Vray руководство пользователя

Введение

Среди современных рендер-программ для 3ds max VRay пользуется наибольшей популярностью. Нисколько не преувеличивая можно сказать, что VRay популярен настолько, насколько все остальные рендеры — mental ray, finalRender и brasil r/s вместе взятые. Этот факт тем более удивителен и замечателен, что алгоритм и ядро программы разрабатывались всего несколькими людьми.

Популярность этой программы имеет самые веские причины. Во-первых, VRay использует в расчетах передовые вычислительные методы — он построен исключительно и полностью на основе метода Монте-Карло. В этом отношении, пожалуй, VRay можно использовать в качестве демонстрационной программы для метода Монте-Карло. Но кроме этого, VRay обладает целым рядом интересных инновационных технологических решений, обеспечивающих ему дополнительное преимущество в качестве и скорости расчетов. Данная статья преследует своей целью рассказать об основных внутренних механизмах расчетов VRay и предложить некоторые методы их эффективного использования.

Основные принципы

Основной задачей любой программы рендеринга является вычисление освещенности и цвета произвольной точки трехмерной сцены. Задача эта очень непроста. Вычислительные методы компьютерной графики проделали довольно длинный путь эволюционного развития, прежде чем достигли современного уровня фотореалистичности синтезированных на компьютере изображений.

Первое, что научились считать — это освещенность объектов от источников света, находящихся в прямой видимости, когда объект и источник можно соединить прямой линией. Венцом этой модели расчетов стала модель освещения Фонга и модель затенения Фонга, которые позволили выполнять сглаживание цвета полигонов поверхности и вычислять зеркальные подсветки для нее. Эта модель освещения, а также ее модификации (Ламберт, Блинн, Торрент, Ward и другие) и сейчас являются основой для расчета прямой освещенности, правда, с некоторыми дополнениями. Одно из важнейших уточнений — учет пространственных размеров источника света, позволяет получать мягкие края у теней объектов. Другое дополнение относится к определению затухания интенсивности света с расстоянием. В частности, в физически корректных расчетах освещенности используется закон квадратичного затухания интенсивности распространяющегося луча света от расстояния.

Вторая компонента освещенности объектов определяется зеркальным (или близким к зеркальным) отражением от окружения и прозрачностью самого объекта. Для ее вычисления был разработан метод трассировки лучей — ray tracing method. Этот метод отслеживает траектории лучей света, начиная от камеры, до первой поверхности пересечения и затем — в зависимости от прозрачности или отражающих свойств поверхности, определяется направление дальнейшего распространения луча. Метод трассировки лучей от камеры впервые позволил учесть в расчетах освещенности объекта его окружение и был более эффективен, чем отслеживание лучей от источников света, поскольку обрабатывал только достигающие камеру лучи. Одним из недостатков классического метода трассировки лучей является «жесткость» получаемого изображения — излишняя четкость контуров, теней, цветов. Поэтому в дальнейшем была разработана модификация, известная как distribution ray tracing (DRT). Суть DRT в том, что при каждом пересечении трассируемого луча с поверхностями вдоль его траектории, из каждой точки пересечения строится не один, а несколько лучей. Этот процесс несколько напоминает цепную реакцию. Такой подход позволил рассчитывать размытые отражения и преломления (известные также как fuzzy, blurry или glossy отражения и преломления), но за счет огромного увеличения объема расчетов. Модель DRT реализована в свойствах отражений и преломлений материалов VRay при помощи параметра Glossy. Из-за высокой стоимости расчетов DRT, медленность расчета glossy-материалов VRay стала «притчей во языцех».

Третья компонента освещенности объекта рассчитывает многократные диффузные переотражения света окружающими объектами. Самым первым способом расчета вторичной диффузной освещенности был radiosity, который, хотя и используется до сих пор, в силу ряда присущих ему недостатков уступил место двум более прогрессивным алгоритмам расчета — методу Монте-Карло и методу фотонных карт. Метод фотонных карт создает для каждой поверхности объекта сцены базу данных, в которой хранится информация о столкновениях «фотонов» с поверхностью — координаты столкновения, направление и энергия фотона. Под фотоном понимается порция энергии освещения, распространяющейся в некотором направлении от данного источника света. Плотность фотонной карты используется в дальнейших расчетах для оценки освещенности точки в результате диффузного рассеяния света на поверхностях окружения. Все рендеры, использующие метод фотонных карт, выполняют расчет освещенности за два прохода. На первом проходе выполняется трассировка фотонов от источников света до поверхностей, и создаются фотонные карты для них. На втором проходе выполняется обратная трассировка лучей от камеры, а фотонные карты используются для расчета диффузной освещенности точек пересечения лучей обратной трассировки с поверхностями.

Четвертая компонента освещенности занимается специальным случаем освещенности — рассчитывает световые эффекты, возникающие в результате фокусировки из-за преломлений или отражений лучей света в некоторой области поверхности. Эти эффекты получили название caustic-эффектов освещения, а прекрасным иллюстрирующим примером «из жизни» может служить линза, фокусирующая солнечный свет на поверхности объекта. Расчет caustic-эффектов освещения может быть выполнен методом фотонных карт, но при этом требуется локальная фотонная карта очень высокой плотности. Поэтому такие фотонные карты создаются отдельно при возникновении необходимости.

Подводя черту под вышесказанными, можно утверждать, что современный уровень развития вычислительных методов компьютерной графики позволяет рассчитывать освещенность произвольной точки трехмерной сцены как сумму четырех компонент: прямой освещенности, зеркальных преломлений и отражений, вторичных диффузных отражений и caustic-эффектов освещения.

Для совершенно точного расчета всего света, падающего на данную точку поверхности, требуется просуммировать лучи света, приходящие в нее со всех направлений. Это приводит к необходимости интегрирования освещенности по полусфере, окружающей точку, если она принадлежит непрозрачной поверхности, или — по сфере, если поверхность является еще и прозрачной. Для построения интегралов освещенности в компьютерной графике используются функции, описывающие все четыре компоненты освещения — функции источников света, функции свойств зеркального (идеального) отражения/преломления поверхности и функции диффузного отражения поверхности. Последние два вида функций часто объединяют в одну, получившую название BRDF — Bidirectional Reflectance/Refractance Distribution Function (двунаправленная функция распределения отражения/преломления). Однако точное аналитическое решение таких интегралов в большинстве случаев невозможно, поэтому для их нахождения используются различные численные методы.

Один из основных методов — метод Монте-Карло. В самом общем смысле метод Монте-Карло позволяет вычислить значение интеграла как сумму небольшого количества значений подынтегральных функций, выбранных случайным образом. Фактически, весь математический аппарат метода Монте-Карло представляет собой правила определения выбора таких значений, поскольку от этого зависит точность и скорость нахождения решений интегралов. Выбранные для расчета интеграла значения подынтегральных функций часто называют сэмплами (samples). В настоящее время метод Монте-Карло является стандартом «де-факто» для рендеров трехмерной компьютерной графики и используется очень широко — практически во всех ведущих пакетах. Тем не менее, этот метод обладает серьезным недостатком — медленной сходимостью решений. На практике это означает, что для увеличения качества расчета освещенности, например, в два раза потребуется вчетверо увеличить объем вычислений (количество сэмплов). Недостаток качества проявляется в рендере как «шум» — видимые на изображении световые пятна, зернистость и визуальные артефакты.

Метод фотонных карт разработан как альтернатива расчета вторичной диффузной освещенности методом Монте-Карло и заменяет расчет соответствующего интеграла. Такой подход имеет ряд преимуществ и недостатков. Главные преимущества фотонных карт — скорость и корректность расчетов. Недостатки связаны с большими требованиями к памяти и трудностями в обработке стыков, углов и границ поверхностей. На практике, по крайней мере сейчас используется комбинация метода Монте-Карло и фотонных карт.

Программное ядро VRay построено исключительно на методе Монте-Карло. VRay использует также и метод фотонных карт, но не как альтернативу методу Монте-Карло, (что имеет место, например, в mental ray), а как дополнение. Говоря более точно, для первого диффузного переотражения (луч света от источника падает на поверхность, отражается и попадает в точку, освещенность которой рассчитывается) в VRay используется метод Монте-Карло. Для всех диффузных переотражений, начиная со второго (луч света дважды или более отражается от других поверхностей, прежде чем достигает расчетной точки), может использоваться как метод Монте-Карло, так и метод фотонных карт. В терминологии VRay первое диффузное отражение обозначается как First diffuse bounces — первый отскок, все остальные переотражения — secondary bounces, или вторичный отскок. Такой подход довольно рационален, поскольку известно, что основную часть диффузной освещенности точки формирует именно второе отражение. Вклад остальных отражений невелик вследствие очень быстрого затухания интенсивности диффузных отражений с увеличением их количества. Таким образом, предложенное в VRay сочетание метода Монте-Карло и фотонных карт обеспечивает точность и более высокую скорость расчетов, по сравнению с конкурирующими рендер-программами.

