НАСТРОЙКА ФОТОННОЙ КАРТЫ

Автор: pitat450

Пытаясь освоить YafaRay, я раньше не знал, что в действительности означают некоторые настройки и как они воздействуют на процесс рендеринга. Поэтому я и решил провести ряд собственных тестов, показывающих влияние определённых параметров на рендеринг, а поскольку не встречал ничего подобного для YafaRay, то решил разместить это здесь. Руководство пользователя на официальном сайте является великолепным общим обзором программы, но некоторые конкретные параметры рассмотрены в нём поверхностно, что заставляет несчастных новичков так или иначе проводить собственные исследования. Я не забуду упомянуть пользователя Tom TNT, чьи великолепные уроки весьма помогли мне понять концепцию GI в целом.

Цель этого руководства — ускорить процесс принятия решения в процессе настройки рендеринга. Для этого, очевидно, нужно знать на что влияет каждая настройка, ибо установка высоких значений каждого параметра абсолютно не означает высокого качества. Кроме того излишне высокие параметры могут существенно повысить время рендеринга. Изменяя каждый параметр я сделал несколько изображений, чтобы было показательно, какое значение это имеет, а также постарался определить возможный диапазон каждой настройки.

Для нашего изучения GI, я подготовил простую сцену импровизированного помещения с многочисленными проёмами в одной стене, чтобы создать ситуацию сложного взаимодействия света и тени и использовал сверхширокоугольную камеру, чтобы больше было видно. Для освещения используется ИС типа Sun с Power=1.4 и Samples=20. Для простоты я активировал Clay render без материалов. Кроме того, я добавил объекты сфер внутрь помещения, чтобы показать как свет взаимодействует с ними. В первой части рассмотрим общие установки рендеринга, а во второй сосредоточимся на настройках FG (Final Gather). Если коротко, то Final Gather дополнительная трассировка вспомогательными лучами, основанная на данных фотонной карты, призванная более гладко обсчитать и проинтерполировать значения пикселей итогового изображения.

Для тестов в целом я использовал следующие настройки (см. картинку) кнопки Final Gather и Show map включались и выключались в зависимости от необходимости.

ФОТОННАЯ КАРТА БЕЗ FINAL GATHER

Таким образом я хочу показать, что FG очень важен для хорошего рендеринга.

Начнём рассмотрение параметров.

Depth (0-50)
Параметр Depth означает число переотражений фотонов, испускаемых из ИС от поверхностей объектов сцены. Чем выше это число, тем меньше контраст между теневыми и освещёнными участками сцены. Увеличение значения также повышает общую яркость сцены. Установка верного значения означает поиск хорошего компромисса между контрастно-тёмной и блёкло-светлой сценой.

Photons (0 - 100.000.000)
Настраивает количество испускаемых фотонов. Более высокие числа увеличивают общее качество освещения (при использовании с FG, например уменьшаются артефакты в углах). Я бы охарактеризовал параметр Photons, как разрешение фотонной карты. Повышение разрешения делает карту более «плотной», даёт больше информации для проходов FG и, следовательно, повышает итоговое качество.

Diff. radius (0 - 100)

Как следует из назначения, это параметр настройки некоего радиуса сбора НЕ каустических фотонов. Я бы взял на себя смелость сказать, что это просто — радиус фотона. Более того я возьму на себя ещё большую смелость и скажу, что проще сказать, что это радиус фотона в Блендер-единицах. Когда мы станем использовать фотонную карту, то нуждались бы в меньшем количестве фотонов для покрытия всей карты, если бы те имели больший размер, но такая карта была бы менее точной, поскольку имела бы меньше «пикселей», несущих информацию о цвете и яркости.

Есть ещё один важный момент для этого параметра, но сначала я должен кое-что сказать об особенности поведения фотонных карт в YafaRay. Я обнаружил это во время тестов. Объекты засвечиваются окружающими ярко освещёнными поверхностями, воспринимая энергию отражённых от них фотонов, если угол между направлением света и нормалью к поверхности больше 90 градусов. Я полагаю, что это ошибка, поскольку должен приниматься в расчёт угол между двумя нормалями поверхностей. Как вы можете видеть на рисунке ниже, помещённая мною тестовая плоскость засвечивается с краю (жёлтая полоса) фотонами, отражаемыми от внешней стены.

Этого, конечно, не должно происходить при реалистичной симуляции, потому, что нормали направлены противоположно.

