Визуализация интерьера (mental ray)

Это пособие позволит стать мастером по использованию модуля визуализации mental ray для интерьера в архитектуре за пару двухчасовых уроков.

Показанная ниже сцена пособия из файла \tutorials\fg+gi_start.max содержит комнату помещения со светом daylight/sunlight. Ко всем объектам применен новый материал Arch & Design [mental ray], который входит в mental ray 3.5 и включен в 3ds Max.

Сцена в окне

Визуализация сцены без учета рассеяния света (global illumination (GI)) дает довольно темное изображение, поскольку солнце (sun) освещает лишь часть сцены. Это идеальный случай для проверки алгоритмов GI, поскольку темные области освещены только непрямым светом.

Визуализация сцены

Примечание: Для достижения оптимального представления рекомендуется, по возможности, использовать материал Arch & Design mental ray. Этот материал использует сложную методику учета рассеяния, что может дать заметное общее ускорение. При сборе отскоков (final gather) возможно ускорение почти в 10 раз, особенно для блестящего пола, а также для материалов со слабым отражением. Улучшение может быть даже больше при увеличении числа отскоков.

Уровень мастерства: Почти мастер. Время урока: 3–4 часа.

Пособие содержит четыре раздела:

• В первом разделе описан сбор отскоков (Final Gather), включая multi bounce.

• Во втором разделе описаны фотоны. В mental ray включена методика непрямого освещения, ряд техник с фотонами объединены в mental ray под названием GI.

• В третьем разделе показано, как объединить сбор отскоков с фотонами для получения лучшего результата.

• В последнем разделе кратко показано, как объединить сбор отскоков (Final Gather) с внешней преградой (ambient occlusion).

Сбор отскоков (Final Gather)

Функция Final Gather (FG) рассеивает лучи по сцене. Каждая точка поверхности стен (pixel) испускает множество лучей. Яркость измеряется подсчетом количества лучей, падающих на данную точку поверхности.

настройка Final Gather:

1. Загрузка файла fg+gi_start.max из папки \tutorials\mental_ray.

Сцена настроена под визуализатор mental ray.

2. Вызов визуализации клавишей F9.

Это та же сцена, что в предыдущем разделе, она освещена только прямым светом из окна.

Визуализация сцены

3. Клавиша F10 открывает диалог Render Scene. На панели Indirection Illumination (непрямое освещение) в свитке Final Gather включение Enable Final Gather (разрешить) и выбор заготовки Draft (эскиз).

Включение FG

4. Вызов Render для расчета изображения.

Включение Final Gather дает более естественное освещение, позволяя свету дня (daylight) освещать темные части сцены.

Визуализация точек Final Gather (FG):

Для лучшего понимания основных принципов FG следует начать с точек FG.

1. В свитке Diagnostics панели Processing включение Visual > Enable и затем выбор Final Gather.

Включен тест FG

2. Визуализация сцены. Каждая точка FG имеет зеленый цвет.

От каждой точки FG модуль mental ray рассеивает пучок лучей в сцену, проверяя, как много лучей попадает в точку. Числом лучей управляет параметр Rays Per FG Point.

Интерполяция точек FG:

Интерполяция Num FG Points (число точек FG) определяет, как много точек FG использовано при подсчете конечного результата. При 30 по умолчанию интерполяция для каждой FG точки объединяет 29 соседей.

Следующий рисунок показывает увеличенную область изображения. Один pixel помечен красным крестом, красной линией обведено 8 ближайших FG точек. При значении Interpolate Over Num FG Points=8 модуль mental ray использует их для интерполяции.

Восемь точек интерполяции в красном контуре

Изображения показывают результат изменения Interpolate Over Num FG Points от 1 до 200.

Interpolate Over Num FG Points=1	Interpolate Over Num FG Points=5
Interpolate Over Num FG Points=30	Interpolate Over Num FG Points=200

При значении =1 в изображении много шума. Оно сглаживается при Num=5, но шума еще много, при Num=30 изображение реалистично, результат совершенно сглажен при Num=200.

Важно, что увеличение Interpolate Over Num FG Points не требует дорогой платы. Так Num = 200 всего на несколько минут дольше, чем 1. Это имеет место также для больших сложных сцен, визуализация которых длительна.

Почему не использовать 200 всегда? Потому что интерполяция удаляет мелкие детали. Например, потолок возле окна при 200 выглядит слишком плоским.

Интерполяция является лучшим выбором для быстрого получения изображение без помех.

Плотность (Density)

Следующим параметром является Initial FG Point Density (исходная плотность точек FG). Это плотность сети точек FG по всему изображению. Плотность (Density) определяет положение сети. Следующие изображения начинают с заготовки Draft, меняется только Density. Выключено Noise Filtering (None). Меняется Density от 0.01 до 4.0.