Использование фотонных карт для расчетов переотражений гораздо более предпочтительно, поскольку позволяет быстрее получать более качественный результат. Однако, из-за того, что фотонные карты не могут работать с источниками света типа Skylight, HDRI и ограничены размером доступной памяти, при расчете освещенности открытых сцен и в некоторых других специальных случаях вместо фотонных карт часто используют все же метод Монте-Карло.

Управляющие Параметры VRay

VRay: QMC Sampler

Значения параметров этой закладки определяют сколько и какие именно сэмплы будут использованы при вычислениях любых величин, использующих метод Монте-Карло. Напомню, что практически любая величина, рассчитываемая VRay — все виды освещенности, преломления и отражения, translucency, caustic и т. д., используют этот метод. В конечном итоге, от этих настроек зависит, как скорость расчетов, так и их точность, а, следовательно, — соотношение время/качество рендера изображения.

Lock to pixels используется для устранения миганий пикселов в анимации. Если установлена галочка в chekbox напротив этого параметра, при расчете изображения используется жесткая привязка значений рассчитываемых величин к пикселам изображения с тем, чтобы эти значения были одинаковы для одних и тех же пикселов разных соседних кадров. Метод Монте-Карло имеет случайную природу, поэтому и вычисляемые раз за разом с его помощью одни и те же величины могут немного отличаться друг от друга при прочих равных условиях. Если рассчитывается статичное изображение, этот параметр можно смело выключать. Lock to pixels и увеличение сэмплов для расчета величин — два основных метода борьбы с миганиями (flickering) в анимациях, рассчитываемых при помощи VRay.

Adaptation by effect on final result (importance sampling) — техника, используемая для выбора сэмплов. При расчете интеграла освещенности методом Монте-Карло используются выбранные по некоторому случайному закону значения подынтегральных функций (сэмплы) в пределах области определения функций (полусфера над расчетной точкой для непрозрачной поверхности и сфера — для прозрачной). Интересно, что сэмплы могут иметь геометрическую интерпретацию как направления, вдоль которых вычисляются значения функций — другими словами, как испускаемые из точки лучи сэмплирования. Техника importance sampling для выбора сэмплов использует принцип важности или значимости величины конкретного сэмпла для конечного результата. Если сэмплирующий луч вдоль некоторого направления возвращает малое значение освещенности или даже ноль, дальнейшее сэплирование в этом и близких направлениях не ведется. Другой пример — для вычисления темного размытого преломления не требуется большого количества сэмплов. В любом случае, включение параметра importance sampling будет заставлять движок VRay искать и отбирать для расчетов наибольшие по значению (и поэтому — более важные для изображения) сэмплы и отбрасывать вычисление сэмплов с малыми значениями. Параметр Amount управляет тем, насколько интенсивно техника importance sampling будет использоваться при вычислениях. Нулевое значение Amount полностью отключает использование importance sampling, а при Amount = 1 каждый сэмпл будет проходить отбор. В большинстве случаев использование техники importance sampling очень благотворно сказывается на рендерах — приводит к существенному ускорению расчетов при сохранении достаточно высокого качества. Однако техника importance sampling в силу своей случайной природы может давать досадные осечки — как это ни парадоксально, иногда ее отключение может быть очень полезным, поскольку это позволяет уменьшить шум в расчетах. Таким образом, уменьшение Amount приводит к повышению качества рендера и увеличению времени расчетов. Тактика в отношении этого параметра может быть следующей — увеличивать Amount, если это не приводит к серьезному ухудшению качества изображения и уменьшать, если в рендере имеется неустранимый никакими другими средствами шум. По умолчанию Amount=1.

Adaptation by sample values (early termination) — позволяет VRay анализировать величины сэмплов и обрывать процесс сэмплирования, если эти значения приблизительно одинаковы. Другими словами, если значения сэмплов мало отличатся друг от друга, вместо дальнейшей трассировки новых сэмплов используются усредненные значения уже вычисленных сэмплов. Если сэмплы сильно отличаются по значению, берется большее их количество. Параметр Amount определяет степень применения этой техники — при Amount=0 техника вообще не используется, при Amount=1 early termination использует самое минимальное, какое только возможно, количество сэмплирующих лучей. Если требуется высокое качество расчетов, следует использовать Amount=0, но заплатить за это придется увеличением времени рендеринга. Тактика в отношении этого параметра аналогична тактике в отношении importance sampling, значение Amount по умолчанию — 0.85.

Min. samples — устанавливает минимально возможное количество сэмплов. То есть, количество сэмплов для расчета некоторой величины не может быть меньше значения этого параметра.

Noise threshold — судья, арбитр, единолично решающий, когда вычисленные значения достаточно хороши для изображения. Вычисляемое значение величины сравнивается поэтапно само с собой. Если разница больше значения Noise threshold, вычисляются дополнительные сэмплы, если разница меньше, вычисления завершаются. Очевидно, этот параметр имеет самое непосредственное влияние на качество (зашумленность) и скорость рендера. Его увеличение может сделать расчет очень быстрым и очень «шумным», уменьшение — наоборот.

Описанные выше параметры позволяют VRay динамически принимать решения о количестве сэмплов для расчета той или иной конкретной величины непосредственно в процессе расчетов. Если Amount для importance sampling и early termination имеют нулевые значения, мы получим рендер, максимально возможный для VRay по качеству. Время расчета тоже будет максимальным, а количество сэмплов будет приближаться к количеству subdivs, указываемых для GI в настройках источников света. Если Amount для importance sampling и early termination равны единице, рендер будет минимального (но это вовсе не означает — плохого) качества, время расчета тоже будет минимально возможным, а количество сэмплов будет приближаться к значению, указанному в Min. Samples. Это как бы два противоположных полюса, в пределах которых расположены все промежуточные настройки, затрачиваемое на расчет время и степень качества рендера.

Выставленные в VRay значения по умолчанию параметров Amount и Noise threshold являются довольно универсальными и пригодны в большинстве случаев, или — как стартовые значения для собственных экспериментов. Менять их следует только тогда, когда возникает настоятельная и глубоко осознанная необходимость. Не рекомендуется устанавливать в 0 значение Noise threshold — это может привести VRay к бесконечному циклу вычислений, или, что произойдет скорее всего, — к аварийному завершению работы программы.

QMC — квази Монте-Карло метод, используемый VRay, отличается от «классического» Монте-Карло как раз благодаря использованию early termination и importance sampling. Они позволяют выбирать сэмплы, что делает их «не чисто» случайными, как того требует стандартный метод М-К.

Вычисления GI (Global Illumination)

Отключить расчет прямого освещения вполне возможно, для этого нужно воспользоваться кнопкой Exclude в настройках источников света. Этот прием полезен для визуального анализа карт в «чистом виде» и влияния на них настроечных параметров. Например, исключение объектов из освещения никак не скажется на фотонной карте, поскольку она рассчитывается, если в свойствах источника установлено Generate diffuse, то есть — излучать фотоны. Расчет фотонной карты может быть отключен только там. Можно и выборочно включать/исключать объекты из фотонной карты, если в свойствах конкретных объектов убирать галочки в Receive GI и Generate GI (закладка VRay: System>Object settings).

Имеется в VRay и собственный алгоритм обратной трассировки лучей, который также является самостоятельной и независимой частью системы расчета. Часть настроек ray tracing расположена на закладках VRay: Global Switches и VRay: Image Sampler (Antialiasing), часть вынесена в параметры материалов типа VRayMtl.

Расчет третьей компоненты освещения — отраженного диффузного освещения является одним из важнейших алгоритмов VRay и тоже достаточно независим от расчета других компонентов освещенности. Основные настройки расчета GI расположены на закладках VRay: Indirect Illumination, дополнительные — разбросаны фактически по всем закладкам VRay. Мы рассмотрим большинство из них — в свое время. Расчет GI можно произвольно включать и отключать при помощи check box «On» на закладке VRay: Indirect Illumination.

Настройки расчета четвертой компоненты — caustic-эффектов освещения, расположены в VRay: Caustic и VRay: System (Object settings и Light settings).

Для расчета только Indirect Illumination VRay предлагает три основных способа:

• Direct computation;
• Irradiance map;
• фотонные карты (Global photon map).

