VRay Lighting: Historie vzhledu a základní principy práce

Interiér výkresu ve stylu Loft vykreslen pomocí počítačové grafiky

Podívejte se na fotografii výše. Možná, že někdo je hodně překvapen, ale před nechcete fotografovat jak by se mohlo na první pohled zdát, a maloval obrazy. Jak bylo možné dosáhnout takového realismu? To je něco, co bude věnováno našemu současnému článku.

Pokud jste právě začal objevovat svět 3D modelování, materiál může být užitečné pro vás. S druhým nemusí být nic společného, ​​ale pro obecný vývoj je možné číst článek. Takže, jak by mohl umělec udělat takové vnitřní osvětlení vray.

Co je VRay

Nejjednodušší programové primitivy bez osvětlení

Jistě už víte, tyto programy pro 3D modelování jako 3ds Max, Maya, Blender a podobně. Osvětlením prvního z nich jsme dokonce nějakým způsobem vydali malou lekci.

V tomto článku jsme mluvili trochu o vykreslování scény ve svých příkladech pomocí nástrojů zabudovaných do programu, ale pokud si pamatuji, že údaje v našich scénách nejsou nakresleny realisticky. Vystavené světlo mělo mnoho vlastností současnosti, ale to nestačilo.

Stejné primitivy s textury a osvětlením VRay

Aby se obraz skutečně realistické renderer pomocí aplikací třetích stran (vizualizátory) prostředích, jako jsou tyto: finalRender, mentalRay, brasil r /s a ​​hrdinou naší recenzi - 3ds max VRay. VRay je nejoblíbenější program, můžeme dokonce říci, že jeho popularitaDost všech ostatních vizualizátorů dohromady. A velmi zajímavé bylo, že jádro programu vyvinulo několik lidí.

Tato render zůstává na vrcholu popularity vzhledem k tomu, že jeho výpočty používají nejpokročilejší metody. Jeho základem je zcela Monte Carlo. Kromě toho má tento program dodatečné technické výhody, které mu poskytují rychlejší výpočty ve srovnání se soupeři.

Principy vizualizátoru

VRay - nastavení osvětlení

Jak všichni víme, naše vizuální vnímání závisí na světu kolem nás. Bez ní, zda zákon mění své rozložení nebo jen spektrum záře, zcela změníme náš názor na svět kolem nás.

Podstatou každého programu pro vykreslování je výpočet parametrů světla, barvy a osvětlení v libovolném bodě na trojrozměrné scéně. Úkol není příliš jednoduchý a vyžaduje obrovskou výpočetní sílu moderních procesorů a grafických karet. Proto je vše, co vidíme v 3D grafice dnes, výsledkem dlouhého evolučního vývoje.

osvětlení interiéru: vytvoření 3D scény

Ale řekni si všechno o objednávce.

Osvětlení ze světelných zdrojů, které jsou v přímém pohledu, je první věc, kterou jste se naučili spočítat při vykreslování.

• Podstata jednoduchého světla v přímce spadá na nějaký objekt na postavené scéně.Tento model výpočtu umožňoval vytvořit stínicí a podsvícení na Fongu, který umožňoval provádět výpočty vyhlazování barev skládeka proveďte zrcadlový podsvícení.

Výsledek osvětlení Fong

• V budoucnu toto barevné zpracování dostalo několik úprav: Torrent, Lambert, Blinn a další.Všechny z nich jsou dodnes základem pro přímý výpočet, přestože obdrželi některé revize. Jmenovitě:

1. Účtování o velikosti zdroje světla v prostoru, který nám umožnil získat měkkou hranou na stíny v osvětlených předmětů;
2. Příspěvek vzdálenost od světelného zdroje do osvětleného předmětu, což umožňuje přesně určit slabé osvětlení na cestě

Za pomoc! V opravě zákon o kvadratickém útlumu intenzity šíří paprsek světla z dálky.

Další věc pidkorylosya programy vyzualyzatorov - zrcadlový obraz objektu na scéně okolních předmětů, stejně jako jeho transparentnost

• Pro výpočet těchto parametrů vývojáři vytvořili metodu sledování paprsků. Podstatou této metody je, že program vypočítá průchod světelných paprsků (s lomu) od fotoaparátu, včetně všech předmětů, které se setká, včetně vlastností jejich povrchů (tj, průhlednost, zrcadla).
• Bylo zjištěno, že tato metoda je účinnější, protože zpracovává nejen paprsky, které dosáhly fotoaparátu. V důsledku toho se v osvětlení objektu zapojily všechny okolní objekty.

