Hemali Tanna 

Rendering and Shading – Final Project 

For the Final Project I chose to shade and render a tree face I have modeled. Reason for choosing this project is that my research in the course would help my thesis which involves study of anthropomorphism and developing a character of a tree woman, the artistic style being surreal. I also wanted to create something different and beautiful looking that exhibited my artistic as well as technical skills to present in my demo reel. 

I first developed some concept art for my face to study how I could blend a human side of a face with a fantasy tree side. Here are some concept art works.  

 

From these sketches I observed it helped my tree character if I placed the tree contours and rings to confirm with facial contours and lines. Because of these reasons, I made a decision to manually paint this area of my model. This required me to UV layout my model, so I can be sure of what I color and displacement I am assigning to my model at any particular point. Laying out UVs for this model was quite challenging and time consuming considering the twisted and overlapping branches, but completely worth the effort.   

I was particular about laying out the uvs of the facial area and the origin of branches (these were aimed to look like hair tufts) correctly. I had plans to shade the branches midway to end procedurally as it would save me time in the UV layout process. So I let the parts where the branches forked as the uvs were laid out from the camera view. This left seams even when I shaded that portion of the branches procedurally (my procedural shader also made use of u and v expressions). I solved the problem in a unique way which I will explain later. This shows that uv unwrapping would have been necessary even if I shaded the model entirely procedurally if I were making use of uv or st co‐ordinates in my shader.   Here is an image of the initial UV map and a checker pattern test on my model. 

 

 

 

Creating the tree contours through plain programming, according to me would require very superior mathematical skills, and many many hours.  In my view it would be justified to spend that time and effort if one wanted a colony of tree faces and were satisfied with the changes in the shapes of the contours through change of parameters used. For me, this project and tree face is a unique individualistic expression of my art, and I like the fact that even though my shader would be replicable in terms of network, it would take a fine artist to paint the textures to achieve the result similar to mine. There are many studios such as Walt Disney who paint 90 percent of their textures.  

To ensure that I have a base map to where my painted lines should follow I first painted reference lines directly on the maya model, using the maya paint 3d tool. You need to create a filename where the painted textures are saved. It is done using the assign/Edit Textures button in the tool. Now I have an image file which has reference lines and where they fall in my uv layout, which I can use as a reference layer in photoshop. 

 

 

Reference lines painted with Maya 3d Paint tool 

 

The painted reference lines automatically saved over the UV map. 

 

 

When the uvs were disjointed, even procedural shaders looked disjointed. Look at the example: 

 

To fix that, I performed a move and sew uv edges on broken pieces not caring about squares of checkers all I wanted to get rid of was the seams. I made sure the uvs of the parts I had already painted did not move. Here below is the revised uv layout. 

 

The Tree Shader: 

 

 

Here now, I shall explain my compiled shader. 

Even though I built the shader as a whole, it would be easy to understand how it works if we break it down. 

I will begin by explaining my procedural branch shader. I apply it to the entire tree body, and the painted part is overlaid over this procedural shader with an appropriate opacity map, we do it here in Blend Node 2. 

The procedural branch shader: The branches outer surface network 

 

This outer color is built in with a Blend Node1 in the diagram. The mode has two layers. The lower layer is the color obtained by tiling a seamless texture map.  

 

Lower Layer 

The upper layer is a plain brownish golden color chosen from color picker. Now the blend node is linked to a transparency, according to which the upper layer blends with the lower layer. Here I use this particular image file for driving the transparency. 

 

Transparency map that drives Blend 1 node. 

 

 

The procedural branch shader: The branches opacity network 

I first create a uv black and white ramp and repeat it 100 times in u and v direction to get the transparent swirls. I use it with an opacity map to prevent the face and hairl line from getting the transparent swirls. 

 

 

The ramp used to achieve the transparent swirls. 

 

 

 

 

Branches when Color surface shader is not double sided 

This is how it looked after adding the opacity map. I then decided I wanted to even shade the back side of the branches, the inner surface, so that it is seen through the transparency. This is how it looked after making it double sided. 