Вернёмся к параметру Diff. Radius. ИМХО этот параметр нужно назвать радиусом фотона, чтобы не вызывать большей путаницы, хотя может я что-то упускаю. Если радиус фотона будет больше, чем толщина вашей стены, то это скажется на вашем рендере. В моём примере там, где я использовал Diff. Radius>1, а толщина стены у меня 2BU (Напомню речь идёт о радиусе, а не диаметре фотона, поэтому его нужно удвоить), видны артефакты в виде светлой полосы в углах:

Search (0 — 10.0000)

Для лучшего иллюстрирования этой опции я сократил число фотонов до 5000 и увеличил радиус до 5. Поскольку данная настройка производит локальный эффект, то я иллюстрирую её используя увеличенные области изображения.

Эта настройка используется для размытия фотонной карты, чтобы сделать её менее контрастно-пятнистой. Я не знаю точный алгоритм, но основан он на перекрытии фотонов. Каждый фотон при испускании характеризуется назначенной ему в настройках ИС энергией (в нашем случае солнце). При ударении о поверхность объекта сцены он отражается, теряя часть энергии и следует дальше до следующей поверхности. Место соударения фотона с поверхностью условно характеризуется световым пятном, размер которого устанавливается значением Diff.radius (расстояние от центра до края пятна).

Пятно является более ярким в центре и с постепенным ослабеванием яркости к краю. Те поверхности на которые падает много фотонов получают много таких пятен и края пятен в различной степени перекрывают друг друга. Параметр Search — устанавливает расчётное количество таких зон перекрытия (смешивания). То есть значение освещённости участков, где происходит расчётное число взаимоналожений смешивается и вычисляется движком как усреднённо яркое, те места где наложений меньше — менее яркими и так далее до мест, где наложения не происходит вообще.

Итак теперь вы знаете, что качество глобального освещения (GI) основано на плотности этих пятен/фотонов (а не энергии или чём либо ещё). Участки, где много фотонов перекрывается являются более светлыми при рендеринге, в отличие от мест, где перекрывается малое количество или не происходит перекрытия фотонов вообще. Я ещё раз повторяю это, поскольку это существенное понятие для понимания и настройки рендеринга на основе фотонных карт.

Теперь переходим к весёлой части.

FINAL GATHER: РАБОТА С ФОТОННОЙ КАРТОЙ (PHOTONMAP)

Эта часть руководства посвящена рассмотрению рендеринга с использованием алгоритма Final Gather, который активируется соответствующей кнопкой в интерфейсе скрипта. Посмотрим, как различные настройки влияют на итоговое качество FG-рендеринга. В примерах ниже применены одинаковые параметры, но для левой колонки примеров активирована кнопка Show map (показать карту), с помощью которой можно получить быстрый предварительный просмотр распределения фотонов на карте.

DEPTH

Как я уже говорил ранее, эта настройка выражается во влиянии на общую контрастность и визуальную глубину сцены. Если устанавливать высокие значения Depth (а это, напомню, глубина трассировки фотонов — количество переотражений), то рендер имеет тенденцию быть менее контрастным, а более плоским, поскольку фотоны многократно переотражаясь плотнее покрывают поверхности, создавая равномерную гомогенную освещённость. С другой стороны, если устанавливать низкие значения, то фотоны не везде достигнут геометрии и сцена будет слишком тёмной. Об этом надо помнить, особенно используя простые не очень контрастные сцены, вроде моей.

Ещё один важный момент. Интерполяция между тёмными областями фотонной карты и покрытыми следами фотонов способна производить противные артефакты в углах (если это происходит на плоскости, то всё в порядке). В моём примере (ниже) особенно это заметно на второй картинке (где установлен depth=5) Последний пример в моём наборе вызывает ощущение заполненной дневным светом комнаты, однако слишком неконтрастен. Поэтому такого эффекта лучше достигать увеличением количества фотонов, нежели глубины (depth) по уже оговоренным причинам.

Что ж, ниже мы посмотрим сможем ли с помощью настроек совместить оба эффекта: высокую контрастность и хорошее заполнение дневным светом.

PHOTONS (КОЛИЧЕСТВО ФОТОНОВ)

Об этом параметре я бы сказал, что это настройка качества, поскольку число фотонов — важный параметр для точности последующей интерполяции с помощью FG. Хотя FG делает относительно неплохой результат и с небольшим количеством информации (посмотрите на мой первый пример, где Photons=10000), последующие изображения показывают, что хотя время рендеринга и увеличилось (для просчёта возросшего количества фотонов) но это стоило того. В последнем примере ( Photons=2000000) уже весьма качественное освещение.

Вывод: большее количество фотонов означает меньшее количество шума и артефактов, остающихся после проходов FG.

DIFF. RADIUS

Я уже показал здесь, что пятнистая фотонная карта может производить артефакты в углах. Для исправления этого можно или сильно увеличить количество фотонов (Phothons) или увеличить настройку Diff. Radius. Таким образом эти настройки могут работать вместе и даже должны изменяться одновременно. Шум на ровных поверхностях (напр. стен) может быть уменьшен повышением количества сэмплов FG.