Сразу обращает на себя внимание такая особенность расчетов, как разделение всех видов диффузных отражений на два — первый диффузный отскок (свет сначала достигает некоторой поверхности, диффузно отражается от нее только один раз и затем попадает в точку, освещенность которой рассчитывается) и все остальные отскоки (свет, который до момента попадания в расчетную точку диффузно отражается поверхностями сцены два и больше раз). Смысл такого разделения уже обсуждался выше — это связано с важностью вклада именно первого диффузного отражения (первого диффузного отскока фотона), вклады от остальных очень быстро затухают по мере увеличения числа переотражений. Для расчета этих двух видов отскоков могут быть использованы четыре различных сочетания упомянутых трех способов расчета:

• Direct computation для первого диффузного отскока и direct computation (direct+direct) или photon map (direct +photon) для остальных отскоков;
• Irradiance map для первого диффузного отскока и direct computation (irr_map+direct) или photon map для остальных отскоков (irr_map+photon).

Direct computation (DC) использует для расчета диффузной освещенности метод Монте-Карло. Другое название этого способа вычислений — brute force, что можно перевести как «грубая сила». При вычислениях direct+direct для каждой точки изображения строится полусфера единичного радиуса и выполняется сэмплирование (количество сэмплов указывается в настройке Subdivs группы First diffuse bounces>Direct computation) подынтегральной функции, основная часть которой — это диффузная часть BRDF. Сэмплирование BRDF означает случайный выбор одного из ее конкретных значений, а это равносильно выбору конкретного направления (угла) падения света. В этом направлении трассируется луч до новой точки пересечения с ближайшей поверхностью. В новой точке пересечения вычисляется ее прямое освещение (это и будет первый диффузный отскок) и для расчета более высоких отражений процесс должен повториться — построение полусферы (или сферы для прозрачной поверхности), сэмплирование в количестве subdivs группы Secondary bounces>direct computation, новая трассировка лучей и так далее до исчерпания Depth — глубины трассировки. Поскольку переотраженное диффузное освещение очень быстро затухает с возрастанием количества отражений, еще одним ограничителем на количество сэмплов и глубину трассировки, кроме Depth, выступает QMC Sampler — срабатывает importance sampling и early termination.

Вычисление при помощи «грубой силы» дает очень точное распределение полутеней в сцене (светотеневых переходов) совершенно без размытия. Но расчет выполняется очень долго. Нет, действительно — очень долго. Например, если выбрать количество Subdivs равным 50 для обоих видов отскоков, то количество сэмплов для одной точки составит 2500 лучей, а это 2500 новых точек, в каждой из которых будут трассироваться свои 2500 лучей, и каждый из них даст свои 2500 точек и так далее, пока допускают настройки QMC. Процесс очень быстро приобретает лавинообразный характер, и все это громадное количество лучей DC должен совершенно честно просчитать. Количество сэмплов вторичных отскоков у VRay по умолчанию равно одному лучу, этого оказывается вполне достаточно для хорошего качества в большинстве случаев и серьезно уменьшает количество расчетов. Кроме высокой точности светотени и медленности расчетов, недостаток DC — шум, связанный с тем, что расчеты выполняются индивидуально для каждой точки. Избежать шума можно только одним способом — поднять количество сэмплирующих лучей (Subdivs), что не самым лучшим образом скажется на времени расчетов. Поэтому, direct+direct computation используется на практике довольно редко и в основном — для reference-изображений, помогающих понять, как должен быть распределен вторичный свет в сцене (в этом случае шум не важен).

В случае использования direct +photon, трассировка из расчетной точки выполняется только до ближайших поверхностей, где рассчитываются их прямые освещенности, а освещенность от остальных отскоков оценивается из плотностей фотонных карт в точках пересечения в пределах заданного радиуса (параметр Search distance фотонной карты). Этот метод быстрее предыдущего, и может быть даже более точным при достаточно высокой плотности фотонных карт.

Существует еще один способ использования фотонных карт — для выбора (предсказания) таких направлений DC, которые обеспечивают существенный вклад в расчеты. В самом деле, зачем наугад «палить» сэмплами в окружающее пространство, если известно, по каким направлениям прилетают фотоны!? К сожалению, похоже, что VRay этот трюк не использует.

Irradiance map

Отличие расчета методом irradiance map от direct computation состоит только в том, что расчет выполняется не для всех точек изображения, а лишь для некоторых. Освещенность остальных точек интерполируется по найденной освещенности ближайших расчетных точек (метод так называемых световых градиентов) в пределах радиуса, задаваемого в параметре Interp. Samples группы First bounces>Irradiance map. Это позволяет рассчитывать освещенность только в тех местах трехмерной сцены, где это действительно необходимо — в областях резкого изменения освещенности или геометрии поверхности, и аппроксимировать цвет на равномерно освещенных плоских участках поверхностей.

Отбор точек для расчета и сохранения в irradiance map происходит поэтапно, начиная с некоторого самого низкого разрешения изображения и до максимального разрешения. Минимальное разрешение определяется параметром Min. rate, максимальное — Max. rate группы параметров First diffuse bounces>Irradiance Map, значения этих параметров являются степенями двойки. Так что значение -2 соответствует одной четвертой, а ноль — единице. Расчет irradiance map выполняется несколько раз, каждый раз все более точно, адаптивно повышая качество. Например, если Min. Rate = -3, а Max. Rate = 0, расчет irradiance map будет выполнен четыре раза: (-3, -2, -1, 0). В качестве исходного разрешения принимается разрешение рассчитываемого изображения, уменьшенное в соответствующее количество раз. Для -3 на первом проходе действительно рассчитываться будет только каждый восьмой пиксел изображения. На следующем шаге рассчитанные соседние освещенности сравниваются между собой, если отличие в освещенности точек, их нормалях или пространственная близость объектов оказываются больше некоторых пороговых величин, из каждой группы выбирается и рассчитывается дополнительный пиксел.

Пороговые значения для освещенностей (цвета) указываются в параметре Clr. thresh, для нормалей — в Nrm. thresh, для взаимного пространственного положения — в Dist. thresh. После того, как все шаги будут выполнены, результат расчета может быть сохранен в файл. Это, собственно, и есть карта освещенности — irradiance map. Из-за сохранения результатов расчета в файл, метод irradiance map еще называют кэшированием. Затем наступает очередь финального рендера на полном разрешении, при этом уже рассчитанные освещенности пикселов изображения берутся из irradiance map, а остальные интерполируются градиентами по вычисленным значениям. На этапе финального рендера могут быть вычислены дополнительно еще некоторые точки — этот процесс активизируется установками суперсэмплинга. Суперсэмплинг имеет свои пороговые величины для изменения освещенности пикселов, которые могут не совпадать с Clr. thresh, и если они меньше — будет выполняться дополнительный просчет некоторых точек.

Из последнего замечания можно сделать вывод, что установки суперсэмплинга можно упрощать на этапе настройки irradiance map для ускорения расчетов, и устанавливать для них требуемое высокое качество уже после расчета и сохранения irradiance map, непосредственно перед финальным рендером. В отличие, от direct computation, для которого настройки суперсэмплинга должны быть указаны еще до начала расчетов. Таким образом, irradiance map+photon map обладают максимальной гибкостью в отношении настроек суперсэмплинга — их можно менять без пересчета как irradiance map, так и photon map, что допускает экспериментирование «малой кровью» с настройками суперсэмплинга.

Второй практический вывод касается зависимости значений Min. rate и Max. rate от разрешения рассчитываемого изображения — при увеличении разрешения эти величины можно уменьшать и наоборот. Например, если пара значений Min. rate = -3 Max. rate = 0 хорошо работает для изображения 800×600 пикселов, то для разрешения 1200×1024 вполне можно использовать Min. rate = -4 Max. rate = -1, а для еще более высоких разрешений эти значения можно ставить еще меньше. Связано это с тем, что при увеличении разрешения увеличивается количество рассчитываемых точек — одна и та же область трехмерной сцены представляется бОльшим количеством пикселей.

Собственно расчет освещенности точек выполняется аналогично direct computation — сэмплируется полусфера, находятся точки пересечения, рассчитывается прямая освещенность, если для вторичных отскоков используется тоже direct computation — строятся новые полусферы, если фотонные карты — происходит оценка освещенности по плотности фотонов. В общем — как обычно :). Но еще одна важная особенность расчета irradiance map и first diffuse bounce в целом — то, что на этапе вычислений первого диффузного отскока происходит подключение (читай — смешивания, сложения) как прямого освещения, так и освещения secondary bounces. Такова особенность VRay. Он не хранит все компоненты освещенности по отдельности, расчет первого отскока выполняется с учетом прямого освещения и остальных переотражений и результат записывается в файл. И если прямое освещение все же не хранится самой irradiance map, его можно отключать/включать, то многократные переотражения после расчета самостоятельного значения уже не имеют. То есть, если рассчитанная с учетом фотонной карты irradiance map сохранена в файле для дальнейшего использования, то загрузку фотонной карты из файла как и расчет secondary bounces можно отключать и это никак не скажется на конечном результате. Другой пример. Рассчитаем irradiance map без secondary bounces и сохраним в файл. Рассчитаем фотонную карту и тоже запишем в файл. Если теперь при рендере для first diffuse bounce использовать irradiance map из файла, а для secondary bounces — записанную фотонную карту и посчитать освещение, то сложения освещенностей не произойдет. Мы увидим только irradiance map и прямое освещение. Эта особенность расчетов GI в VRay имеет и положительные стороны — размер irradiance map гораздо меньше размера фотонной карты. А вышеописанная особенность позволяет нам использовать только irradiance map для дальнейших расчетов, если она предварительно рассчитана с учетом фотонной карты, и забыть о многомегабайтной фотонной карте.