Tip! Takové výpočty jsou již velmi silnénačtěte počítačový hardware. Pokud se rozhodnete cvičit scény s takovým osvětlením, musí váš systém mít alespoň dobrý čtyřjádrový procesor s normální frekvencí a podporu pro instrukce AVX. A v ideálním případě je to mocná multi-threaded monstrum, buď i 7 nebo Ryzen 5 nebo 7.

Princip metody průzkumu paprsku

• Pro první metody sledování paprsků však byl charakteristický tuhší obraz - předměty měly příliš jasné odstíny a barvy, které neodpovídaly reprezentaci přirozeného světla.
• Pro vyřešení problému byla vyvinuta jiná metoda nazvaná DRT (trace distribuce). Jeho podstatou spočívá ve skutečnosti, že na každém křižovatku vyzařuje paprsek podél jeho trajektorie různé povrchy, z nichž každý bod neroztahuje ani jeden, ale několik paprsků. Tento složitý proces je něco jako řetězová reakce.
• DRT umožnil rozmazané odrazy objektů a jejich lom, ale objem fyzických výpočtů se mnohokrát zvýšil. Tato metoda je vložena do VRay v parametru Lesklý, vlastnosti odrazu a lomu materiálů.

vray osvětlení - interiér

Třetím prvkem osvětlení objektu byl výpočet difuzních vícenásobných odrazů světla v okolních objektech. Podobný efekt v reálném životě může být viděn, pokud umístíte dvě zrcadla před sebe a podíváte se na ně.

• První metodou tohoto výpočtu byla metoda radiozity. Dnes je to stejnéje aplikován, ale ve většině případů ustupuje pokročilejší metody Monte Carlo a výpočet fotonických map.
• Metoda fotonických map pro každý objekt na jevišti vytváří samostatnou databázi, ve které je uložen každý kontakt povrchu s virtuálními fotony - zaznamenává se směr energie a fotonů i souřadnice kolize. V tomto případě foton znamená určité množství světelné energie šířící se ze světelného zdroje v určitém směru.
• Získané údaje se používají k odhadnutí toho, kolik osvětlení objektu je způsobeno rozptýleným rozptylem světla na okolních plochách.

Fotografická karta původně vygenerovaná vykreslovačem

Zajímá vás! Všechny vykreslování, které používají metodu fotonové karty pro výpočty, provádějí výpočty ve dvou fázích. Na prvním místě je provedena stopa fotonů ze světelného zdroje na všechny povrchy scény a vytvářejí se fotonické mapy. Na druhém místě je stopa vypočtena v opačném směru od kamery a dříve získané mapy se používají pro výpočet parametrů difúzního světla.

Posledním prvkem 3D osvětlení je výpočet světelných efektů, které jsou výsledkem různých refraktů a odrazů (zaostření a rozostření) z různých povrchů.

Žíravý účinek na příkladu transparentního skleněného jablka

Tyto účinky se nazývají žíravé účinky. Banální příklad života může sloužit jako jednoduchý objektiv, který může procházet paprskyodeslat jeden bod

Při výpočtu těchto účinků mohou být aplikovány fotonové mapy, ale budete potřebovat místní mapu s velmi vysokou hustotou, protože jsou vytvořeny pouze tehdy, pokud to nezbytně nutné.

Skoro složité

Teď se trochu chlubíme mozkem, shrnujícím všechny výše uvedené:

• Osvětlení libovolného bodu v moderní 3D scéně není ničím jiným než součtem uvedených čtyř složek. Aby bylo možné provést kompletní a přesný výpočet bodové osvětlení scény, program musí počítat všechny světelné paprsky procházející skrze ni ve všech směrech.
• V tomto ohledu je třeba integrovat osvětlovací polokoule, která obklopuje místo, pokud je bod patří neprůhledný povrch.
• Pokud bude povrch procházet samotným světlem, osvětlení bude integrováno do koule.
• V zájmu vytvoření osvětlení postavený komplex integrály, popisující všechny komponenty najednou, a konkrétněji, funkci světelných zdrojů, vlastnosti odrazu a lomu, včetně difúzní.
• Všechny funkce související odrazy a láme často kombinovány do jedné skupiny s názvem BRDF (dvunapravlennaya distribuční funkce mapování a zakřivené). Tyto integrály nemají přesné analytické řešení, takže pro jejich výpočet se používají různé metody.

