Параметры рендеринга

Ambient Occlusion

Ambient Occlusion (АО) – технология построения затенения поверхностей в зависимости от формы и расположения окружающих объектов. Наиболее частая методика расчёта состоит в следующем. Из каждой точки на поверхности объекта строится пучок лучей, расходящийся во все стороны. Если лучи уходят «в небо» не встречая преград на пути, то такая точка при рендеринге отрисовывается светлой, если же расчётный луч встречает на пути преграду в виде любой поверхности, то исходная точка затемняется. В результате точки, окружённые большим количеством геометрии рендерятся затемнёнными, а точки, находящиеся на поверхности объектов в зоне полусферы видимости - светлыми.

АО часто используется как быстрый метод построения модели непрямого освещения, приближённой к GI. АО также может использоваться как независимый проход при рендеринге для последующего композитинга, обычно с включённой кнопкой Clay Render.

Настройки АО следующие:

• AO Samples: количество лучей-сэмплов, используемых для определения окружающих преград из расчётной точки. Увеличение количества AO Samples даёт более гладкий и точный результат, но увеличивает время рендеринга.
• AO Distance: Длина расчётных лучей. Увеличение параметра даёт возможность учитывать затенение точек более дальними от расчётной точки поверхностями. При этом возрастает объём расчётов и, соответственно, увеличивается время рендеринга. Поэтому время рендеринга нужно оптимизировать, сохраняя параметр AO Distance максимально коротким, которой возможен для необходимого вам эффекта.
• AO Color: цвет расчётных лучей. Используйте этот параметр для контроля мощности эффекта АО.

Каустические фотонные карты

Каустики — концентрированные области света, производимые преломляющими средами (вода, стекло...) или криволинейными отражающими поверхностями (зеркальные и glossy-материалы). В YafaRay интегрирована возможность независимого просчёта каустики методом каустических фотонных карт,что позволяет достоверно рендерить каустику вместе с методами, которые вообще не поддерживают её просчёта (Direct lighting) или с такими, которые довольно плохо справляются с этой задачей (Path tracing). Каустики добавляют реализм в визуализацию и они относительно нересурсоёмки в расчёте. Каустические фотонные карты визуализируются напрямую и это причина того, чтобы число фотонов карты было высоким — необходима карта высокого разрешения.

Mix и Radius — два важных параметра для размытия фотонных карт. Отскоки фотонов расчитываются внутри группы ограниченных кругом областей. Центром каждого такого круга является луч, испускаемый из камеры. Mix — плотность расчётного пучка фотонов для размытия и Radius - радиус расчётного круга. Поэтому если радиус расчётного круга мал, то плотность попадающих в него фотонов может быть малой и в результате может появиться шум. Эти два расчётных параметра Mix и Radius оба имеют пределы, которых следует избегать, так как при достижении предельных значений одним из них, второй уже не будет оказывать эффекта. То есть многократное увеличение одного не приведёт к качественному размытию фотонной карты, потому что второй будет ограничивать. Необходим разумный баланс.

Ниже приведены два примера визуализации каустики:

Пример каустики от преломляющей среды, используется источник фотонов в виде прожектора (spotlight). Автор сцены — MarcoA.

Пример каустики от отражающих материалов. Используется каустическая фотонная карта при просчёте методом Path tracing. Источник фотонов — HDR карта фона. Автор сцены - Sevontheweb.

Каустические фотонные карты работают лучше при прямом направленном пучке света на «каустикогенерирующую» поверхность типа прожектора (Spot) или небольшого размера ИС типа Area.

Параметры каустики:

• Photons: общее количество фотонов, испускаемых для расчёта каустики. Увеличение числа приводит к повышению плотности фотонной карты и увеличению времени рендеринга.
• Caustic Depth: количество событий отражения/преломления для каустических фотонов
• Caustic Mix: количество фотонов для смешивания (размытия). Больше значение — дольше время рендеринга.
• Caustic Radius: Размер областей для смешивания (размытия). Больше значение — дольше время рендеринга.