Метод расчета irradiance map выполняется гораздо быстрее direct computation и без потери качества изображения. Поэтому, он является основным для расчета первого диффузного отскока. Адаптивный расчет по выбираемым точкам — очень интересная находка VRay, являющаяся его существенным преимуществом. Так, расчет GI при помощи irradiance map + photon map в VRay аналогичен расчету GI в mental ray при помощи сочетания фотонных карт и final gathering. Однако, final gathering, в отличие от irradiance map, выбирает точки для расчета равномерно на основе заданного значения радиуса и без учета изменения цвета и геометрии. Поэтому, для получения сопоставимых по качеству с irradiance map результатов, final gathering должен использовать большее количество точек, а значит — выполняет расчеты медленнее.

Что касается времени расчетов, direct+direct будет самым медленным, direct+photon map и irradiance map + direct будут конкурировать по времени, irradiance map + photon map — самый быстрый способ расчета, обеспечивающий, к тому же, и высокое качество изображения в силу физической корректности принципа фотонных карт. Поэтому, именно это сочетание наиболее часто используется на практике. Но бывают исключения. Типичный пример — расчет ночного освещения с использованием фотонных карт. Поскольку фотонов мало вследствие малой интенсивности источников света (ночь же), может потребоваться очень большое время для их накопления. Другой пример — отсутствие диффузной компоненты у материалов. В этом случае расчет фотонных карт может превратиться в бесконечный процесс с нулевым результатом, поскольку фотонные карты могут быть построены только для поверхностей с ненулевыми диффузными свойствами. Еще один типичный пример — расчет открытых пространств с использованием Skylight. Впрочем, последний пример поддается «лечению» правильной настройкой источников света и карт.

Теперь немного поговорим о параметрах самих карт — irradiance и фотонных.

Фотонные карты (Photon map)

Идея фотонных карт (ФК) проста — от источника света во всех направлениях излучаются порции энергии света — «фотоны». Каждое направление отслеживается (трассируется) до столкновения с ближайшим объектом сцены и здесь моделируется «взаимодействие» фотона с поверхностью. Результат взаимодействия записывается в специальную базу данных, которая и является собственно фотонной картой. Под взаимодействием подразумевается, что фотон может поглотиться поверхностью, отразиться от нее зеркально или диффузно или пройти через прозрачную поверхность в соответствии с законом преломления или диффузно. Какое именно событие произойдет, зависит, во-первых, от свойств поверхности (диффузные, отражательные и прозрачные свойства и коэффициенты материалов), во — вторых — от результата «русской рулетки».

Русская рулетка — генератор случайных чисел, использующий сумму коэффициентов диффузного отражения, зеркального отражения и коэффициента прозрачности. Поскольку вероятность всегда нормирована к единице, сумма этих коэффициентов тоже не должна превышать единицы. Именно это обеспечивает параметр Energy preservation mode материала VRay (при этом для RGB считается, что 0-255 соответствует диапазону 0-1) и возможно именно поэтому фотонные карты в VRay можно создать только для поверхностей с материалами типа VRayMtl. Суть «русской рулетки» — чем больше значение того или иного коэффициента, тем больше вероятность, что произойдет соответствующее ему событие — поглощение, отражение или преломление.

После взаимодействия фотон трассируется по новому направлению до следующей поверхности, где все снова повторяется. Глубина трассировки задается в VRay параметром Bounces закладки VRay: Global Photon map. При достижении заданной глубины (количества взаимодействий фотона с объектами), отслеживание фотона прекращается. В фотонных картах всех поверхностей, с которыми взаимодействовал фотон, сохраняется информация о координатах столкновения, энергии фотона и его направлении прилета. Фотонная карта для поверхности создается только в том случае, если она обладает ненулевыми диффузными свойствами.

Чем больше фотонов собирается, тем точнее оценка освещенности точки. Но это «палка о двух концах» — если плотность фотонной карты мала, сбор большого количества фотонов приведет к размыванию освещенности. По умолчанию VRay использует Auto Search dist — сам ищет оптимальный радиус сбора фотонов, при этом Search dist недоступен для редактирования. Auto Search dist к применению не рекомендуется — его нужно отключать и использовать собственные значения для Search dist.

Еще одно средство в борьбе с размыванием освещенности — параметр Max. photons, определяет число собираемых фотонов, а не радиус сбора. Различие Search dist. и Max. photons состоит в том, что при установленном значении Search dist будет меняться количество реально собираемых фотонов в зависимости от плотности фотонной карты. При установленном значении Max. photons число собираемых фотонов будет неизменно, а изменяться будет радиус сбора в зависимости от плотности фотонной карты. При совместном использовании, эти параметры конкурируют между собой по принципу «кто быстрее». Если в данной точке поверхности быстрее собирается число фотонов, указанное в Max. Photons, значение радиуса сбора игнорируется. Если в пределах заданного радиуса не удается собрать заданное число фотонов, сбор прекращается, значение Max. Photons игнорируется, а число собранных фотонов определяется плотностью в заданном радиусе Search dist.

На практике обычно используется один из этих параметров — Search distance (Max. Photons выставляется в 0, что заставляет VRay игнорировать его). Однако принцип конкуренции можно использовать для того, чтобы заставить работать обе настройки в зависимости от плотности фотонной карты. Если выставить значение Max. photons равным числу фотонов, собираемых в пределах Search dist. в наименее плотных частях фотонных карт, то для областей с более высокими плотностями будет срабатывать ограничение Max. Photons, а для областей с низким значением плотности — ограничение Search distance. Это приведет к тому, что радиус сбора фотонов будет изменяться в пределах сцены в зависимости от плотности фотонных карт, что уменьшает размывание светотеневых переходов и особенно — в области средних тонов.

Хотя фотонная карта дает физически точную картину распределения света в сцене, для достижения точных результатов требуется высокая плотность фотонных карт, то есть — испускание большого их количества. К сожалению, 32-битная операционная система современных персональных компьютеров ограничивает количество доступной памяти 2 гигабайтами и для системы, и для запущенных в ней процессов, что серьезно ограничивает возможности применения фотонных карт. Когда мы все будем работать на 64-битных ОС с их 8 терабайтами на процесс, возможно все GI будет считаться только фотонами :). А пока 8-10 миллионов записей о фотонах, в зависимости от сложности сцены, являются абсолютным пределом объема фотонной карты. И опять, в VRay используется очень интересное решение, позволяющее до некоторой степени преодолеть ограничения на память.

Параметр Max. density закладки VRay: Global Photon map позволяет «сжимать» данные фотонной карты. Делается это следующим образом. Вместо того чтобы записывать всю информацию (энергия-направление-координаты, объем одной записи составляет 30 байт) о каждом фотоне в карту сначала анализируются уже имеющиеся записи. Если вблизи координат прилетевшего фотона уже имеется запись о «подходящем» фотоне, энергия нового фотона просто суммируется с энергией старой записи. Таким образом, энергия фотона «бесплатно» сохраняется в фотонной карте. Степень близости и определяется параметром Max. Density. Чем больше значение параметра, тем больше радиус, в пределах которого просматривается фотонная карта и тем больше вероятность нахождения подходящего старого фотона. Если Max. Density = 0, все фотоны сохраняются в карте: суммирование отсутствует, полностью записываются координаты, направление и энергия для каждого фотона. Если в сцене используются миллиметры в качестве единиц измерения, то значения Max. Density = 5 или 10 вполне достаточно, чтобы обработать излученные 50-100 миллионов фотонов. Остается все же один вопрос — что подразумевают разработчики под «подходящим» фотоном? Имеется ли в виду только близость координат, или учитывается также схожесть направлений и энергий фотонов?

Степень сжатия фотонной карты не лучшим образом сказывается на качестве изображения. Это следует из взаимосвязи Max. Density и Search dist. — увеличение Max. Density неизбежно приводит к увеличению радиуса сбора фотонов, то есть — к увеличению размывания светотени. Кроме того, суммирование фотонов в пределах Max. Density также приводит к размыванию деталей освещенности. Поэтому, на практике стремятся к наименьшему из возможных значений Max. Density, при котором достигается требуемая плотность фотонной карты.

