브이레이(VRay) 렌더러에서 재질(VRayMtl)의 Fresnel reflections(프레넬 반사) 옵션

브이레이(VRay) 렌더러에서 재질(VRayMtl)의 Fresnel reflections(프레넬 반사) 옵션

Fresnel reflections

Fresnel reflections(프레넬 반사)는 빛이 표면에 입사하는 각도에 따라 반사율이 달라지는 현상입니다. 이 현상은 Fresnel 방정식(Fresnel Equation)에 의해 설명되며 현실 세계 대부분의 재질(물, 유리, 플라스틱, 금속, 피부등)에서 발생합니다.
https://en.wikipedia.org/wiki/Fresnel_equations

이 현상에 의해 입사각이 작을수록(정면에서 볼수록) 반사가 약한것처럼 보이고 입사각이 클수록(측면에서 볼수록) 반사가 강한것처럼 보입니다. 예를 들어 유리나 물은 정면에서 보면 거의 반사가 나타나지않고 측면에서는 강한 반사가 나타납니다.

https://shanesimmsart.wordpress.com/2021/01/04/fresnel-reflection/

입사각과 반사각
입사각 = 반사각 (반사의 법칙)
빛이 들어오는 각도(입사각)와 반사되는 각도(반사각)는 항상 동일합니다.

입사각(Angle of Incidence, θᵢ) - 빛이 표면에 입사할 때 법선과 이루는 각도
반사각(Angle of Reflection, θᵣ) - 반사된 빛이 법선과 이루는 각도
법선(Normal) - 표면에 수직인 가상의 선

Fresnel 반사에서의 입사각과 반사
입사각이 작을수록 (빛이 표면을 정면에서 비출수록 법선에 가깝게 입사) 반사가 약해 보임
입사각이 클수록 (빛이 표면을 비스듬히 비출수록 법선에서 멀어질수록) 반사가 강해 보임
Fresnel 반사 예시
물 표면 - 수면을 정면에서 볼 때 물 속이 잘 보이고 반사가 거의 없지만 수면을 비스듬하게 볼 때 (입사각이 커짐) 물 속이 잘 안 보이고 하늘이 강하게 반사됨
페인팅된 표면, 플라스틱, 고무등 - Fresnel 효과를 확인할수있음
자동차의 도색된 표면 - 정면에서는 반사가 약하지만 측면에서는 강한 반사가 나타남
나무, 돌, 피부  - 기본적으로 반사가 적지만 입사각이 커질수록 약간의 반사가 증가
금속(Metal) - 비교적 일반적인 재질보다 Fresnel 효과가 약하고 입사각이 작을 때도 반사가 강해 보임
 

VRayMtl에서 Fresnel Reflections 옵션

Fresnel reflections 활성화(기본값)
Fresnel 효과를 적용하여 물리적으로 올바른 반사를 표현합니다.
Fresnel Reflections이 활성화되면 IOR(Index of Refraction, 굴절률) 값이 Fresnel 반사의 강도를 결정합니다.

 
기본적으로 Fresnel IOR는 굴절(Refraction)의 IOR 값을 사용하며(Locked) 잠금해제하면 굴절에 독립적인 값을 설정할수있습니다(Unlock)

기본재질(VRayMtl)의 Reflect 색상을 흰색(255, 255, 255)으로 설정했을때 Fresnel IOR 값에 따라서 반사 효과 차이
IOR-1.6

 
IOR-2.2

 
IOR-3.4

 
IOR-5.2

 
 

1.0에 가까울수록 거의 반사가 없음(공기 같은 재질)
값이 낮을때 투명하고 반사가 약한 재질 또는 적절한 반사(물, 플라스틱, 유리등)
값이 높을때  반사가 강한 재질(금속)

유리- Fresnel 반사 활성화, IOR ≈ 1.5
물- Fresnel 반사 활성화, IOR ≈ 1.33
플라스틱- Fresnel 반사 활성화, IOR ≈ 1.45
금속- Fresnel 반사 비활성화 또는 Fresnel 반사 활성화, IOR을 매우 높게 설정
VRayMtl에서 Fresnel reflections을 비활성화하거나 매우 높은 IOR(10~20) 값을 설정하면 금속 느낌을 표현 가능

Fresnel reflections 비활성화
Reflection 값에 따라서 전체적으로 일정한 반사 효과를 표현합니다.
예를들어 일반적인 경우 또는 금속, 특수한 재질을 표현할 때 사용할수있습니다.
거울
거울 재질은 Fresnel reflections을 비활성화하는 것이 일반적입니다.
거울 표면은 모든 각도에서 거의 동일한 반사율을 가지므로 Fresnel 효과를 적용할 필요가 없습니다. 만약 활성화하면 정면에서 반사가 줄어드는 효과가 생기는데 현실적인 거울은 정면에서도 강한 반사를 유지해야 하기 때문입니다.

거울 설정 방법 (VRayMtl)
Diffuse 색상 - 검정색 (반사를 제외한 빛을 흡수)
Reflection 색상 -  흰색 (RGB 255, 255, 255)
Fresnel reflections - 비활성화 (체크 해제)
Glossiness - 1.0(선명한 반사)

 

https://shanesimmsart.wordpress.com/2021/01/04/fresnel-reflection/

https://www.scratchapixel.com/lessons/3d-basic-rendering/introduction-to-shading/reflection-refraction-fresnel.html