Path Tracing (Трассировка пути луча)

Path Tracing — «честный» (unbias) метод рендеринга с GI, при котором из камеры трассируется расчётный луч в сцену и переотражается от объектов. Если луч достигает источника света, то общая освещённость вдоль пути вычисляется исходя из физ. свойств встреченных лучом материалов и в соответствующих местах отрисовываются пиксели. Если не встречает, то пиксель отрисовывается тёмным. Потом результаты проходов интерполируются. Соответственно много сэмплов (образцов лучей) должно быть задействовано в расчёте, чтобы при интерполяции получить мягко Источником света может быть любой тип из сглаженный результат без шума. Источником света может быть любой тип из поддерживаемых, может быть фон или оба вместе. Сцены с относительно небольшими ИС и высоким контрастом между освещёнными и затемнёнными участками потребуют больше сэмплов для уменьшения уровня шума, Сцены с маленькими или трудно доступными для трассировки лучом видимости ИС будут значительно более шумными. Path Tracing как метод рендеринга с GI лучше подходит для открытых сцен или для интерьерных сцен с дневным освещением через большие по площади проёмы и с равномерным распределением света в сцене.

Каустики, воспроизводимые в сценах с применением Path Tracing склонны быть очень шумными и требуют огромного количества сэмплов лучей для просчёта.

В YafaRay у нас есть четыре способа просчёта каустики.

• Path+Photon: используется комбинация каустической фотонной карты и трассировки лучей каустики;
• Photon: используется только фотонная карта с быстрым просчётом для рендеринга каустики. Трассировка лучей каустики не редерится;
• Path: используется только трассировка пути луча для рендеринга каустики;
• None: компонент просчёта каустики не используется.

Ниже на картинке пример того, как работают варианты компонентов рендеринга каустики. Метод рендеринга во всех случаях — Pathtracing, в качестве источника света (и фотонов) использован один видимый ИС типа Area.

На картинке слева вверху использован метод просчёта каустики (Cm- сокращение от Caustic method) - Path. Обратите внимание на очень зашумлённый результат из-за низкого количества сэмплов (16). На картинке сверху справа — тот же Cm — Path, но количество сэмплов увеличено до 512. Результат намного лучше, но время рендеринга очень сильно увеличилось (38 мин, вместо 1:43 мин у первого случая). На третьей картинке (внизу слева) использован Cm-Photon. Как видите при чистом результате в областях каустики у него ещё и самое короткое из всех время рендеринга(1:28 мин):

Прочие компоненты GI модели рендерились как обычно. Если вы используете в качестве ИС плоскостные источники типа Sphere или Area, то в секции Object/Light/Camera для генерации просчёта каустики должна быть активирована кнопка видимости ИС при рендеринге — Make Light Visible.

Прочие параметры настройки метода Path Tracing:

• Depth: Глубина трассировки луча видимости. Количественно этот параметр означает количество отражений луча видимости в сцене от поверхностей, после которого луч должен «попасть» в источник света. Более высокие значения дают более яркую картинку. Однако при масштабных по размеру ИС, типа источника света в виде фона высокие значения параметра Depth не требуются. Одновременно этот параметр определяет и глубину трассировки каустики при соотв. методе.
• Samples: Количество пикселей изображения (лучей видимости из камеры) трассируемых одновременно. Чем выше значение, тем более гладкий и менее шумный результат, но и тем выше время рендеринга. Соотношение количества шума в сцене и количеством Samples — НЕ линейное. Чтобы в два раза снизить зашумлённость, нужно в четыре раза увеличить количество Samples. Практика показывает, что настройки Depth=3~5 и Samples=32~512 дают хорошие результаты почти для любых сцен. В случае необходимости изменения параметра Samples (везде, где бы они не фигурировали), хорошим способом считается пошаговое увеличение (или уменьшение) их в два раза (2-4-8-16-32-64... и т. д.)
• Use background: Активирует использование цвета фона или текстуры фона в качестве источника света.
• No recursion: Отключает обычный рекурсивный рейтрейсинг. Используется чистый Path Tracing.

Photon mapping

Photon mapping — метод, разработанный в поисках эффективной альтернативы трассировке пути. Замечено, что некоторые эффекты легче просчитывать трассировкой из источника света (например каустики), а некоторые — трассировкой луча зрения из камеры (например зеркальные отражения). Поэтому был разработан двухпроходный метод Photon mapping, в котором первым проходом идёт трассировка от источников света специального типа лучей (фотонов), имитирующих реальное поведение света. На основании первого этапа строится фотонная карта — карта распределения освещённости. карта — карта распределения освещённости. Вторым проходом происходит трассировка луча видимости, использующая для построения изображения информацию из фотонной карты.