Второй способ — использовать для расчета освещенности границы direct computation. Достигается указанием значения Retrace threshold — расстояния от границы, откуда начать расчет и Retrace Bounces — количество рассчитываемых отскоков, оно должно быть равным параметру Bounces фотонной карты. Этот метод требует большего времени и не всегда дает лучшие результаты. Кроме того, иногда граница все же может в результате расчетов несколько отличаться по цвету от остальной поверхности, что потребует корректировки Retrace Bounces (меньше — темнее, больше — светлее) и дополнительных расчетов. Оба способа достаточно широко используются.

Для эффективного использования фотонной карты следует иметь ввиду следующие ее основные свойства:

1. ФК не зависит от положения камеры, от разрешения изображения и от настроек антиалиасинга. Это позволяет рассчитать фотонную карту требуемой плотности один раз, сохранить ее в файл и многократно использовать и настраивать без пересчета. Например, можно использовать для настройки фотонной карты изображение низкого разрешения с низким антиалиасингом. Пересчитывать фотонную карту не нужно при изменении положения камеры или при изменении разрешения изображения. И надо пересчитывать при любых других изменениях в сцене: свойств материалов и источников света, изменении геометрии или положения объектов — всего того, что меняет освещенность в сцене.
2. Параметры Search dist. и Max. photons можно менять без пересчета фотонной карты. Это позволяет посчитать фотонную карту с требуемой плотностью один раз, сохранить ее в файл, потом менять эти параметры и выполнять рендер с загрузкой фотонной карты из файла. Очень удобно для настройки фотонной карты. Почему это возможно — понятно, Search dist. и Max. photons всего лишь определяют количество фотонов для оценки освещенности и ничего не меняют в самой фотонной карте.
3. Количество излучаемых фотонов задается в свойствах источников света на закладке VRay Systems>Lights settings включением галочки Generate diffuse и указанием Diffuse subdivs. Максимальное количество излучаемых фотонов будет определяться квадратом количества subdivs, а истинное — игрой пороговых параметров QMC. Для расчета фотонных карт необходимо также, чтобы в свойствах объектов Object settings той же закладки были выставлены галочки для Generate GI и Receive GI.
4. Фотонная карта может быть рассчитана только для материалов типа VRay Mtl. С другими типами материалов ФК не работает.
5. Фотонная карта не работает с источником света типа SkyLight и с HDRI. Расчет освещения от SkyLight и HDRI может быть выполнен только irradiance map или direct computation.
6. Фотонная карта в VRay предназначена только для расчета освещенности от многократных переотражений света, начиная со второго и выше. Она не предназначена для расчета первого диффузного отскока, то есть — освещенности от первого диффузного отражения. Наличие включения фотонной карты для расчета первого отскока закладки VRay: Indirect Illumination обусловлено только целями настройки самой фотонной карты.
7. Удивительно, но факт — величина Bounces фотонной карты незначительно влияет на количество взаимодействий фотонов с поверхностями (и на объем фотонной карты). Такая зависимость определенно должна быть сильнее — чем дольше прослеживается путь фотона, тем больше событий мы должны наблюдать. Возможно, сказывается влияние настроек QMC Sampler. Зато, как показывает практика, на объем фиксируемых в фотонной карте событий очень существенно влияет параметр Multiplier для Secondary bounces закладки VRay: Indirect illumination (GI). Эти два свойства следует учитывать при планировании плотности фотонной карты.
8. Включение/отключение Convex hull area estimate, Store direct light и Convert to irradiance map требует пересчета фотонной карты.

Irradiance Map

Interpolation type — способ интерполяции освещенности нерассчитываемых точек по освещенности рассчитанных. В самом простом случае освещенность точки интерполируется по рассчитанной освещенности ближайших точек в количестве, указываемом в Calc. Pass interpolation samples. Освещенности суммируются с весовыми коэффициентами, зависящими от расстояния и направления нормалей. Имеется всего 4 типа интерполяции (4 разных способа вычисления весовых коэффициентов), из них три типа связаны с размыванием — Weighted average, Least squares fit, Least squares with Voronoi weights и один тип без размывания — Delone triangulation. По умолчанию VRay использует Least squares fit, если нужен тип интерполяции без размывания — применяется Delone triangulation, что обеспечивает более точное и четкое изображение. Однако этот тип интерполяции требует увеличения количества subdivs irradiance map, поскольку из-за отсутствия размывания шум в изображении не сглаживается.

Sample lookup — способ выбора точек с рассчитанной освещенностью для интерполяции освещенности данной точки. Представлено три типа, самый простой — Nearest, подбирает подряд, все, что близко лежит к данной точке. Второй способ — Nearest quad-balanced, делит область вблизи точки на четыре части и пытается взять из каждой части одинаковое количество сэмплов, что часто приводит к использованию не самых лучших для интерполяции сэмплов (слишком удаленных). Третий способ требует дополнительного шага для предварительной обработки, но работает чуть ли не быстрее всех остальных — Precalculated overlapping. Требует дополнительного расчета так называемых «радиусов влияния» для каждой рассчитанной освещенности. Такие радиусы влияния будут больше там, где плотность irradiance map меньше и наоборот. Затем, при рендере освещенность точки интерполируется только по тем точкам, в списках «радиусов влияния» которых имеется эта точка. Метод обеспечивает наивысшее качество.

Randomize samples — параметр, дополнительно влияющий на выбор точек на этапе расчета освещенности direct computation. Если галочка установлена, делает выбор не регулярно расположенные относительно друг друга точки, а так, чтобы обеспечить некоторую случайность их взаимного положения. Благотворно влияет на подавление некоторых видов алиасинга, в частности — муара.

Check sample visibility — при включении этого параметра интерполяция осуществляется с учетом взаимной видимости точек. Позволяет избежать «просачивания» света через тонкие стены.

В руководстве пользователя к VRay имеется галерея примеров, наглядно и достаточно полно демонстрирующая влияние каждого из вышеописанных параметров на irradiance map и конечное изображение. Рекомендую.

Mode — различные режимы использования irradiance map. Bucket полезен при сетевом рендеринге, поскольку для каждого bucket создается своя irradiance map. Требует дополнительных расчетов (времени) для границ bucket, один из способов ускорить расчет — увеличивать размер bucket. Single frame — карта рассчитывается гораздо быстрее и сразу для всего изображения, но только при помощи одного компьютера. Остальные режимы предназначены для повторного использования рассчитанной irradiance map при изменении положения камеры (Incremental add to current map) или даже для анимации (Multiframe incremental) — карта будет считаться не целиком, а досчитывать только недостающие точки.

Несмотря на то, что irradiance map менее гибка, чем photon map и практически любое изменение настроек или параметров сцены требует ее пересчета, затраты могут быть минимизированы за счет различных режимов Mode. Irradiance map не нужно пересчитывать при изменении настроек antialiasing и при настройке Color mapping.

Что касается настроек пороговых величин для параметров отбора точек — Clr. thresh, Nrm. Thresh и Dist. thresh, то поскольку VRay использует некоторые абстрактные величины (Generic units) их значения довольно трудно связать с реальными единицами изменения цвета, углов нормалей или расстояний. Спасает только наличие Irradiance map preset для рендеров с различными степенями качества. Выбрав из списка подходящий набор настроек, их можно использовать как отправную точку для собственных настроек пороговых величин.

Учитывая все вышесказанное, можно предложить следующий метод расчета освещенности трехмерной сцены при помощи VRay.

1. Постановка прямого освещения. Выбираются такие типы и количество источников света, чтобы они максимально соответствовали поставленным условиям, в частности — требованию реалистичности освещения. Затем, для света настраивается только прямое освещение регулированием настроек источников света — multiplier, color и других. На этом этапе все другие типы освещения (GI) отключаются. Правильно настроенное прямое освещение — залог хорошего рендера, поскольку именно прямое освещение является основным, определяющим.
2. Настройка и расчет фотонной карты с сохранением в файл.
3. Настройка и расчет irradiance map для first diffuse bounce совместно с подгружаемой из файла фотонной картой для secondary bounces. После настройки — сохранение рассчитанной irradiance map в файл.
4. Финальный рендеринг с тонкой настройкой светового баланса при помощи VRay: Color mapping и выбором необходимого уровня антиалиасинга. На этом этапе используется настроенная irradiance map из файла.

В следующей статье будет подробно рассмотрен пример настройки расчета освещенности конкретной сцены в соответствии с приведенной схемой.

До встречи!

