Een 3D-model zonder materialen heb je niet zo veel aan. Materialen nemen we vaak vanzelfsprekend – een schroef is van metaal, witte verf is gewoon witte verf. Maar zodra je deze materialen moet namaken in 3D, merk je pas hoe complex het is. Hoe glanzend is dat schroefje bijvoorbeeld? En de dikte van de verf heeft weer invloed op hoeveel reliëf je van de onderlaag erdoorheen ziet.
Materialen bestaan uit honderden eigenschappen die we kunnen tweaken, van kleur en textuur tot glans en reflectie. Een 3D materiaal noemen we een Shader. En het vergt een scherp oog en veel precisie om een Shader perfect te matchen met het materiaal. Elk detail moet kloppen om het materiaal echt te laten leven in de digitale wereld.
Materialen database vs zelf maken
Met al die verschillende schuifjes, vinkjes en instellingen kun je snel verdwalen in de wereld van 3D-materialen, waardoor je het jezelf onnodig ingewikkeld maakt. Het is daarom belangrijk om samen te bepalen welke materialen we zelf gaan maken en welke wegkomen met standaard materialen. Soms is het helemaal niet nodig om te veel tijd te besteden aan die kleine schroef die nauwelijks zichtbaar is – die krijgt gewoon een simpel metaal-materiaal. Maar voor de materialen die het grootste deel van het product uitmaken, zoals de poedercoating of het plastic, wil je natuurlijk dat deze perfect klopt met het echte product.
Welke eigenschappen zijn er?
Maar welke eigenschappen spelen er dan precies een rol? Al die honderden schuifjes en knopjes hebben uiteindelijk invloed op een aantal basiskenmerken van een materiaal. Hieronder vind je de belangrijkste eigenschappen die wij vaak tegenkomen bij het recreëren van materialen in 3D. Deze eigenschappen bepalen hoe een materiaal eruitziet, hoe het reageert op licht, en hoe het zich gedraagt in verschillende omgevingen.
Diffuse (kleur)
De kleur van een materiaal, ook wel de diffuse kleur genoemd, is wat je ziet als je naar een object kijkt. Het kan een simpele kleur zijn of een patroon, zoals hout of steen. Dit is de basis van een materiaal.
Roughness
Roughness bepaalt of een oppervlak mat of glanzend is. Een glad oppervlak, zoals autolak, heeft veel glans omdat het licht sterk reflecteert. Een stoeptegel daarentegen heeft een ruwere structuur, waardoor het licht minder reflecteert en het oppervlak mat is.
Reflection
Reflectie, dit gaat over hoe goed licht wordt teruggekaatst. Denk aan een spiegel die alles 100% reflecteert, of glimmend plastic waar je juist nog veel van de ondergrond ziet. Het bepaalt hoeveel van de eigen kleur je kunt zien op het oppervlak.
Bump
Bump is het kleine reliëf op een materiaal, zoals nerven of kiertjes, die de vorm van het oppervlak niet veranderen, maar wel zichtbaar zijn. Het bepaalt dus de textuur en diepte van een materiaal zonder de geometrie aan te passen.
Transparancy
Transparancy bepaalt hoe veel licht door een materiaal heen gaat. Glas is bijvoorbeeld vrijwel volledig transparant, terwijl plastic minder licht doorlaat, afhankelijk van de dikte of kleur.
Displacement
Displacement creëert echte diepte door de vorm van het oppervlak te veranderen. Het is ideaal voor materialen met hoogteverschillen, zoals een bakstenen muur of grof geweven wol, waarbij de textuur fysiek verandert en het oppervlak meer detail krijgt.
Sheen
Zachte materialen zoals stoffen hebben haartjes die een subtiele glans creëren, vooral zichtbaar als je van de zijkant kijkt. De sheen-eigenschap simuleert deze glans en geeft het materiaal een realistische uitstraling.
De stappen om een materiaal te maken
Naast de bovengenoemde eigenschappen zijn er nog tientallen andere factoren die invloed hebben op een materiaal. En ja, het kan behoorlijk overweldigend zijn als je al die eigenschappen naast elkaar ziet. Waar moet je in godsnaam beginnen? Gelukkig hebben we dit proces inmiddels zo vaak doorlopen dat we een solide workflow hebben ontwikkeld, waarmee we vrijwel elk type materiaal in 3D kunnen creëren.
