通常非常にマットで、反射は非常にぼやけていてほぼ拡散しています。石の "粉っぽい" 特性は、diffuse_roughness（粗さ）パラメータを使用してシミュレートします。最初は 0.5 に設定してみましょう。レンガなどの浸透性のある石の場合は高い値を設定します。

石の場合、refl_gloss（反射の光沢）を非常に低い値（0.25 より低い値）に設定し、通常は refl_hl_only（ハイライトのみ）を使用すると、優れた効果を効率的に得られます。diffuse には見た目のよい石のテクスチャを設定します。たとえば、バンプ マップや、refl_gloss 値に変化を持たせるマップなどを使用します。

reflectivity（反射率）を約 0.5 ～ 0.6、brdf_fresnel（フレネル反射を使用）をオフ、brdf_0_degree_refl（0 度反射）を 0.2、brdf_90_degree_refl（90 度反射）を 1.0 に設定します。

ガラスは誘導体であるため、brdf_fresnel（フレネル反射を使用）を必ずオンに設定する必要があります。ガラスの IOR は約 1.5 です。diffuse_weight（ウェイト）を 0.0、reflectivity（反射率）を 1.0、transparency（透明度）を 1.0 に設定します。これは、基本的な、完全にクリアな屈折するガラスを作成するのに十分な値です。

このガラスが窓ガラス用の場合は、thin_walled（薄壁付き）をオンに設定します。立体（ソリッド）のガラスのブロックの場合は、thin_walled をオフに設定し、コースティクスが必要かどうかを判断し、do_refractive_caustics を適宜設定します。

ガラスが曇りガラスの場合は、 refr_gloss（屈折の光沢）を適切な値に設定します。refr_samples を調整して精度を高めるか、refr_interpolate（屈折の補間）を使用してパフォーマンスを向上させます。

クリア ガラスには前のセクションで説明したヒントが役立ちます。ただし、色つきガラスの場合は若干異なります。

多数のシェーダは、透明度をガラスのサーフェスで設定します。実際には、単に refr_color（屈折のカラー）をある値（たとえば、青）に設定して透明度を設定します。この方法は、thin_walled（薄壁付き）がオンに設定されたガラスで完璧に機能します。ただし、立体のガラス オブジェクトの場合、この方法ではリアルな外観を正確に再現できません。

水はガラスと同様、誘導体で、IOR は 1.33 です。そのため、物体を屈折させる必要があるまとまった量の水（たとえば、蛇口から流れ出る水）には、ガラス（上記）と同じ原理が当てはまります。色の付いた飲み物は、色ガラスと同じ原理です。

水からワインへ

上のイメージのような、容器に入った飲み物を作成するには、mia_material が複数のサーフェスを通過する屈折を処理する方法と、"現実の世界"で実際に見られる屈折の違いを理解することが重要です。

屈折で重要なことは、IOR が異なる媒質間の遷移です。このような遷移は、界面と呼ばれます。

レモネード入りのグラスの場合、光線は空（IOR = 1.0）を通過してグラスに入射し、グラスの IOR（1.5）によって屈折します。グラスを通過した後、光線はグラスから射出して液体に入射します。つまり、ある媒質（IOR 1.5）と別の媒質（IOR 1.33）の界面を通過します。

これをコンピュータ グラフィックスでモデリングするには、グラスの内側を向いた法線と IOR 1.5 を使用してガラスの閉じたサーフェスを個別に作成し、次に内側を向いた法線と IOR 1.33 を使用して飲み物の閉じたサーフェスを作成し、容器と液体の間に小さな "空気の隙間" を残す方法があります。

この方法は "うまくいくはずです" が、問題が 1 つあります。光線が IOR が高い媒質から低い媒質に進行する場合に、"全反射"（TIR）と呼ばれる効果が発生する可能性があります。これは、スイミング プールに飛び込んで見上げたときに目にする効果です。水面より上にあるオブジェクトは真上の小さな円からしか見えず、特定の角度より低いところは、プールの反射とサーフェスの下側のオブジェクトのみが見えます。2 つの媒質の IOR の差が大きいほど、TIR が発生する可能性も高くなります。

この例では、光線がグラス（IOR = 1.5）から空気中に進行するときに、TIR が発生する可能性が高くなります。しかし実際には、光線は IOR = 1.5 の媒質から IOR = 1.33 の媒質に進行するので、IOR の差は非常に小さく、TIR が発生する可能性も低くなります。以下の図に見た目の違いを示します。

正確な屈折（左）と "空気の隙間" を挿入した場合（右）

左の結果は正確ですが、ではどのような方法で実現したのでしょうか？

問題を解決するには、媒質ではなく、界面という視点からモデリングを考え直します。この例では、3 つの異なる界面があり、IOR を外側と内側の媒質の IOR 間の比率として考えることができます。

• 空気とグラスの界面（IOR = 1.5/1.0 = 1.5）
• 空気と液体の界面（IOR = 1.33/1.0 = 1.33）
• グラスと液体の界面（IOR = 1.33/1.5 = 0.8）

最も一般的なケースである空気との界面では、使用する IOR は媒質の IOR です（空気の IOR は 1.0 であるため）。これが 2 つの異なる媒質の間の界面となると、状況は異なります。