Вторичное освещение
(GI)/Расширенные параметры карты
свечения

VRay
применяет два метода для расчетов глобального
освежения — Прямое Вычисление (Direct
Computation) и Карта свечения (Irradiance
Map). Прямое Вычисление это простой алгоритм,
который трассирует все лучи необходимые для
расчета GI, это позволяет получить очень точные
результаты, правда за счет долгого процесса
вычислений. Карта свечения это алгоритм
использующий сложную технологию кэширования,
получаемый результат менее точен, но вычисляется
за меньшее время.

On — включает и
выключает расчет GI.

Первое диффузное попадание луча
(First Diffuse
Bounce)

Multiplier — это
значение определяет как много от первичного
попадания берется для окончательного освещения
изображения.

Параметры Прямого Вычисления
(Direct Computation Params)

Direct
Computation — GI рассчитывается используя
прямую трассировку
лучей.
Subdivs — это значение
определяет число полушарных образцов берущихся
для расчета вторичного освещения. Малое значение
создает больше зашумления.

Параметры Карты свечения
(Irradiance Map Params)

Irradiance
map — GI вычисляется и храниться в
специальной карте до начала отображения (обычно
быстрее чем Прямое Вычисление).
Show
adaptive — включение этой опции позволяет
Вам увидеть как много образцов GI берется из
различных частей сцены.
Min rate — это значение определяет минимальное число
образцов GI на пиксель. Обычно его оставляют
отрицательным, так что GI быстро рассчитывается
для больших и плоских регионов в изображении. Примечание: Если значение Min Rate больше
или равно нулю, расчет карты свечения будет
медленнее чем расчет GI при использовании
Прямого Вычисления. Так же VRay будет
использовать больше памяти.
Max
rate — это значение определяет максимальное
число образцов GI на пиксель.
Clr
Thresh — когда интенсивность между
ближайшими образцами GI превышает значение Clr
Thresh, VRay будет брать больше образцов
GI.
Nrm Thresh — когда косинус
угла между нормалями векторов ближайших образцов
превышает значение Nrm Thresh, VRay будет брать
больше образцов GI.
HSph.
Subdivs — число полусферных образцов
берущихся для расчета GI.
Interp.
Samples — число образцов GI на точку,
хранящихся в карте свечений.

Вторичное
попадание

Multiplier — множитель
для свечения при вторичных попаданиях (Смотри
Множитель в First Diffuse
Bounce).
None — когда выбрано,
VRay не трассирует вторичные попадания
лучей.
Subdivs — это значение
определяет число полушарий образцов берущихся
для вычисления вторичного GI.
Depth —
это значение определяет число вторичных
попаданий света.

Расширенные параметры карты
свечения (доступно только при включенной карте
свечения)

Каустика (Caustics)

Как расширенная система
отображения, VRay поддерживает отображение
эффектов каустики. Для получения эффекта
каустики Вам нужны генераторы каустики и
приемники каустики в сцене (для информации о
создании объекта генерации/приемки каустики
прочитайте секцию Глобальные настройки.
Установки в этой секции параметров контролируют
генерацию карты фотонов (объяснение карты
фотонов можно найти в секции
«Терминология«).

On — включает и
выключает каустику.
Multiplier —
этот множитель контролирует силу каустики. Он
глобальный и применяется для всех источников
света которые генерируют каустику. Если Вам
нужен различный множитель для разных источников
света используйте локальные настройки освещения. Примечание: этот множитель складывается с
множителем в локальных настройках
освещения.
Search dist — когда
VRay трассирует фотоны которые ударяются об
объект в какой то точке трассировщик луча ищет
другие фотоны в это же плоскости в окружающей
области (области поиска (search area)). Область
поиска это круг с центром в первоначальном
фотоне и радиусом равным значению Search
dist.
Max photons — когда VRay
трассирует фотоны ударяющиеся об объект в какой
то точке и считает фотоны в окружающей области
он усредняет освещение этой области основываясь
на числе фотонов в ней. Если число фотонов
больше чем значение Max photons VRay будет брать
только первые Max photons
фотонов.
Dont delete on render
end — когда установлена, VRay оставляет
карту фотонов в памяти после окончания
отображения сцены. Иначе карта будет удалена и
память освободиться. Примечание: Эта
опция может быть очень полезна если Вы хотите
рассчитать карту свечения однажды для
специальной сцены и использовать её далее в
расчетах.

Режимы

New Map —
когда выбрана эта опция будет генерироваться
новая карта фотонов. Она перезапишет любую
предыдущую карту фотонов оставшуюся от
предыдущего отображения.
Save to
file — нажмите эту кнопку если Вы хотите
сохранить уже сгенерированную карту фотонов в
файл.
From file — когда Вы
выбираете эту опцию VRay не будет просчитывать
карту фотонов, а будет загружать её из файла.
Нажмите кнопку «Browse» справа для
определения файла.

Параметры материалов

Специальный материал — VRayMtl — поставляется вместе с VRay. Это
позволяет получить физически более правильное
освещение (распределение энергии) в сцене,
ускорение отображения, более удобные параметры
отражения и преломления. В VRayMtl Вы можете
применять различные текстурные карты,
контролировать отражение и преломление, добавить
выпуклости (bump) и карту смещений (displacement
maps), принудительно рассчитать GI, и выбрать
BRDF для материала. Параметры материала
сгруппированы в следующие
секции:

Основные параметры (Basic
parameters):

Diffuse — это диффузный
цвет материала. Вы можете переписать этот
множитель с помощью карты в слоте карты
преломления в секции карт
текстуры.
Reflect — это
множитель отражения. Вы можете переписать этот
множитель с помощью карты в слоте карты
отражения в секции карт
текстуры.
Glossiness — это
значение определяет силу блека материала.
Значение 0.0 означает сильнейшее размытое
отражения. Значение 1.0 отключает блеск (VRay
будет создавать абсолютно резкое отражение.
Знайте, что включение блеска увеличивает время
отображения.
SubDivs —
контролирует число лучей отсылаемых обратно для
оценки блеска отражения. Когда значение Glossiness установлено в 1.0 значение
Subdivs не имеют эффекта (VRay не посылает лучи
для оценки блеска).
Fresnel
Reflection — при включении этого параметра
отражения будут действовать как в стекло в
реальном мире. Это значит, что отражения будут
исчезать когда угол между лучом и нормалью
поверхности будет приближаться к 0 (отражение
будет наиболее видимым когда луч практически
параллелен к поверхности и отражения практически
не будет когда луч перпендикулярен
поверхности).
Max depth —
максимальная видимость луча для карты. Карта
будет принимать черный цвет для лучей с большей
видимостью.
Refract — множитель
для преломления. Вы можете переписать этот
множитель с помощью карты преломления в секции
карт текстуры.
Glossiness — это
значение определяет глянец (шероховатость)
материала . Значение 0.0 означает сильнейшую
размытость преломления. Значение 1.0 выключает
блик (VRay создает абсолютно резкое
преломление).
SubDivs —
контролирует число лучей посылаемых для оценки
бликов преломления. Когда Glossiness выставлено в 1.0 значение SubDivs не имеет
эффекта (VRay не посылает лучей для оценки
бликов).
IOR — это значение
определяет индекс преломления для материала.
Если Вы подобрали подходящее значение Вы можете
создать преломление создаваемое водой,
бриллиантом, стеклом и т.д. Таблица наиболее
используемых значений IOR Вы сможете найти в
главе Терминологии.
Max
depth — максимальная глубина луча для карты.
Карта вернет черный цвет для лучей большей
глубины.
Translucent — включает
полу прозрачность. Для работы полу прозрачности
необходимы VRay тени. Glossy так же должен быть
включен. VRay будет использовать цвет Fog для
определения количества света прошедшего через
материал.
Thickness — это
значение определяет толщину полупрозрачного
слоя. Когда значение глубины луча достигает
этого значения, VRay не трассирует луч дальше в
поверхность.
Light multiplier —
множитель света. Описывает количество света
отраженного в глубь
поверхности.
Scatter coeff — это
значение определяет направление рассеивающихся
лучей под поверхностью полупрозрачного
материала. Значение 0,0 означает что под
поверхностный луч будет рассеиваться во всех
направлениях, а при значении 1.0 луч будет иметь
тоже направление что и луч прошедший через
поверхность объекта.
Fwd/bck
coeff — это значение определяет как много
рассеянного луча под поверхностью
полупрозрачного объекта будет распределяться
относительно начального луча прошедшего через
поверхность. Значение 1.0 означает что все лучи
будут распределяться по ходу луча, значение 0,0
означает что все лучи будут распределяться в
противоположную сторону хода луча, а значение
0,5 означает что все лучи будут равномерно
распределены по этим
направления.
Fog color — VRay
позволяет Вам заполнить преломляющий объект
туманом указанного цвета.
For
multiplier — цветовой множитель тумана.
Меньшее значение позволяет получить более
прозрачный туман.