При увеличении значения растет число зеленых точек (точек FG) в изображении теста.

Initial FG Point Density=0.01	Initial FG Point Density=0.01 (diagnostic)
Initial FG Point Density=0.1	Initial FG Point Density=0.1 (diagnostic)
Initial FG Point Density=1.0	Initial FG Point Density=1.0 (diagnostic)
Initial FG Point Density=4.0	Initial FG Point Density=4.0 (diagnostic)

Это изображение уже показывает отличную детальность, но также содержит некоторый шум. Избавиться от шума проще всего увеличением Interpolation. Другой путь показан ниже.

Увеличение плотности дает больше деталей. Это рецепт для детальных сцен.

Лучей на точку (Rays Per Point)

Каждая точка FG испускает пучок лучей в сцену. Число лучей определяет параметр Rays Per FG Point. Меньшее значение дает результат быстрее, но оставляет шум. Большее значение уменьшит или удалит шум, но потребует больше времени для вычисления. Для показа влияния параметра следует начать с заготовки Low, затем отключить интерполяцию вводом Over Num FG Points = 1. Ввод Rays Per FG Point = 1. Затем вызов Render.

Видны отдельные FG точки, причем каждая испускает точно один луч.

Один луч на точку FG

Rays Per FG Point=4	Rays Per FG Point=50
Rays Per FG Point=500	Rays Per FG Point=10000

Изображение при 10000 лучей требует некоторого времени для расчета, оно достаточно хорошее и без интерполяции. Добавление небольшой интерполяции устранит остаток шума.

Плотность против лучей (Density versus Rays)

Когда следует увеличивать плотность сети, а когда число лучей на точку FG? Почему нет универсального контроля? Когда должно быть изменено число лучей на точку FG?

Много лучей требует сцена с высоким контрастом (небольшое яркое окно). Меньше лучей требует сцена с ровным освещением, как светлая комната офиса со многими источниками ночью (без daylight).

Типичны следующие значения:

• Меньше 50 лучей при равномерном освещении (низкий контраст).

• 100-500 для сцен со средним контрастом.

• 1,000-10,000 для сцен с высоким контрастом.

Контраст сцены пособия очень высок – около 100,000 люкс от sun близ окна. Остаток сцены не получает прямого освещения, внутри комнаты источников нет.

Кратный отскок (Multi bounce)

Углы сцены еще темны, поскольку использовано FG без отскоков лучей от объекта к объекту. Однако подоконник и коридор могут быть освещены только лучами, отраженными несколько раз: от окна на стену и от стены в коридор. Стена за софой требует несколько отскоков для попадания в sun.

С целью решения проблемы увеличение Diffuse Bounces до 5.

Увеличение отскоков распределяет свет по сцене. Для средних сцен достаточно 5 отскоков. очень светлые сцены требуют до 10 отскоков, интерьеры с темной текстурой – не более 3.

Увеличение числа отскоков замедляет расчет изображения. Использование пяти отскоков займет почти во столько же раз больше времени на визуализацию.

Визуализация заготовки Draft при Diffuse Bounces = 5 дает достаточно яркое изображение.

При излишней яркости следует подобрать Logarithmic Exposure Control > Brightness. В этой сцене взято 28.8 вместо 65.5 по умолчанию.

Проверка общей яркости визуализацией с Draft является хорошей практикой. Упрощается подбор контроля экспозиции.

Затем можно добавить детальность (density) и уменьшить шум интерполяцией и увеличением числа лучей на FG точку.

Заготовка Medium может уменьшить шум и артефакты. Выбор заготовки Medium при Diffuse Bounces = 5.

Изображение выглядит достаточно хорошо, однако повысить качество можно:

• увеличение плотности отобразит больше деталей, таких как контактные тени.

• увеличение интерполяции сгладит изображение.

• Увеличение числа лучей.

Заготовка Medium не показывает много шума, так что можно ограничиться увеличением Initial FG Point Density (контроль детальности в свете) до 2.0, и Interpolate Over Num. FG Points до 50.

Включение Final Gather Map > Read/Write File, щелчок кнопки с многоточием [...], и ввод имени файла tut_mediumPlus.fgm. Это сохранит информацию FG на диске, так что потом можно быстрее испытать разные варианты интерполяции.

Дальнейшее улучшение состоит в сглаживании вокруг окна увеличением Samples per Pixel до 4-16. Действия не зависят от FG для любой визуализации.

Initial FG Point Density=2.0; Rays per FG Point=250

Визуализация с Interpolate Over Num. FG Points = 100 дает великолепное сглаженное изображение. Еще лучшее изображение можно получить при увеличении Rays Per FG Point.