 

Branches when Color surface shader is double sided 

So I made the shader double sided using a Maya sampler info node, and a condition node. These are very useful Maya node that can be used to generate numerous shading effects. A condition node is used like an if – else statement in programming.  

 

The condition node that is used to make shader double sided 

 

Shader network when condition node is detached. 

In my shader I link the flipped normals parameter of the sampler info to the first term of the condition node. Thus if the normal at the point faces the camera the condition is met. The back side of the surface, since the normal would be facing away from the camera the condition won’t be met. So I specified a 

condition that if it faces normal faces the camera shade it using the surface colors derived from the BlendNode 1, otherwise use the dark golden brown ramp color. This way when I use transparency on my branches, I can even see the back side of the branches that makes it look very interesting and detailed beautifully. 

Thus let’s remember the condition node 3 has the information of branches color, inside and outside. 

Painted color map for tree face 

Now I made another Blend Node, Blend node 2. In this the lower layer gets color from the condition node 3 which I just explained earlier has color information of branches. The top layer has my painted color map. I also use a painted map to drive the opacity of Blend Node 2 so the branches area doesn’t get the painted color, and rather retains the information from the condition node. 

 

Diffuse Skin Color Map 

 

Branches Opacity Map – This opacity map is used to blend the diffuse color map over the procedural shader on the model in Blend node 2.  

The blend node 2 drives the color of the final compiled shader that is applied to the tree face. Lets call it the treeShader. 

 

Displacement Map: Used to create bumps and depths in the tree wood surface. This map is 

applied to the final compiled treeShader. 

 

Here are the results of the bump map. 

 

 

 

Possibility of replacing Painted with procedural 

The entire skin on the face and the branches is rendered using just a single shader, part of which is painted and part of which is procedural, which is very unique. The painted part could be replaced by a procedural shading method, still retaining the original shader network. Here’s an example where I have done just that. I replaced the texture map in my network with a maya node that allows me to import an slo file. The slo file I used is compiled so that displacement of surface point P happens according to the following noise function:  noise(noise(step * P)) 

 

 

Sub Surface Scattering: 

To add life to the skin of the tree face I used sub surface scattering. In my tree shader, I added an extra renderman sub surface scatter attribute. These are the values I used for. 

 

These are my results from the sub surface scattering. I observed more life in the face after the use of sub surface scattering. 

 

Face without sub surface scattering

 

Face with sub surface scattering 

Falling flowers changing colors: 

The falling flowers in the animation change colors based on the camera facing angle. For this effect I used Maya’s sampler info node.  

Here’s the shader network for the procedurally shaded color changing flowers. 

 

The sampler info node has a parameter within it, called the facing ratio, which basically is determined how straight or angled the vector of the camera view is at a specific point.  

When the camera faces the point straight on the facing ratio is 0, and when the camera is hardly facing the point, the facing ratio is around 1. Thus the facing ratio can vary from 0 to 1. 

Coincidently when we create a uv ramp, the color values of the ramp also vary from 0 to 1; 0 being black, 1 being white.  

The camera can thus interpolate between values 0 to 1 and drive the ramp colors similarly. I then design the ramp colors to influence the colors of two crater nodes ( a planet surface like 2d node in maya) between pink and yellow. Thus in my scene the flowers change colors from pink to yellow depending on the cameras facing angle to the point on the flower.  

 

Leaf Eye Lash Shader: 

 

Here a base green color layer is combined with a s=serrated leaf shaped transparency color layer, which has no specular reflection, thus giving the eyelashes a serrated leaf shape. The eyeball shader is painted. 

 

Some experiments with the branches shading: 

 

This mystic look is created by building the tree shader entirely differently using a layered shader node. The different layers are multiplied with each other suing different opacities. 

 

 

The one above is achieved by using checkers for transparent, tiled just 4 times in u direction and 80 times in V direction. 

 

The above is achieved by using a grid 2d node for transparency. The backside color of the branches double sided shader is pink. I was going for ribbons on hair. 

 

Here I used just plain colors for branches without transparency, to make it resemble like painted wood. 

 

 

In the above shader a volume noise is applied for transparency directly to the treeShader.