Výpočty integrální metody Monte Carlo

Jednou z hlavních metod pro nalezení integrálních hodnot je metoda Monte Carlo používaná většinou renderůtrojrozměrné grafiky a ve skutečnosti se staly "de facto" metodou. Její podstatou je určit hodnoty integrálu jako součet určitého počtu integrálních funkcí.

Vybírá je náhodným způsobem, to znamená, že základním principem této metody jsou pravidla pro výběr požadovaných hodnot z obrovské řady dat, která určuje přesnost a rychlost výpočtů. Subintegrální funkce vybrané touto metodou se nazývají samplings.

Navzdory masivnímu rozšíření má tato metoda značnou nevýhodu, že řešení mají pomalou konvergenci. To znamená, aby se zvýšila kvalita vypočtených dat, zvýšení počtu zapojených vzorků, což výrazně ovlivňuje množství výpočetní techniky a související výkon počítače.

Zajímavé vědět! Chcete-li dvakrát zvýšit kvalitu obrazu, budete muset vzorky použít čtyřikrát více. V praxi dochází k nízké kvalitě výpočtů v podobě různých šumů a artefaktů.

Proces vizualizace nejjednodušší scény

Metoda využití fotonických map, která se ve skutečnosti vyvinula jako alternativa metody Monte Carlo pro výpočet difuzního osvětlení (tímto způsobem se používá v duševním paprsku). Toto řešení je odůvodněné, protože umožňuje zvýšit rychlost a správnost výpočtů, ale také nedostatky související s velkými požadavky na paměť systému a obtížnost zobrazení úhlů, spár a hranic osvětlených ploch.

Jádro programu VRay je založeno pouze na metodě Monte Carlo a fotonumapy používá jako doplněk, na rozdíl od jiných vizualizátorů.

Přesněji řečeno, je tomu tak:

1. Metoda Monte Carlo vypočítává první difuzní refrakce, tj. Paprsek, který dopadá na vypočtený bod, jeho cesta již byla odrazena od cizího subjektu.
2. Počínaje druhým odrazem lze použít metodu fotonických map, ačkoli tomu tak není vždy.

V trvalé terminologii se první odraz paprsku světla (reoperace) nazývá První difúzní skoky a zbytek - sekundární skáče (sekundární výbuchy).

Toto řešení je docela racionální, jelikož objem difuzního světla je tvořen druhým odrazem - jiní nejsou tak ovlivňováni intenzivním tlumením velkého počtu difuzních odrazů. Z tohoto důvodu VRay poskytuje přesnější výpočty a tím i vysoce kvalitní obraz než ostatní vizualizátoři

Základní parametry řízení VRay

V této části se podíváme na hlavní body, které se podílejí na nastavení parametrů tohoto rendereru. Pokyny, jak nastavit nastavení vnitřního osvětlení vlastním rukama, nebudou vray data, protože tento materiál je většinou teoretický. Nabízíme vám však pár fotografií, abyste si mohli lépe představit, kde jsou nastavení a jak ovlivňují scénu.

Uvažujeme o praktické stránce použití VRay v jednom z budoucích článků, kdy se váš submisivní sluha stane normálním a výkonným počítačem vhodným pro tyto účely. Pak to budeZvažoval a hardware počítače, optimální pro takové řešení.

VRay: vzorkovač QMC

Začneme parametry, které určují vlastnosti metody Monte Carlo. Jsou umístěny na kartě sampler QMC.

Nabídka nastavení parametrů Monte Carlo

Zde zobrazené parametry ovlivňují, jaké vzorky budou použity pro všechny výpočty.

O všechno v pořádku:

• Uzamknout na pixely - Tato položka se používá k odstranění rozmazání pixelů v animaci. Pokud je značka zaškrtnuta před položkou, vytvoří se pevná vazba pro obrazové body tak, aby se jejich hodnoty na přilehlých rámech nezměnily. Vzhledem k tomu, že metoda Monte Carlo je do určité míry náhodná, hodnoty z ní získané se mohou mírně lišit. Pokud však potřebujete obraz zpracovat staticky (stacionární), lze tento parametr vypnout.
• Přizpůsobení účinkem na konečný výsledek nebo vzorkování významu - pokusíme se co nejjednodušeji popsat princip práce. Faktem je, že vzorky jsou vypočteny nejen v oblastech koule a polokoule nad vypočteným bodem. Mohou mít geometrickou reprezentaci ve formě vzorkovacích paprsků vyzařovaných z určitého bodu. Tato metoda uplatňuje zásadu významu vzorku pro konečný výsledek.
• Pokud má vzorek vzorku malou nebo zcela nulovou hodnotu, pak se výpočty v tomto směru zastaví a naopak. Částka nastavuje intenzitu programu pro použití této metody. Takže pokud je jeho hodnota rovna 1 (maximální je výchozí), pak zkontrolujtepředává každému vzorku a pokud je nula - výběr je úplně vypnut.

Je zřejmé, že odběr vzorků použití význam bude mít pozitivní vliv na rychlost výpočetní, při zachování vysoké kvality obrazu. Někdy však kvalita výsledků, vzhledem k náhodnosti této metody se zhorší a nápravu situace může tuto funkci deaktivovat pouze. Zvyšte proto hodnotu, pouze pokud nemá vliv na kvalitu.

Výsledkem scény kvality vykreslení

• Úprava podle vzorkových hodnot ?? nebo předčasné ukončení(Early zničení) - následující položky, , kterým se hodnota VRay může analyzovat vzorky a přerušení procesu, pokud tyto hodnoty jsou stejné nebo podobné hodnoty. Význam je jednoduchý - pokud se hodnoty neliší, stopa je přerušena a použije průměrnou hodnotu vypočtenou od těch, které již obdrželi. Pokud je rozdíl v hodnotách vysoký, pak další výpočty obsahují mnoho vzorků.
• Částka(výchozí hodnota: 0,85) ovlivňuje intenzitu použití metody: 0 - metoda je vypnutá; 1 - používá se minimální počet nosníků. Pro lepší kvalitu by měl být tento parametr vypnut, ale místo toho získáte prodloužený čas vykreslení scény.
• Min vzorky- tato podpoložka odpovídá za minimální možný počet vzorků.
• práh šumu- parametr, který určuje, zda se tak kvalita výstupní obraz generovaný srovnáním výsledků s sebou. Pokud rozdíl překročízadaná hodnota, pak se použijí další vzorky a naopak - výpočty se zastaví. Tento parametr, a to i podle názvu, má přímý vliv na kvalitu obrazu. Zvýšením hodnoty se přidává obrázek šumu a snižuje se rychlost vykreslování.

Všechny popsané parametry umožňují společnosti VRay rozhodovat o jakosti a množství vzorků, které mají být použity, což výrazně ovlivňuje konečnou kvalitu.

Hluk bez obrazu

Nepřímé osvětlení VRay (GI)

Nabídka nastavení globálního osvětlení

Tak snadné hádat z názvu, toto menu ovládá základní nastavení osvětlení ve VRay. Tento vykreslovač může vypočítat každou ze čtyř světelných komponentů jednotlivě a v případě potřeby může být nakonfigurován nebo zcela odpojen.

Hlavní nastavení je na kartě Nepřímé osvětlení, žíravina, systém a další. Podívejme se stručně na nepřímé difuzní osvětlení a jeho konfiguraci.

Základní nastavení

A zde nabízí VRay možnost výběru ze tří dostupných metod výpočtu: Přímý výpočet, Irradiance map, Globální fotonová mapa (fotonové mapy). A okamžitě je možnost rozdělit difuzní odraz na dva - první a následné odskoky.

Co se děje, jsme již zmínili výše. Pro výpočet difuzních výbuchů lze použít čtyři kombinace těchto metod.

Zřízení metod reciprocity

• Přímá kompilace (DC) nebo Brute Force (brutální síla) - použije metodu Monte Carla pro jeho výpočty. Subdivudává počet použitých vzorků.
• První kombinace je přímá + přímá. Jeho aplikace zajišťuje rovnoměrné rozložení v tužce, bez rozmazání. Scéna však dělá velmi dlouhou dobu.
• Například, pokud nastavíte hodnotu subdivs 50 pro první a následné doskoků, počet vzorků v jednom bodě se rovná 2500, že počet bodů bude stejné, protože každý z nich je jeho 2500 vzorků, a tak dále, dokud neuslyšíte omezení QMC Jen si představte, kolik tohoto toku dat, ale proto, že by je měl systém vypočítat všechny.
• Ve verzi VRay je počet odskočení ve výchozím nastavení nastaven na 1, což významně snižuje množství požadovaných výpočtů.
• Tato metoda má další významnou nevýhodu, a proto je používána velmi zřídka. Protože výpočty se provádějí pro každý jednotlivý bod, objeví se v obraze šum. Můžete se ho zbavit pouze tím, že zvýšíte parametr subdivs, ale jak už rozumíte, okamžitě se zvýší doba vykreslování.