SEARCH

В первом примере (search = 2) слишком малое количество фотонных следов смешивается, поэтому некоторые зоны в тенях такие же светлые, как и освещённые прямым светом. Это происходит потому, что каждые два перекрывающиеся фотонных следа создают яркое пятно и практически нет шансов для других оттенков, а таких мест много. Если устанавливается search = 5, то уже яркими будут только те места, где перекрываются пять фотонов, а не два, чтобы создать такое же яркое пятно. Если же в сцене вообще нет такого количества перекрытий фотонных следов, как вами установлено параметром search, то смешиваться будут только максимально найденное количество перекрытий и от дальнейшего увеличения изменений не будет. В примере search = 5 и search = 50 почти не отличаются.

FINAL GATHER: НАСТРОЙКИ КАЧЕСТВА

Базовые настройки (кроме тестируемых компонентов) были такими:

FG Samples

Число сэмплов для процесса Final Gather. Чем больше сэмплов будет установлено, тем меньше шума появится при рендеринге. Не думаю, что тут нужно что-то объяснять — картинки ниже говорят сами за себя:

FG bounces

Назначение: глубина трассировки (количество переотражений) FG-лучей. Ну мне не совсем понятно различие итога при разных установках и при сравнении результатов рендеринга напоминает детскую головоломку из газет «найди десять отличий». Ну это не для новичков и может будет отредактировано позднее. По моим ощущениям установка большего количества FG bounces делает изображение слегка мягче и светлее. Я также пробовал цветной тест, чтобы намеренно посмотреть, станут ли различия более очевидными, но и здесь особой разницы не ощутил. Кроме того я не смог проверить как работают значения выше 12, потому что Blender стал падать. :(

Use background (Использовать фон)

И напоследок не забыть бы об этой маленькой кнопочке. Это кнопка Use background в правом верхнем углу группы параметров настроек. Её активация включает установленные пользователем параметры фона в расчёт общего непрямого освещения (GI). Это может сделать ваш результат рендеринга намного более реалистичным. Вы можете управлять мощностью свечения фона с помощью ползунка Power в настройках в секции World. Для более явного эффекта, я в своём примере установил высокое значение светимости фона Power — что-то около 3.0. Результат вы можете видеть на картинке - в области около окна появилась голубоватая подсветка:

Важно: если вы будете сохранять результат рендеринга в формат с альфа-каналом (поддерживающий прозрачность, например .png), то можете в окне вывода изображений перед сохранением отметить флажок Use Alpha (Использовать прозрачность). В этом случае все участки изображения, относящиеся к фону будут сохранены прозрачными, что бывает полезным, если вы впоследствии захотите поиграться с фоном.

Я нарочно пропустил настройку каустических фотонов Caustic mix, поскольку она требует совсем другой сцены для исследования. Возможно добавлю это позже, равно как и прочие методы рендеринга: Pathtracing и т. д.

Ну и в заключении — мой результат рендеринга, освнованный на вещах, рассмотренных выше. Отметьте, что он довольно тёмный, а в реальности мог бы быть ещё темнее. Тогда что не так? Возможно окна нужно сделать пошире :) Вкупе с максимально низкими настройками для ускорения рендеринга, это может использоваться архитекторами и как некий инструмент анализа и
проектирования. И это клёво!

Солнце теперь моделируется гораздо правдоподобнее — с более чёткими падающими тенями возле окон и с плавным размытием по мере удаления вглубь помещения. (В старом YAFRAY для имитации подобного эффекта нужно было возиться с ИС типа Area. Поправьте меня если я не прав). И выглядит всё аккуратно. Единственная вещь, которая меня поначалу удивила — почему стена в глубине помещения более тёмная, чем та слева с окнами, которая вообще отвёрнута от света. И здесь получить ответ помогает фотонная карта, особенно изображение с Depth=1, приведённое выше. Дело в том, что проёмы относительно малы, глубина помещения значительна, а угол проникновения солнечного света через проёмы таков, что вероятность отразившись от правой стенки и возвратиться к левой у фотонов выше, чем попасть на заднюю стену.

Весьма интересно.

Ну и пока на этом всё. Если кому-то упражнение оказалось полезным — хорошо, если нет — не страшно, в конце концов я обучился в процессе ОЧЕНЬ многому! Также возможно позже я внесу дополнения или изменения, если потребуется. Всем удачи и продолжайте блендерить!

Pitat450
Оригинал урока здесь: http://www.pitat450.net/index.php?id=yafaray_guide

« Рендеринг с эффектом глубины резкости (DOF)

Оглавление

«Гипсовый» рендеринг »