Dünnfilm-Shader

Dünnfilm-Shader

Allgemeines

Schillernde Seifenblasen (hier mit variierender Dicke) oder Antireflexbeschichtungen (beachten Sie hier den Fingerabdruck, der seinerseits ein Dünnfilm ist) auf Linsen sind ein Leichtes für den Dünnfilm-Shader.

Sicherlich haben Sie sich schon gefragt, warum z.B. Seifenblasen, Ölfilme auf Wasser, Perlmutt etc. in allen Farben des Spektrums schillern. Der Grund ist ein spezieller, physikalischer Effekt, den man als Dünnfilm- oder auch Interferenzeffekt bezeichnet. Dieser Effekt tritt überall dort auf, wo es sehr dünne, transparente Schichten mit einer ungefähren Dicke in den Dimensionen der Wellenlänge des sichtbaren Lichts (um 500 nm herum) gibt. Das Licht wird dabei von Vorder- und Rückseite des Films reflektiert:

Die beiden reflektierten Lichtstrahlen liegen praktisch übereinander und interferieren daher.

Die beiden reflektierten Strahlen überlagern sich ("interferieren") und aufgrund eines Gangunterschiedes zwischen beiden kommt es zu Verstärkungen und Schwächungen der Welle, vereinfacht gesagt: zu Farbänderungen.

Diese Farbänderungen hängen primär von diesen Eigenschaften ab:

• der Wellenlänge des reflektierten Lichts, oder anders gesagt von der Lichtfarbe.
• dem Blickwinkel.
• Dicke des Dünnfilms.
• dem Brechungsindex.

Schon kleine Änderungen an diesen Eigenschaften führen zu großen Änderungen am gerenderten Ergebnis.

Der Dünnfilm-Shader arbeitet übrigens, wenn Sie ihn verwenden, wie im Folgenden beschrieben, physikalisch korrekt, d.h. wollen Sie Ergebnisse wie in der Realität, müssen Sie auch Lichtverhältnisse wie in der Realität schaffen (z.B. durch Verwendung des Physikalischen Himmels, leuchtenden Reflektoren).

Anwendung

Der Dünnfilm-Shader kann – wie von allen Shadern gewohnt – in sämtliche Materialkanäle geladen werden, arbeitet physikalisch korrekt jedoch nur, wenn Sie ihn im Reflektivitätskanal in einer oben liegenden Spiegelungsebene (vorzugsweise vom Typ Beckmann oder GGX) im Untertab "Ebene: Farbe" bei Textur unterbringen. Glanzlichtebenen sollten deaktiviert werden.

Für Seifenblasen gilt darüber hinaus: aktivierten Sie zusätzlich den Materialkanal "Transparenz" und schalten dort die Option Additiv an.

Laden Sie folgende Szene für ein Beispiel-Setup:

Allgemein gilt: damit der Effekt gut zur Geltung kommt, sollen Sie dafür sorgen, dass auch geeignete Spiegel-Objekte vorhanden sind; es bieten sich hierbei HDRI-Texturen auf einem Himmel-Objekt oder Ebenen mit leuchtendem Material an.