この状況を正しくモデリングするには、それぞれ個別の mia_material が適用された 3 つのサーフェスが必要です。

液体の入ったグラスの 3 つの界面

• 空気 - グラスのサーフェス（青）。法線はグラスの 外側を向き、空気がグラスと直接接触する領域をカバー。IOR は 1.5。
• 空気 - 液体のサーフェス（緑）。法線は液体の 外側を向き、空気が液体と直接接触する領域をカバー。IOR は 1.33。
• グラス - 液体のサーフェス（赤）。法線は液体の 外側を向き、グラスが液体と直接接触する領域をカバー。IOR は 0.8。

2 つの液体マテリアルに適切な refr_falloff_dist（最大距離）と refr_falloff_color（最大距離でのカラー）を設定した（色付きの液体を得るために）結果は、上記の比較図の左のイメージです。

水面は、見るからに透明な液体とは少し異なります。

海洋が青いのではなく、これは反射です。海洋の水面下に差し込む光線の大半には、特に面白い効果は見られません。ほんのわずかな量の光が、文字通りの "サブサーフェス スキャタリング" をわずかに行いながら、散乱して水面に返ります。

mia_material を使用して海面を作成するには、以下の手順に従います。

diffuse_weight（ウェイト）を 0.0、reflectivity（反射率）を 1.0、transparency（透明度）を 0.0 に設定します（屈折はまったく使用しません）。

refr_ior（屈折のインデックス）を 1.33、brdf_fresnel（フレネル反射を使用）をオンに設定します。揺れを表現するシェーダを bump（バンプ）に適用すれば、海洋は基本的に完成です。

この海洋には、IOR によって導き出された反射しか設定されていませが、 おそらくこれで十分です。試してみてください。ただし、反射する何らかの対象物があることを確認してください。空のマップ、オブジェクト、または単なる青のグラデーションのバックグラウンドでかまいません。何らかの対象物がないと、完全に黒になります。

青いのは海洋ではなく、空

"熱帯地域" の海洋に見せるには、diffuse を少し緑っぽい/青っぽいカラーに設定し、diffuse_weight を非常に低い値（0.1）に設定し、no_diffuse_bump（拡散バンプなし）チェックボックスをオンにします。

これで、海洋の最上部でわずかに発生する散乱をエミュレートする水中の "ベース カラー" が完成しました。

熱帯地域の海洋

ブラシ仕上げのメタルは、興味深い特殊なメタルです。ブラシ仕上げメタルは、refl_gloss（反射の光沢）を "非常にぼやけた" 反射を受けるレベルに下げるだけで作成できる場合もあります。ブラシ方向がランダムな場合、または集合エフェクトとしてもブラシが非常に小さ過ぎて見えない場合は、これで十分です。

明確なブラシ方向が設定されている、または実際のブラシ ストロークが見えるマテリアルの場合、リアルな見た目を作成するにはもう少し複雑な処理が必要です。

ブラシ仕上げのメタルの小さな溝がすべて一体となって異方性反射を作り出します。この様子を以下の図に示します。実際に多数の隣接する小さな円柱をモデリングし、シンプルな Phong シェーダでシェーディングすることによって、ブラシの溝がシミュレートされています。

多数の隣接する小さな円柱

ご覧のとおり、各円柱のスペキュラ ハイライトが一体となって、異方性ハイライトである集合エフェクトを作成しています。

また、ハイライトは連続しておらず、実際には隣接する小さなセグメントに分割されています。マテリアルが "ブラシ仕上げのメタル" であることを視覚的に示す主な特性は以下のとおりです。

• ブラシ方向に対して垂直な方向に伸びる異方性ハイライト
• ブラシ方向に "途切れ" のある不連続なハイライト

つや消しマテリアルをシミュレートする際に、多くのユーザは最初のエフェクトである異方性しか考慮しません。別のよくある間違いは、ハイライトはブラシ方向に伸長すると考えることです。どちらも実際とは異なります。

つや消しマテリアルをシミュレートするには、これらの 2 つの視覚的な特性をシミュレートする必要があります。1 つ目は簡単です。anisotropy（異方性）と anisotropy_rotation（回転）を使用して異方性ハイライトを作成します。2 つ目は、いくつかの方法でシミュレートできます。

• bump マップを使用する
• anisotropy または refl_gloss（反射の光沢）にバリエーションを持たせるマップを使用する
• refl_color（反射のカラー）にバリエーションを持たせるマップを使用する

それぞれ長所と短所がありますが、ここでは最後の方法を使用します。この方法を選択した理由は、補間とうまく併用できるためです。

1. "ブラシのストリーク（すじ）" 用のマップを作成します。さまざまな方法がありますが、ペイント プログラムでマップをペイントするか、一方向にかなり伸長されている "ノイズ" マップを使用します。

2. マップには中間グレーと白の間で色の変化を持たせる必要があります。ブラシに適したスケールでこのマップを refl_color に適用します。

3. diffuse を白（またはメタルのカラー）に設定し、diffuse_weight（ウェイト）を 0.0（または小さい値）に設定します。

4. refl_is_metal（メタル マテリアル）が有効であることを確認します。

5. refl_gloss を 0.75 に設定します。

6. anisotropy を 0.1 または同様の値に設定します。anisotropy_rotation を使用し、マップに合わせてハイライトを適切に調整します。必要に応じて、anisotropy_channel（チャンネル）を使用し、マップと同じテクスチャ空間に基づくようにします。

ブラシ仕上げメタル