Nastavení parametru Subdivs

Další možnou kombinací metod je dc + fotonová mapa. V tomto případě se trasování paprsku provede pouze při prvním odrazu. Další osvětlení je založeno na datech fotonických map. Tento způsob vykreslování se děje mnohem rychleji a ještě přesněji, pokud je dostatečná hustota fotonických map.

Ostrovaná mapa

Nastavení světelné mapy

Tato metoda se výrazně liší od předchozí, protože nevypočítává všechny body na obrázku ajen některé Další konstrukce obrazu je vypočtena metodou interpolace z nalezených bodů, což vytváří světelný gradient. Body jsou definovány v daném poloměru - jejich velikost závisí na parametru Interp, který umožňuje provádět výpočet pouze tam, kde je potřebný v aktuálním okamžiku.

Zajímavý výběr bodů, ve kterých jsou prováděna měření pro sestavení světelné mapy. Tento proces se provádí postupně, počínaje nejnižším rozlišením zpracovávaného obrazu a končí až na maximum.

Tyto parametry se zobrazují v bodech Min a Max. Zadané hodnoty jsou stupněm dva, tj. 2 odpovídají a 0 je jednotka.

Výpočet se provádí postupně, přičemž kvalita obrazu se stává čím dál více:

• Následující položky, které nás zajímají, jsou Clr.thresh, Nrml.thresh a Dist. thresh Zde jsou určeny hodnoty barvy (osvětlení): mezní, normální a prostorová poloha.
• V podstatě je to naše světelná mapa.
• Během konečné vizualizace jsou všechna data převzata z kompozitní mapy na maximální kvalitu, zatímco ostatní jsou vypočteny interpolací.
• Ve ​​stejné fázi mohou být rovněž zahrnuty další body. Tento proces lze aktivovat v instalacích, které mají vlastní hodnoty pro osvětlení obrazových bodů, někdy se liší od dat ze světelné mapy.
• Pokud jsou tyto hodnoty nižší, spustí se vyhledávání dalších bodů. Od této chvíle lze konstatovat, že ve stadiu nastavení světelných map lze nastavení nadsestavby zjednodušit,požadovanou kvalitu obrazu. To se provádí před zahájením konečné renderace.
• Proto je kombinace metod ozařovací mapy + fotonových map považována za nejpružnější při nastavování super-vzorkování.

Bude render obdržen trojrozměrné prostředí

Metoda výpočtů se světelnou mapou se provádí mnohem rychleji než DC, bez ztráty kvality obrazu. Tento výpočet je jedním z nejzajímavějších nálezů programu Vray. Mental Ray má také metody pro výpočet podobnými výsledky kvality, ale provede výpočet bez výpočtu změny v geometrii a barvy, a aby mohly soutěžit s VRay muset zvýšit počet bodů, které nevyhnutelně ovlivní rychlost vykreslování.

ozáření mapa + foton mapa - nejrychlejší a kvalitativní způsob výpočtu světla ve scéně, a že se používá ve většině případů. Existují však situace, kdy se její aplikace stává iracionálním.

Například výpočet nočním osvětlením, což není dost fotony, nebo v případě, že materiály byly osvětleny rozptýlené osvětlení. Poté se výpočet stává nekonečným, aniž by bylo dosaženo žádných výsledků. V těchto situacích je lepší použít nejnovější kombinaci - Irradiance map + DC.

Stručně shrňme. Tento článek byl docela snadné, a tak jsme se snažili nedošlo k přetížení terminologii a jemnosti materiálu, ale dosud tento proces práce s VRay nebyly zveřejněny. Přizpůsobit vnější VRay osvětlení nebo jiné scény, které není dost, ale to není překvapující, protože lidé studovat vlastnosti těchto programů po celá léta.

ProPro lepší porozumění tématu doporučujeme sledovat video. Nakonec přidáme, že praktické využití VRay bude podrobně popsáno v dalším článku k tomuto tématu, který se v budoucnu rozhodně stane.