BRDF

Одно из основных средств,
что бы характеризовать отражающее свойство это
использование функции Би-направленного
распределенного отражения (BRDF), функция
которая определяет спектральные и
пространственные характеристики поверхности.
VRay поддерживает следующие BRDF типы: Phong,
BLinn, Ward.

Options

Trace reflections —
включает и выключает
отражение.
Trace refraction —
включает и выключает
преломление.
Use irradiation map if
On — когда Вы используете карты свечения для
GI, Вы можете грубо использовать GI для объектов
с назначенными материалами. Для получения этого
просто отключите опцию Use irradiation map if
On. Иначе GI для объектов с материалами будет
использовать карту свечения. Примечание:
эта опция не имеет эффекта до тех пор пока GI
включен и установлен на карту
свечения.
Trace diffuse & glossy
together — когда блик отражения/преломления
включен, VRay использует число лучей для
трассировки блика и других связанных лучей для
расчета диффузного цвета. Включение опции Trace
diffuse & glossy together, заставляет VRay
трассировать только один из связанных лучей для
бликового и диффузного компонента материала. В
этом случае VRay использует некоторые оценки и
берет некоторые из лучей для трассировки
диффузной части и остальные для
блика.
Double-sided — эта опция
определяет, будет ли VRay принимать всю
геометрию граней как
двустороннюю.
Reflect on back
side — этот флаг принуждает VRay
трассировать отражения всегда (даже на обратных
сторонах граней).
Cutoff — это
пороговое значение для отражений и преломления.
Когда отражение и преломление вносят небольшие
значения в финальное изображение, они не будут
трассироваться. Значение Cutoff определяет
минимальное значение для отражения и преломления
для трассировки.

Texture maps

В этой секции материала
VRay Вы можете назначить различные карты
текстур. Доступные слоты текстур Diffuse,
Reflect, Refract, Glossiness, Bump и Displace. У
каждого слота есть множитель, флажок и кнопка.
Множитель контролирует силу карты. Флажок
включает и выключает карту. Нажатие на кнопку
позволяет Вам выбрать и/или изменить текущую
текстуру.
Diffuse — карта этого
слота определяет диффузный цвет материала. Если
Вам нужен однородный цвет просто отключите этот
слот и используйте настройки Диффузии в секции
Основных параметров.
Reflect —
карта этого слота определяет цветовой множитель
отражения. Если Вам нужен равномерный цветовой
множитель отключите этот слот и используйте
настройки Отражения в секции основных
параметров.
Glossiness — этот
слот действует как множитель для шероховатости
отражения.
Refract — карта этого
слота определяет цветовой множитель преломления
материала. Если Вам нужен равномерный множитель
цвета преломления отключите этот слот и
используйте настройки преломления в секции
Основных параметров.
Glossiness — этот слот действует как множитель для
шероховатости преломления.
Bump — карты Bump используются для моделирования
неровностей поверхности без добавления какой
либо геометрии к сцене.
Displace — карта смещений используется для моделирования
смещений в геометрии объекта. Так же применение
этой карты сильно сильнее влияет на время
расчета сцены чем карта
Bump.

Параметры VRay источников
света

Эта часть
описывает параметры которые контролируют VRay
источники света.

On — включает или
выключает источник
света.
Double-sided — когда
VRay-источник плоский (Plane), эта опция
контролирует светимость источника из обеих
сторон плоскости (это поле не имеет эффекта
когда источник Сферического типа
(Spherical).
Transparent — эта
опция контролирует видимость формы источника
света при отображении. Когда эта опция выключена
источник отображается в текущем цвете
света.
Ignore light Normals —
эта опция позволяет контролировать расчет света
когда VRay трассирует луч попавший на источник.
Для придания реалистичности изображения эта
опция должна быть отключена, однако включение
этой опции позволяет придать изображению
некоторую мягкость.
Normalize
Intensity — когда нормализация интенсивности
включена, размер источника света не будет её
затрагивать. Интенсивность будет такая же как
если бы размер источника был 1. Примечание: До включения нормализации
интенсивности было бы не плохо установить размер
в 1 и значение множителя установить так что бы
достичь желаемой интенсивности. Затем включить
нормализацию и изменить размер источника на
первоначальный. Интенсивность должна остаться
прежней.
No decay — при
включении этой опции VRay-источники не будут
угасать в зависимости от дистанции. Иначе свет
будет угасать с обратным квадратом расстояния
(так же как в реальном мире затухает
свет).
Store with irradiance map — при включенной опции и расчете GI используя
карту свечения VRay будет пересчитывать эффект
VRay-источников и сохранять их в карте свечения.
Результатом этого будет долгий процесс расчета
карты свечения, но отображение будет намного
быстрее. Так же Вы можете сохранить карту
свечения и использовать её в
будущем.
Color — цвет освещения,
испускаемый VRay-источником
света.
Mult. — множитель для
цвета VRay-источника.

Типы источников
света

Plane — при выборе этого
типа источника света VRay-источник принимает
форму плоскости.
Sphere — при
выборе этого типа источника света VRay-источник
принимает форму сферы.

Размер источника света

U
size — U-размер источника света (если
источник Сфера, U-размер означает радиус
сферы).
V size — V-размер
источника света (это поле не имеет эффекта при
Сферическом источнике света).
W
size — W-размер источника света (это поле не
имеет эффекта при Сферическом источнике
света).

Образцы

Subdivs — это
значение контролирует число образцов которые
VRay берет для расчета света.
Low
Subdivs — это значение контролирует число
образцов которые VRay берет для расчета света
когда рассматривается просчет малой
аккуратности.
Degrade depth —
это значение определяет резкость на которой VRay
переключается на расчет малой
аккуратности.

VRay карты

Параметры VRayMap

Reflect — когда эта
опция выбрана, VRayMap будет действовать как
карта отражения. И будет использоваться секция Reflection params для настройки карты
(изменение настроек в секции Refraction
params не будет влиять на
карту).
Refract — при выборе
этой опции, VRayMap будет работать как карта
преломления. И можно будет использовать секцию
параметров Refraction params для
настройки карты (изменение настроек в секции
Reflection params не будет влиять на
карту).

Reflection params

Filter
color — множитель для отражения. Не
используйте spinner в материале для
настройки силы отражения. Вместо него
используйте именно этот цвет (Иначе можно
получить неправильную карту
фотонов).
Reflect on back side —
этот флаг принуждает VRay всегда трассировать
отражения. Использование этой опции вместе с
картой отражений увеличивает время
отображения.
Glossy — включает
шероховатость (размытия, неравномерность)
отражения.
Glossiness —
шероховатость материала. Значение 0.0 означает
сильнейшую шероховатость отражений. Высокие
значения делают отражение
резче.
Subdivs — определяет
число лучей, выпускаемых для оценки
шероховатости отражения.
Low
subdivs — число лучей используемых для
оценки отражений когда VRay рассчитывает лучи
малой аккуратности (в процессе GI образования,
кода видимость луча достигает значения Degrade depth).
Max depth — максимальная видимость луча для карты. Карта
возвращает Exit color для лучей с большей
видимостью.
Degrade depth —
когда видимость текущего луча достигает этого
значения VRay переключиться на расчет малой
аккуратности (будет использоваться значение Low
subdivs вместо значения
Subdivs).
Cutoff thresh —
отражения, которые мало влияют на финальное
изображение, не будут трассироваться. Этот
параметр устанавливает минимальное значение
влияния отражения для
трассировки.
Exit Color — цвет
будет возвращаться когда будет достигнуто
значение максимальной видимости луча, но
отражение все еще не было рассчитано.

Refraction params

Filter
color — множитель для преломления (см.
множитель отражения в секции Reflection
params)
Glossy — включает
шероховатость (неоднородность)
преломления.
Glossiness — см. Glossiness в секции Reflection
params.
Subdivs — см. Subdivs в секции Reflection
params.
Low subdivs — см. Low Subdivs в секции Reflection
params.
Translucent —
включает полу прозрачность. Для работы полу
прозрачности у Ваших источников света должен
быть установлен VRay Shadows. Так же должно быть
включено Glossy. VRay будет использовать Fog
color для определения количества света
прошедшего через поверхность
материала.
Thickness — этот
параметр определяет толщину полу прозрачного
слоя. Когда глубина луча достигает этого
значения, VRay больше не трассирует дальнейший
путь луча под поверхностью.
Light
multiplier — световой множитель. Он
описывает количество материала отраженного
материалом под поверхность.
Scatter
coeff — это значение определяет направление
рассеивания лучей под поверхностью
полупрозрачного объекта. Значение 0.0 означает что лучи будут рассеиваться во всех
направлениях, а значение 1.0 означает что
лучи будут иметь тоже направление что и лучи
прошедшие через объект.
Fwd/bck
coeff — это значение определяет как много
рассеянного луча под поверхностью
полупрозрачного объекта будет распределяться
относительно начального луча прошедшего через
поверхность. Значение 1.0 означает что все лучи
будут распределяться по ходу луча, значение 0,0
означает что все лучи будут распределяться в
противоположную сторону хода луча, а значение
0,5 означает что все лучи будут равномерно
распределены по этим
направления.
Fog color — VRay
позволяет заполнить преломляющий объект туманом.
Этот цвет определяет цвет заполняющего
тумана.
For multiplier —
множитель для цвета тумана. Малое значение
позволяет получить более прозрачный
туман.
Max depth — максимальная
видимость луча для преломления (см. Max depth в
секции Reflection
params).
Degrade depth — см.
Degrade depth в секции Reflection
params.
Cutoff thresh — см.
Cutoff thresh в секции Reflection
params.
Exit color — см.
Exit color в секции Reflection
params.