1. Referentie beelden
Goede foto’s en/of samples van het materiaal zijn belangrijk voor ons om een goede basis neer te zetten en de eigenschappen van het materiaal te kunnen bepalen. Deze referentiebeelden gebruiken we regelmatig tijdens het proces om onze materialen te testen en te vergelijken, zodat we altijd een nauwkeurig resultaat behalen.
2. Textures
Voor 3D-materialen gebruiken we vaak echte foto’s als basis. Deze foto’s, geoptimaliseerd voor 3D-materialen, noemen we textures. Bijvoorbeeld, als je een eikenhouten tafelblad wilt namaken, zorgen we eerst voor een foto van het specifieke hout dat op dat product zit. Als we deze foto online niet kunnen vinden, maken we hem zelf. Zo zorgen we ervoor dat de basis van het materiaal visueel identiek is aan het echte materiaal.
3. Shader
Zodra de textures klaar zijn, beginnen we met het opzetten van het materiaal in 3D, z'n 3D materiaal noemen we een Shader. We gebruiken de texsturen als basis en bepalen vervolgens alle verschillende eigenschappen. Eén voor één vergelijken we deze met het referentiemateriaal dat we eerder hebben verzameld. Pas als de eigenschappen perfect kloppen, komt er een shader uit die nauwkeurig overeenkomt met het echte materiaal.
4. Materialen Serie
Een laatste stap die we vaak nemen, is het maken van een materiaalserie. Je ziet namelijk vaak dat een product niet in slechts één kleur komt, maar in een hele serie. We zorgen ervoor dat al deze kleuren hetzelfde effect en dezelfde eigenschappen behouden als in de werkelijkheid. Zo kun je in de visualisatie van kleur wisselen zonder dat de kwaliteit of het uiterlijk van het materiaal verandert.
Hoe werkt dit in een 3D programma?
Er zijn verschillende manieren om een shader op te bouwen in 3D-software, maar de methode die wij gebruiken is gebaseerd op nodes. Nodes zijn eigenschapsboxjes die je aan een basismateriaal verbindt, dat helemaal aan de rechterkant van het scherm staat. Elke node heeft een specifieke functie: sommige voegen texturen toe, terwijl andere de textuur schalen of verkleuren andere notes creëren een diepte of rook effect. Er zijn ook nodes die verschillende notes samenvoegen tot een. Dit nodensysteem biedt ons de flexibiliteit en het overzicht dat we nodig hebben om het proces efficiënt en gecontroleerd uit te voeren.
Informatie opslaan in texture maps
In de 3D-industrie maken we materialen vaak met behulp van texture maps, die het programma vertellen hoe verschillende eigenschappen van het materiaal zich gedragen. In plaats van zelf met schuifjes in het 3D-programma te werken, gebruiken we texture maps om alles te regelen. Deze kunnen eenvoudig worden gebruikt in elk 3D-programma, waardoor ze makkelijk online te delen zijn. Texture maps kunnen op verschillende manieren worden gemaakt: handmatig, met AI, of direct vanuit een foto. Welke methode je kiest, hangt af van je doel en hoeveel controle je over het materiaal wilt hebben. AI maakt het snel en gemakkelijk om texture maps te genereren, ideaal voor snelle projecten, terwijl handmatige opbouw nodig is voor meer consistente en gedetailleerde materiaalseries.
Bijvoorbeeld, voor de diffuse input gebruiken we texture maps om de kleur van het materiaal te bepalen. Voor roughness geldt dat alles wat wit is, niet glimmend is, terwijl zwart voor glanzende oppervlakken zorgt. Door grijswaarden te gebruiken, kunnen we de mate van glans op specifieke plekken in het materiaal nauwkeurig afstemmen. Een bump map wordt gemaakt door een paars gekleurde map waarin vier kleuren informatie over de diepte worden opgeslagen, wat helpt om reliëf en textuur te simuleren zonder de geometrie daadwerkelijk aan te passen. Deze aanpak maakt het mogelijk om materialen met veel controle en consistentie te recreëren.
Conclusie
Hoewel je bij 3D-rendering vaak denkt aan het 3D-model zelf, kan het in werkelijkheid veel meer tijd en moeite kosten om de materialen perfect te krijgen. De afmetingen van een 3D-model zijn vast en er is weinig ruimte voor discussie, er is maar één mogelijkheid. Materialen worden echter gemaakt op het oog, en met honderden schuifjes, vinkjes en bewerkingen kan dit een flinke uitdaging zijn. Door alle eigenschappen goed te begrijpen en te weten hoe ze elkaar beïnvloeden, kunnen we ook de materialen fotorealistisch namaken.