МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики
И.Б.Петров
1УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ (КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)
по изучению образовательного модуля Архитектурная визуализация с использованием Autodesk 3ds Max Design и mental ray
Санкт-Петербург
2012
Автор пособия: Петров Иван Борисович – старший преподаватель кафедры Компьютерного проектирования и дизайна Академии методов и техники управления («ЛИМТУ») Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики, член Союза дизайнеров России, дипломант Биеннале дизайна «Золотой Модулор 2003», лауреат премии Правительства Санкт-Петербурга в области литературы, искусства и архитектуры.
2УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
по изучению образовательного модуля Архитектурная визуализация с использованием Autodesk 3ds Max Design и mental ray
СПб:
СПбГУ ИТМО, 2012. –
Учебно-методическое пособие предназначено для изучения технологий программы Autodesk 3ds Max Design и mental ray при создании архитектурных визуализаций. Пособие используется во время лекционных и практических занятий, а также для самостоятельной работы. Материал включает в себя краткий конспект лекций, иллюстрации интерфейса, меню, панелей инструментов и диалоговых окон программы.
Рекомендовано к печати на заседании Ученого совета ЛИМТУ
«____»______________2012 г. протокол №____
ОГЛАВЛЕНИЕ
1Введение |
4 |
2Базовые концепции mental ray |
7 |
2.1Шейдеры |
7 |
2.2Глобальное освещение сцены |
10 |
2.3Финальная сборка |
18 |
2.4Фотонная карта |
20 |
2.5Окружающее |
22 |
3Общие рекомендации по использованию mental ray |
23 |
3.1Рекомендованные типы материалов |
23 |
3.2Источники света и расчет падающих теней |
24 |
3.3Управление экспозицией кадра |
25 |
ВВЕДЕНИЕ
mental ray® является одним из модулей визуализации программы Autodesk 3ds Max Design. Возможно, что это лучший модуль визуализации, обладающий невероятным потенциалом для дальнейшего развития.
Будучи более чем просто модулем визуализации, mental ray предлагает к использованию специальные типы материалов, фотометрические источники освещения, развитые инструменты управления итоговой визуализацией. Вы должны, начиная работу над новым проектом, заранее определиться с тем, какой модуль визуализации будет использоваться ‑ Default Scanline Renderer или mental ray renderer. От этого выбора зависит то, какими типами материалов и источников освещения можно будет пользоваться в работе: если будут использоваться стандартные типы материалов/источников света, то mental ray сможет с ними взаимодействовать (с определенными очень незначительными ограничениями); если предполагается использовать материалы/источники света, специфичные для mental ray, то стандартный модуль визуализации (Default Scanline Renderer) не сможет с ними работать.
Заметим, что не только mental ray может в своей работе создавать физически корректные модели освещения сцены, но он также может визуализировать все возможные визуальные феномены за счет использования полностью программируемых библиотек и шейдеров.
mental ray обладает потрясающе развитым параллелизмом в обработке информации. Множественные потоки данных обрабатываются параллельно (в одно и то же время) на одно- и многопроцессорных компьютерах или на нескольких компьютерах в рамках сетевой визуализации.
Важно, что только инкрементальные изменения в базе данных описания сцены обрабатываются от кадра к кадру при визуализации анимации. Это позволяет сохранить большое количество компьютерного времени по сравнению с другими алгоритмами расчета освещения сцены.
При использовании mental ray Вы сразу обратите внимание на несколько заметных отличий в окне визуализируемого кадра ‑ Rendered Frame Window (RFW). В отличие от стандартного визуализатора, который выводит в это окно результат работы строками пикселов сверху вниз, mental ray визуализирует кадр сегментами (buckets) – небольшими прямоугольными блоками пикселов. Как только очередной сегмент кадра обработан, в окне визуализируемого кадра черный фон в этом месте сменяется на новый фрагмент изображения (Рисунок 1). Это позволяет получить наглядное представление о ходе визуализации сцены.
Порядок обработки (визуализации) сегментов итогового изображения может быть различным. По умолчанию, mental ray выбирает такой порядок обработки, который позволяет минимизировать затраты оперативной памяти при переходе к следующему сегменту. При сетевой визуализации порядок обработки сегментов выбирается таким, чтобы минимизировать сетевой трафик и сбалансировать нагрузку на процессоры используемых в работе компьютеров.
Рисунок 1
Дополнительная
панель Reveal
предоставляет доступ к глобальным
настройкам управления сглаживанием,
качества расчета отражений/преломлений
в материалах и мягких теней, точностью
работы алгоритма Final
Gather
(Рисунок 2).
Рисунок 2
Вы можете быстро менять настройки визуализации, добиваясь либо улучшения качества финального изображения, либо повышения скорости его визуализации.
БАЗОВЫЕ КОНЦЕПЦИИ MENTAL RAY
Работая с mental ray, Вам необходимо хорошо понимать его базовые концепции.
Шейдеры (Shaders)
Шейдеры – это маленькие программы, решающие специфические задачи в процессе визуализации изображения трёхмерной сцены. В основном, каждый шейдер получает на входе определенные параметры и после их обработки возвращает результат основной программе. Для примера, если Вы используете шейдер, моделирующий дисторсии объектива съёмочной камеры, результатом будет искривленное изображение, визуализированное с учетом сделанных Вами настроек шейдера (Рисунок 3а и Рисунок 3б).
Рисунок 3а
Рисунок 3б
mental ray экстремально гибок в управлении шейдерами. Все шейдеры работают совместно при обработке (транслировании) данных сцены и визуализации итогового изображения.
Шейдеры могут быть применены к различным типам объектов сцены, таким как геометрические модели, источники освещения, съёмочные камеры. В зависимости от того, к чему Вы хотите применить шейдер, будет зависеть список возможных (доступных) шейдеров в окне Material/Map Browser.
Использование шейдеров можно сравнить с традиционной техникой картирования материалов, известной Вам по работе в программе Autodesk 3ds Max. Фактически, mental ray может работать с большинством типов карт, доступных в программе Autodesk 3ds Max. Например, если Вам необходимо использовать какое-то изображение для текстурирования поверхности объекта, то совершенно не требуется применять для этого специфический шейдер mental ray. Просто используйте стандартную карту типа Bitmap для достижения необходимого результата.
На следующих рисунках контурный шейдер используется для придания финальной визуализации «мультяшного» вида (Рисунок 4а и Рисунок 4б).
Рисунок 4а
Рисунок 4б
Помните, что шейдеры не ограничиваются только управлением свойствами материалов, они также могут контролировать источники освещения, съёмочные камеры и многое другое. Шейдеры могут быть использованы при расчете отражений лучей света, вычислении падающих теней, визуализации специальных эффектов глобального освещения сцены или вторичных зеркальных отражений/преломлений, а также многого другого.