使用AI做UI设计系列教程:效果、外观面板和质感表现(中)

2014/04/19 17617

@张泊宁研究所 :嗯,又到了教程时间了。本次教程继续进行关于使用 Illustrator 做质感表现的一些知识。在上一篇教程《使用 Adobe Illustrator 做 UI 设计——效果、外观面板和质感表现(上)》里,曾提到说后面的教程要剖析一个浏览器图标的质感表现是怎样做到的。不过,知其然不如知其所以然。不仅希望让大家知道,如何用 AI 来表现质感,更希望让大家知道为什么要这样做。所以,这一回的内容主要是介绍质感表现的一些基础知识,了解一些生活中常见物体所用的材质特性。关于 AI 本身功能的介绍就相对于前几篇少一些,主要以知识介绍为主,所以这应该是一篇比较轻松的教程。如果用过一些三维设计软件的话,下面的内容应该比较容易理解。

小课堂系列:
《使用 Adobe Illustrator 做 UI 设计——多重填充与多重描边》
《小课堂第二弹!使用ILLUSTRATOR做UI设计系列教程》
《小课堂第三弹!使用ILLUSTRATOR做UI设计系列教程》
《小课堂第四弹:使用ILLUSTRATOR做UI设计系列教程》
《使用ILLUSTRATOR做UI设计系列教程:创建内阴影效果(5)》
《使用AI做UI设计系列教程:效果、外观面板和质感表现(上)》

好了,不多说了,开始正文。

1. 生活中常见材质和他们的特性

在说到材质前,首先要明白的是,为什么我们能够看到东西。我们之所以能看到东西,是因为太阳、电灯这样的光源所发射出来的光线,打到物体上,发生了类似反射、折射、散射这样的光学现象后,最终到达我们眼睛里的视网膜,视网膜上的两种视神经细胞受到光线的刺激后,产生红绿蓝三种彩色电信号(在光线较强时为主)和灰度电信号(在光线较弱时)由视神经传达到大脑,产生视觉。所以说,产生视觉的两大因素是光源和物体;没有光源就没有光线产生,没有物体光就不会由于发生光学现象进入到我们的眼睛里。

生活中,我们能看到每个物体都带有不同的材质。比如虽然都是白色,但白色的墙面和白色的洗衣机看起来却不一样。产生这种现象的原因是因为不同的物体,由于表面凹凸、纹理的细微不同和物质本身的物理光学特性不同,光线与之交互时所发生的光学现象不同,导致了我们看到的物体虽然可能都是一种颜色,但却给人不同的材质感。

在本次教程中,我们先归纳总结材质的物理特性。日常生活中的材质多种多样,不过根据我个人的经验,绝大多数材质(不是全部)可以归纳为以下六种材质,或这六种材质之间的组合:

effect-panel-texture-features-2

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以上的图片就是六种不同材质的物体在不同环境下的表现(由计算机模拟生成),下面逐一介绍这些材质的物理特性。从左到右,从前到后:

最前面的左数第一个物体的材质是生活中最常见到的材质。在生活中,绝大多数物体的表面在微观上并不是十分光滑,或者表层物质有较强的散射特性,因此光线在打到这些物体的表面后,被反射、散射到了各个方向上,这种现象称之为「漫反射」。原理大致如图:

effect-panel-texture-features-2

类似这样的物体最典型的就是未抛光的石膏,纸张、墙面这些。观察上面给出的四张材质对比图片,可以看到这样的材质有以下几个视觉特性:

  • 物体在单一平行光源照射下(典型的平行光源是日光),物体显出本身的颜色、图案纹理。并在光源照射下,不同部分大致形成了亮面(直接受光源照射)、灰面(光源与表面有一些角度)、暗面(光源不能直接照射到),之间过渡平滑、柔和。
  • 物体的灰面、暗面稍受周围物体反光以及环境光的影响。例如物体暗部靠近地面的部分可能会比周围稍亮一些,就是因为物体接受到了地面的反光(学过素描的都知道这点吧 = =)。看示例材质图的例子可能会留意到,物体也受天光等环境光的影响,所以看上去稍蓝一些。如果仔细观察生活中的一些露天物体,在晴好的天气下,会发现物体的暗面、灰面或被阴影遮蔽的物体看上去会稍带一些蓝色,是因为反射了天光的缘故。

