# 材質與燈光

有了模型之後，在3D世界中我們必須透過材質與環境給予光線，才能使物件完整展現出他的樣貌

## 材質（Materials）
- 決定Mesh的基本外觀
- 決定Mesh如何對光線做出反應
- 必要時，可以對Mesh做出變形、或產生原本沒有的部分及效果
- 在Blender中，材質系統由各種"Node"相接來完成（[Node Based Materials](https://docs.blender.org/manual/en/latest/render/materials/introduction.html)）

## 與材質混淆的名詞
- Shader：達到某種效果的node，屬於材質的一部分
- 貼圖：附加於某些node的圖片，可以用來當作基本外觀，或是產生材質的各種效果

## 準備
- Cycles與Eevee都可以使用Node System，今天以Cycles示範為主
- 將工作區切到Shading，可以看到下方有Node Editor

- 先把左側兩個面板關閉（拖曳另外一面板角落來覆蓋）
- 將3D viewport視圖模式切為render mode（按住Ｚ）
- 選擇方塊的材質屬性，以便觀察

- node editor中會顯示目前選中物件的選中材質
- 在上方工具列中，最左邊可以切換查看Object/World材質（World也會有一個材質）

- 燈光架設：為了觀測材質，必須要有光來互動才看得出效果
- 把物件換為sphere以利觀看材質（可以加subdivision & 設定smooth shading）
- 切回Layout工作區，將預設光源設為Area（才有方向性），並把強度改小
- 複製出兩個光源
- 幫三個光放成三角位（[3-point lighting](https://en.wikipedia.org/wiki/Three-point_lighting)）：
Key為主色調，強度中間/Fill為陪襯色，強度最弱/Back增加立體，強度最強

## Node Editor & 簡易材質示範（單色）
在blender 2.79以後，增加了一個物理真實的統一node：[Principled BSDF](https://docs.blender.org/manual/en/latest/render/shader_nodes/shader/principled.html)，我們將使用此node來完成基本材質的示範。
- Node Editor操作
- 新增node：Shift+A
- 搜尋：新增時可以選擇搜尋
- 平移面板：滑鼠中鍵
- 選擇：左鍵點選或拖曳框選，亦可按住Shift來多重選取
- 刪除：選擇後按X
- 連接線：按住起始端在欲相接處放開
- 斷開線：Ctrl+右鍵 斷開連結
- Node System Logic
- node由左而右傳遞資訊
- 接點處的顏色會相同（黃色對黃色、綠色對綠色、紫色對紫色，而灰色皆可以）
- 最終會傳到Material Output作為輸出效果
- Principled PSDF參數簡介
1. Base color：底色，類似於diffuse
2. Metallic：決定金屬(1)或非金屬(0)，因為金屬幾乎不會吸收光線故有所區別
3. Roughness：粗糙度，類似於glossy
4. IOR（Index Of Refraction）：折射率，每種物質的折射率不盡相同
5. Transmission：透射程度，類似於glass
6. Normal：法線圖，可以製造凹凸效果（有效降低場景面數，節省render資源）

- 幾個小示範
- A.牛皮紙
- B.陶瓷
- C.玫瑰金
- D.寶石綠玻璃

## 一般化材質：使用貼圖（Textures）
- 上面的簡易材質沒有用到其他外加資訊，所有值都是單一的：不論Mesh的哪個部分，都用相同的基礎色、相同的粗糙度、相同的金屬性質、相同的穿透度...
- 我們可以透過各種貼圖（Textures/Texture Maps）來提供一些新的資訊：在Mesh的不同地方提供不同顏色或不同屬性、甚至是不同的凹凸程度
- 但程式並不知道貼圖的哪個pixel要對應到mesh的哪個點，我們必須透過[UV unwrapping](https://en.wikipedia.org/wiki/UV_mapping)的動作來產生這一個資訊（這個資訊就叫做UV Map）

- 範例：岩石skin的Suzanne
- 下載[岩石貼圖](https://drive.google.com/file/d/1kmSEPv-T18stkYO1FEoh3tYW8J3WyXW7/view?usp=sharing)
- 隱藏sphere，新增monkey，加上subdivision surface，並新增材質取名為rock
- Shift+A新增一個Image Texture，按下資料夾圖示來開啟下載之貼圖
- 將貼圖node的color接點連接至Principled BSDF的Base Color處
可以發現這隻猴子頭的UV資訊已經存在（Blender自動幫基礎mesh都unwrap好了）
若到Mesh Data屬性底下的UV Maps，可以看到有一個預設的uv map
由於自己建完的模型不會有uv map，所以刪除這個uv map，我們練習如何造出這個map
- 切到UV Editing工作區（通常會直接進入edit mode），全選Mesh後
按下U->Smart UV project，將會依某種攤平演算法自動建立出UV map．可以發現如果再切回render mode又可以看見正常的岩石skin
- 再回到edit mode，若在UV editor上排按下Sync Selection即可看到對應攤平的樣子
事實上自動unwrapping的效果並不佳，拆解的結果會造成有很多斷面跟貼圖被拉扯的情形，可以按下N開啟輔助面板，在View->Display->Overlays->勾選Stretching來查看拉扯的良率（越藍越好）
- 嘗試使用不同方式來拆解：
1.先標記欲拆開之邊緣（seams）：進入edit mode，選擇邊後按下
Ctrl+E->Mark Seam，注意要根據Mesh的結構以及拉伸程度來mark seam
2.按下U->Unwrap重新unwrap（標記處一定會被拆開）
3.重複動作直到滿意

## 使用各種貼圖：Diffuse/Roughness/Normal maps
我們學會如何透過unwrap獲取貼圖對應Mesh的資訊，所以可以使用除了”底色材質”貼圖之外的texture來達成其他效果。
- 使用Glossiness/Roughness map來當作不同區塊反光程度不同的訊號
- 使用Normal map來當作我表面凹凸的訊號
- 使用Displacement map來當作mesh變形訊號

## What's next?
- 自己做Texture：[texture painting](https://www.youtube.com/watch?v=JX-UwgKaPsA)、[texture baking](https://www.youtube.com/watch?v=mdcodiuIwXM)
- 程序化自動生成Texture：[procedural generated textures](https://www.youtube.com/watch?v=_deRNqDcwRk)
- 不只用Texture：其他node的組合