Photon mapping — метод адаптивный. Усреднённые значения, установленные по умолчанию не всегда дают хороший результат. Но это ожидаемо, последовательное увеличение количества фотонов и уменьшение радиуса могут быть хорошим решением. Photon mapping производит низкочастотный шум (крупные пятна) в отличие от метода Path Tracing, который производит высокочастотный шум (на уровне пикселей), высокочастотный шум (на уровне пикселей).

Фотоны

Фотоны представляют из себя математическую имитацию потока световых частиц, обладающих энергией. Они излучаются источниками света в сцену, в местах их переотражений от поверхностей они теряют энергию, и отклоняясь следуют до следующей поверхности и так далее, фактически каждый фотон «отмечается» на карте несколько раз. На основании величин изменения энергии фотонов строится карта освещённости сцены (т. н. Фотонная карта). Она представляет собой графическое представление распределения поступающей световой энергии в сцене. Ету световую энергию ещё называют Irradiance (От Incoming radiance — поступающее освещение). В действительности при просчёте строятся две фотонные карты:

• Карта невысокой плотности глобальных фотонов для диффузного светораспределения поверхностями (Global Photon map);
• Отдельная карта высокой плотности каустических фотонов для просчёта эффектов каустики.

В целом, чем большее количество фотонов назначается, тем точнее расчёт светораспределения. Однако большое количество фотонов замедляет построение фотонной карты и соответственно увеличивает время рендеринга. Однако слишком низкое количество фотонов приводит к сильно размытой карте, особенно в местах чётких теней от краёв.

Конечно, в случае простых вцен без каустики можно обойтись и небольшим количеством фотонов 1000-2000. В этом случае фотонная карта строится очень быстро. Ниже — различия между двумя вариантами рендеринга одной сцены с разным количеством фотонов. Отметьте недостаточный просчёт освещённости ниже горизонтальной призмы на картинке слева:

a)2000 фотонов, Depth=2; 213 сек. b)1000000 фотонов, Depth=10; 290 сек.

Depth

Значение Depth управляет количеством последовательных отскоков фотонов, принимаемых для вычисления фотонной карты. Однако есть различия, зависящие от типа фотонов:

Depth для фотонов каустики: означает количество расчётных случаев преломления и/или отражения для каустических фотонов перед тем как они достигнут результирующей диффузной поверхности;
Depth для глобальных фотонов: Количество переотражений глобальных фотонов поверхностями сцены. Большее значение означает лучшее представление таких GI-эффектов, как цветные рефлексы на объектах и более плотную фотоннуюкарту. Низкие значения формируют менее плотную фотонную карту и ограниченное представление цветных рефлексов, так как большинство фотонов уже будут адсорбированы конечными поверхностями.

Ниже на картинке — различия между результатами, полученными с двумя разными значениями Depth, но с одинаковым значением количества расчётных фотонов. Photon hits — означает количество «контактов» фотонов с поверхностями, записанное в фотонную карту (отображается в консоли). Отметьте относительно небольшую разницу значений Photon hits между картинками с Depth=10 и Depth=50. Сцена выполнена Kronos. Время рендеринга во всех случаях отличается незначительно:

Depth=3; Photon hits=410000.

Depth=10; Photon hits=610000.

Depth=10; Photon hits=650000.

Radius

Второй проход при рендеринге методом Photon mapping — обычный рейтрейсинг луча видимости из камеры. Основываясь на значении освещённости из фотонной карты он строит значения пикселей итогового изображения. Однако не каждый пиксель может быть представлен фотоном. На основании значений освещённости, показанной фотоном в точке Р, мы можем судить только об освещённости в этой точке, но не можем судить об освещённости прилегающей области. Поэтому, для расчёта, значения между соседними фотонами к точке Р интерполируются. Таким образом мы не нуждаемся в отдельном фотоне для каждого пикселя, а только несколько фотонов для отдельной области, чтобы рассчитать значение освещённости вокруг точки Р. Плотность фотонов выше в областях с интенсивным поступающим освещением.