Параметры
VRayShadow

QMC образцы

Примечание:Это значение не имеет эффекта когда To sample difference установлено в 0.0.

Вторичное освещение (GI)/Расширенные параметры карты свечения

VRay применяет два метода для расчетов глобального освежения — Прямое Вычисление (Direct Computation) и Карта свечения (Irradiance Map). Прямое Вычисление это простой алгоритм, который трассирует все лучи необходимые для расчета GI, это позволяет получить очень точные результаты, правда за счет долгого процесса вычислений. Карта свечения это алгоритм использующий сложную технологию кэширования, получаемый результат менее точен, но вычисляется за меньшее время.

On — включает и выключает расчет GI.

Первое диффузное попадание луча (First Diffuse Bounce)

Multiplier — это значение определяет как много от первичного попадания берется для окончательного освещения изображения.

Параметры Прямого Вычисления (Direct Computation Params)

Direct Computation — GI рассчитывается используя прямую трассировку лучей.
Subdivs — это значение определяет число полушарных образцов берущихся для расчета вторичного освещения. Малое значение создает больше зашумления.

Параметры Карты свечения (Irradiance Map Params)

Irradiance map — GI вычисляется и храниться в специальной карте до начала отображения (обычно быстрее чем Прямое Вычисление).
Show adaptive — включение этой опции позволяет Вам увидеть как много образцов GI берется из различных частей сцены.
Min rate — это значение определяет минимальное число образцов GI на пиксель. Обычно его оставляют отрицательным, так что GI быстро рассчитывается для больших и плоских регионов в изображении. Примечание: Если значение Min Rate больше или равно нулю, расчет карты свечения будет медленнее чем расчет GI при использовании Прямого Вычисления. Так же VRay будет использовать больше памяти.
Max rate — это значение определяет максимальное число образцов GI на пиксель.
Clr Thresh — когда интенсивность между ближайшими образцами GI превышает значение Clr Thresh, VRay будет брать больше образцов GI.
Nrm Thresh — когда косинус угла между нормалями векторов ближайших образцов превышает значение Nrm Thresh, VRay будет брать больше образцов GI.
HSph. Subdivs — число полусферных образцов берущихся для расчета GI.
Interp. Samples — число образцов GI на точку, хранящихся в карте свечений.

Вторичное попадание

Multiplier — множитель для свечения при вторичных попаданиях (Смотри Множитель в First Diffuse Bounce).
None — когда выбрано, VRay не трассирует вторичные попадания лучей.
Subdivs — это значение определяет число полушарий образцов берущихся для вычисления вторичного GI.
Depth — это значение определяет число вторичных попаданий света.

Расширенные параметры карты свечения (доступно только при включенной карте свечения)

Interpolation type — этот список позволяет Вам выбрать путь интерполяции образцов GI хранящихся в карте свечения для расчета образца GI данного пикселя.
Dont delete on render end — когда включено, VRay будет хранить карту свечения в памяти после завершения отображения. Иначе карта будет удалена и память будет очищена. Примечание: Эта опция может быть очень полезна если Вы хотите рассчитать карту свечения однажды для специальной сцены и использовать её далее в расчетах. Длясозданияновойкартывыберите Dont   delete on render end и Single Frame. Затем после расчета карты свечения Вы можете прервать процесс расчета сцены и сохранить карту в файл.
Single Frame — в этом случае VRay рассчитывает карту свечения для каждого кадра отдельно. Любая предыдущая карта свечения удаляется.
Multiframe incremental — в этом случае VRay рассчитывает карту свечения для текущего кадра основываясь на карте предыдущего кадра. VRay оценивает где нужно взять новый образец GI и добавить его к предыдущей карте свечения. Карта свечения для первого кадра рассчитывается независимо, любая предыдущая карта удаляется.
From file — карта свечения для каждого кадра одна и та же. В начале отображения она загружается из специального файла, любая предыдущая карта удаляется.
Add to current map — в этом случае VRay рассчитывает карту свечения текущего кадра независимо и добавляет ёе к карте предыдущего кадра (для первого кадра, предыдущей картой может быть карта оставшееся после предыдущего отображения).
Incremental add to current frame — в этом случае VRay рассчитывает карту свечения текущего кадра основываясь на карет предыдущего кадра. VRay оценивает где нужно взять новый образец GI и добавить его к предыдущей карте свечения (для первого кадра, предыдущей картой может быть карта оставшееся после предыдущего отображения).

Примечание: У VRay нет отдельного небесного света (skylight). Эффект небесного света может быть получен установкой фонового цвета или карты окружения в настройках окружения 3DS Max, или в собственных настройках окружения VRay.

Каустика (Caustics)

Как расширенная система отображения, VRay поддерживает отображение эффектов каустики. Для получения эффекта каустики Вам нужны генераторы каустики и приемники каустики в сцене (для информации о создании объекта генерации/приемки каустики прочитайте секцию Глобальные настройки. Установки в этой секции параметров контролируют генерацию карты фотонов (объяснение карты фотонов можно найти в секции Терминология).

On — включает и выключает каустику.
Multiplier — этот множитель контролирует силу каустики. Он глобальный и применяется для всех источников света которые генерируют каустику. Если Вам нужен различный множитель для разных источников света используйте локальные настройки освещения. Примечание: этот множитель складывается с множителем в локальных настройках освещения.
Search dist — когда VRay трассирует фотоны которые ударяются об объект в какой то точке трассировщик луча ищет другие фотоны в это же плоскости в окружающей области (области поиска (search area)). Область поиска это круг с центром в первоначальном фотоне и радиусом равным значению Search dist.
Max photons — когда VRay трассирует фотоны ударяющиеся об объект в какой то точке и считает фотоны в окружающей области он усредняет освещение этой области основываясь на числе фотонов в ней. Если число фотонов больше чем значение Max photons VRay будет брать только первые Max photons фотонов.
Dont delete on render end — когда установлена, VRay оставляет карту фотонов в памяти после окончания отображения сцены. Иначе карта будет удалена и память освободиться. Примечание: Эта опция может быть очень полезна если Вы хотите рассчитать карту свечения однажды для специальной сцены и использовать её далее в расчетах.

Режимы

New Map — когда выбрана эта опция будет генерироваться новая карта фотонов. Она перезапишет любую предыдущую карту фотонов оставшуюся от предыдущего отображения.
Save to file — нажмите эту кнопку если Вы хотите сохранить уже сгенерированную карту фотонов в файл.
From file — когда Вы выбираете эту опцию VRay не будет просчитывать карту фотонов, а будет загружать её из файла. Нажмите кнопку Browse справа для определения файла.

Параметры материалов

Специальный материал — VRayMtl — поставляется вместе с VRay. Это позволяет получить физически более правильное освещение (распределение энергии) в сцене, ускорение отображения, более удобные параметры отражения и преломления. В VRayMtl Вы можете применять различные текстурные карты, контролировать отражение и преломление, добавить выпуклости (bump) и карту смещений (displacement maps), принудительно рассчитать GI, и выбрать BRDF для материала. Параметры материала сгруппированы в следующие секции:

Основные параметры (Basic parameters):

Diffuse — это диффузный цвет материала. Вы можете переписать этот множитель с помощью карты в слоте карты преломления в секции карт текстуры.
Reflect — это множитель отражения. Вы можете переписать этот множитель с помощью карты в слоте карты отражения в секции карт текстуры.
Glossiness — это значение определяет силу блека материала. Значение 0.0 означает сильнейшее размытое отражения. Значение 1.0 отключает блеск (VRay будет создавать абсолютно резкое отражение. Знайте, что включение блеска увеличивает время отображения.
SubDivs — контролирует число лучей отсылаемых обратно для оценки блеска отражения. Когда значение Glossiness установлено в 1.0 значение Subdivs не имеют эффекта (VRay не посылает лучи для оценки блеска).

Страницы: 1 2 3