第一排左二就是常见的镜面金属材质了。由于这样的材质,即使从微观上看,表面依然比较光滑,并且几乎没有散射特征。光线打到这样的表面上后,绝大多数会沿按入射方向法线对称的角度反射出,因此看上去有这些视觉特征:

  • 物体表面的颜色受周围环境影响很大。由于发生镜面反射,会在物体表面形成周围环境的镜像。如果表面不平整,镜像会发生畸变变形。
  • 物体表面在光线照射下,不会像漫反射表面物体那样形成亮面、灰面、暗面。光源会经反射后,直接形成一个物体表面上的清晰虚像。
  • 由于一些金属对不同波长(频率)的光线反射率不同,因此像铜、金、锌等金属会带有颜色。例如由于金对波长短的光线(蓝紫光部分)吸收较多,对波长较长的光线(红黄光)反射较多,因此会带有金黄色。

第一排第三个的材质也是生活中较为常见的,即「玻璃」材质。「玻璃」材质不仅仅包含玻璃,还包括类似聚乙烯塑料、钻石这样的材质,甚至水也可以看作是「玻璃」材质,因此在这里「玻璃」材质打上了引号。「玻璃」材质的特点可以归纳如下:

  • 光线在打到「玻璃」材质表面时,大部分光线会进入表面内部,然后从另一面射出。所以「玻璃」材质是透明的,我们从这边观看可以透过玻璃材质看到另一边的东西。
  • 但由于现实生活中的「玻璃」不是完美的,并且由于全反射现象,总有一些光线打到「玻璃」表面后,没有进入「玻璃」内部,被「玻璃」表面反射或发生全反射现象。并且,由于通常「玻璃」表面较为光滑,「玻璃」表面的反射类似镜面反射。因此,观看「玻璃」材质物体时,除了能够透过「玻璃」看到另一边的物体外,还可以看到「玻璃」器物表面会略带一些周围环境的镜像。并且与表面视角越大,「玻璃」上的镜像就越醒目,这是由于视角越大,全反射现象越明显。
  • 光线在由一种透明介质进入另一种透明介质时,在界面处光线方向会发生偏折,形成折射现象。光线入射角越大,折射现象就越明显。故观看弯曲「玻璃」表面时会觉得穿过「玻璃」的像变形了。折射现象是全反射现象的原因。光的折射也会导致焦散现象。并且,由于「玻璃」对不同波长的光线折射率不同,光线穿过「玻璃」后也可能发生色散、色差现象。不同的透明物体有不同的折射率,折射率越大则折射现象越明显。为什么大家普遍觉得钻石比玻璃好看?原因是钻石的折射率更大,因此看起来更晶莹剔透(全反射现象更明显),并且对着光线看起来是五彩缤纷的(色散现象更明显)。

后一排左一物体的材质,在很多白色家电上可以看到,类似的还有光滑的瓷砖、木地板等等,iPhone 4 的前、背面面板也类似这样。这种材质很像漫反射物体表面材质,不过却隐约能看到物体表面类似镜面反射那样,带有环境镜像。这通常是由于这样的物体表面实际上有两层,下面的那层材质特性类似于漫反射材质,在漫反射层上面有一个很薄的光滑、透明表层,可以令大部分光线透过这一层,照射到下面的漫反射层。不过透明层本身会将照射过来的少许光线反射回去。这样的物体材质视觉特性看起来,兼备漫反射和镜面反射的特性:

  • 和漫反射材质类似,光线打到物体上时会使物体表面不同部位形成明暗对比,并略微受环境光的影响。
  • 和镜面反射材质类似,物体表面会隐约形成周围环境的镜像,并且这个像会由于物体表面不平坦而发生畸变。

后一排左二是粗糙金属材质,类似于一些金属栏杆把手,MacBook 铝合金外壳这样的。这样的材质看起来既不像光滑金属镜面表面,又不像漫反射材质,有这些特点:

  • 和漫反射物体材质在受光源照射后,形成柔和的明暗过渡不同的是,粗糙金属材质在受光线照射后,会在对着光源处形成一个很亮的光斑,亮斑周围部分的亮度迅速衰减。
  • 亮斑大小取决于材质的粗糙程度,越粗糙亮斑越大,越细腻亮斑越小,完全光滑时表面即为镜面反射材质,亮斑变为一个小而清晰的光源镜像。
  • 亮斑较容易在表面曲率变化较大的地方「囤积」。
  • 物体材质相对于漫反射材质而言,受周围环境影响更多一些。但不会像镜面反射材质那样,形成清晰的环境镜像。