Хорошо подобранное значение радиуса позволяет сократить время поиска и интерполяции. Два параметра используются для поиска соседних фотонов:

Diff. Radius: Сфера фиксированного радиуса, используемая для сбора информации о значениях соседних фотонов. Так как радиус задаётся фиксированным, то даёт плохие результаты в сценах с неравномерной освещённостью (большой разницей плотности фотонов). В затемнённых местах, куда достигает всего несколько фотонов с большим разбросом, фотонная карта будет с артефактами, а в местах высокой плотности фотонов — размытой.

Search: Пользователь может задавать с помощью этого параметра количество фотонов, попадающих в расчётную сферу. Это означает сколько фотонов, попавших в радиус интерполяции будет принято для расчёта. Чем больше значение, тем более равномерный и сглаженный результат может быть получен. Низкие значения, означают, что результат может быть размытым, а очень низкий может при вести к появлению пятнистости (низкочастотный шум). Значения от 50 до 100 часто дают приемлемый результат.

В целом значение Diff. Radius должно быть обратно пропорционально значению Search. То есть, если увеличивается количество фотонов для интерполяции, то следует уменьшать значение радиуса. Однако, слишком малое значение радиуса без адекватной плотности потока фотонов будет давать шум (небольшие пятна). Значение параметров радиуса — один из критически важных параметров для времени рендеринга. Если число фотонов интерполяции тоже велико, то это будет увеличивать и время рендеринга.

ВАЖНО: Если вы используете метод фотонных карт для рендеринга закрытых сцен (интерьеров), то должны следовать реалистичной методике моделирования. То есть меши должны иметь замкнутую форму с толщиной. Это позволит избежать «проваливания» фотонов в меши и избежать проблем при интерполяции соседних фотонов для построения карты.

Final Gather

Final Gather — (FG) — техника кэширования, призванная улучшить и «завершить» фотонную карту после её построения, методом выравнивания локальной освещённости с помощью вычисления отскоков дополнительного пучка лучей. Эта информация используется во время рендеринга для уточнения интерполяции. Преимущества такого подхода очевидны — этот способ не требует очень плотной фотонной карты и даёт пусть менее точное, но зато более быстрое вычисление GI, которое тем не менее остаётся физически корректным. При использовании FG на изображениях может генерироваться шум. Если это происходит, то рекомендуется повысить значение FG Samples и использовать относительно высокие настройки сглаживания (АА).

Настройки FG следующие:

FG Bounces: В фазе предварительных вычислений — количество отскоков для FG-лучей.
FG Samples: Количество сэмплов FG-лучей. Чем больше, тем качественней результат, но дольше время рендеринга.

Bidirectional

Bidirectional – метод двунаправленной трассировки луча — из камеры и от источника света. Взаимно совпадающие лучи визуализируются. Этот метод лучше просчитывает каустику и несколько больше подходит для интерьерной визуализации, чем Path Tracing, однако тоже генерирует шум. Настройка качества рендеринга (количества сэмплов) метода Bidirectional осуществляется с помощью настройки сглаживания (Antialiasing). Вы можете задать очень высокое количество сэмплов сглаживания (AA samples), а можете использовать большое количество проходов сглаживания (AA passes) и остановить рендеринг, когда картинка будет достаточно чистой.

Например 16 samles x 16 passes =256 лучей Bidirectional- трассировки. Чем выше уровень сглаживания, тем лучше результат.

AA Threshold: (Порог сглаживания) Значение равное 0 должно быть выставлено, чтобы вычислялись все пиксели изображения в каждом проходе. Однако в данном случае может быть диспропорция между количеством сэмплов сглаживания (AA samples) и количеством проходов сглаживания (AA passes) для снижения уровня шума. Чем выше значение AA samples, тем меньше изменений при каждом последующем проходе. Тем не менее настройка большого количества сэмплов в одном проходе, вероятно будет вычисляться быстрее, чем множество проходов с одним сэмплом каждый. Тестовый рендеринг фрагмента сцены (Shift+B), особенно проблемных участков даст вам возможность настроить сэмплирование сглаживания для финального рендеринга всего изображения.

« Методы рендеринга

Оглавление

Настройки рендеринга »