最后一个材质有些意思,因为光线打到这个材质上时,不会一下子全都反射出来,也不会一下子全进入物体内部,而是有一部分光线被表面反射出来,进入物体内部的光线则在物体内部传播,但由于物体材质的微观物理特性,传播时发生了散射现象,被散射到各个方向。有的光线散射后继续朝物体内部传播,有的光线则在散射后角度发生很大的偏折,返回射出物体表面。这样,使得一些光线虽然能够透过物体,但物体看起来不像玻璃那样晶莹剔透,而是显得里面是「混沌」的。这样的物体非常多,生活中很多有机物都有类似这样的光学特性,比如人的皮肤、蜡烛、大多数塑料、象牙、凝胶;另外,像瓷器、玉石这样的无机物也有类似特征。

举些例子说明一下,比如下图的人手,可以看到背着光线观察时会看到有光线穿透了人手内部,尤其是在手指缝这样的边缘处最明显:

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最极端点的例子是气凝胶,一种内部微观结构呈泡沫状,密度极低的固体。光线进入后会发生充分的散射:

effect-panel-texture-features-2

再同上面给出的材质案例,可以归纳这样的材质的视觉特点:

  • 背对光源观看时,相对于漫反射材质来说,这样的材质在光源照射下,明暗面过渡更加柔和,明暗对比更不显著。并且物体边角处较暗,是因为光线打在边角处更容易穿透材质射出。
  • 迎着光源观看时,可看到边角处更亮一些,原因同上,边角处打过来的光线更容易透过物体,被后面的人看到。
  • 物体内部对不同波长的光线散射、吸收能力不同。如人手内部的皮肤、肌肉组织会令红色光线更容易透过,光线通过气凝胶内部时则会发生瑞利散射显现出蓝光(天空是蓝色的原因与之类似)。

这六种差不多就是生活中最常见的材质了。知道关于材质的基本知识后,下面,根据上面这些,简单说一下用 AI 怎么表现这样的材质。这里以最简单的两个材质——漫反射材质和粗糙金属材质来说明:

effect-panel-texture-features-2

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上面的是漫反射材质的球体,下面的是粗糙金属材质的(是的,如果周围没有别的物体,背景不太亮,只有一个光源,看起来差不多就是这个样子的)。

用 AI 画出上面的漫反射材质球用了两个矢量对象,一个矢量对象是球体本身,另一个矢量对象是阴影。球体本身就是一个简单的正圆了,阴影是一个旋转后的椭圆。

球体本身是这样表现的:有两个填充层,填充颜色均为径向渐变。下面的一层表现主体的明暗效果,上面的一层表现被地面反射的光线略微照亮的效果:

effect-panel-texture-features-2

effect-panel-texture-features-2

阴影依然是靠一个径向渐变来实现的,并加了一个高斯模糊,来更准确模拟阴影的层次感:

effect-panel-texture-features-2

在这里要说一句,AI 中,使物体边缘「模糊」的方法有两个外观效果:一个是羽化,一个是高斯模糊。如果要是希望模拟阴影效果的话,除非有特殊原因,应始终使用高斯模糊效果。因为高斯模糊效果要比羽化的那种线性过渡效果,模拟阴影来的更真实一些。

上面是漫反射材质的表现手法,再说一下粗糙金属材质如何用 AI 表现,其实大同小异。不过,这回需要三个矢量对象,分别表现球体本身、高光「光斑」和阴影:

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高光光斑是一个纯白色,旋转后的椭圆,加了一个高斯模糊效果。阴影部分和漫反射材质球体的阴影一致。这些很简单。球体部分和漫反射球体类似,依然是用两个填色层来表示,一个填色层为球体的主体颜色,一个填色层模拟地面反光:

effect-panel-texture-features-2

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球体主体颜色需要较漫反射材质球体的要更暗一些,并且明暗变化要更小;地面反光要较漫反射球体材质更亮一些。

以上就是不同材质的特性和用 AI 来表现材质的基础知识。用今天的内容差不多就这些了,希望大家学习愉快~

 

原文地址:zhangboning.me
作者:@张泊宁研究所

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