VRay Lighting: Zgodovina videza in osnovna načela dela

Notranjost sloga v mansardi, potegnjenega z računalniško grafiko

Oglejte si sliko zgoraj. Mogoče bo nekdo zdaj zelo presenečen, vendar sploh niste fotografija, kot se zdi na prvi pogled, ampak narisana slika. Kako je bilo mogoče doseči takšen realizem? To je nekaj, kar bo posvečeno našem trenutnemu članku.

Če ste pravkar začeli raziskovati svet 3D modeliranja, se vam lahko material izkaže za koristnega. Morda ni veliko drugega z drugim, toda za splošni razvoj je mogoče prebrati članek. Torej, kako bi lahko umetnik naredil tako notranjo razsvetljavo.

Kaj je VRay

Najenostavnejši programski primitivi brez razsvetljave

Verjetno že poznate takšne programe za 3D simulacije kot 3Ds Max, Maya, Blender in podobno. Z osvetljevanjem prvega od njih smo celo nekako sprostili majhno lekcijo.

V tem članku smo se malo pogovarjali o vizualizaciji prizorov, v njihovih primerih pa smo uporabili orodja, vgrajena v program, vendar se, če se spomnite, številke v naših prizorih sploh niso povlekle realistično. Izpostavljena svetloba je imela številne lastnosti sedanjosti, vendar to ni bilo dovolj.

Ti isti primitivi s teksturami in razsvetljavo VRay

Da bi bila slika resnično realistična, uporablja tretje osebe (vizualizatorje), medije, kot so: finalRender, mentalRay, brasil r /s in junak našega pregleda je 3ds max VRay. VRay je najbolj priljubljen program, lahko celo rečemo, da je njegova priljubljenostDovolj vseh drugih vizualizatorjev skupaj. In najbolj zanimivo je, da je jedro programa razvilo več ljudi.

Zaradi tega dejstva, da njegovi izračuni uporabljajo najsodobnejše metode, ostaja na vrhuncu priljubljenosti. Njegova osnova je popolnoma Monte Carlo. Poleg tega ima ta program dodatne tehnične prednosti, ki mu omogočajo hitrejše izračune v primerjavi s tekmeci.

Načela vizualizatorja

VRay - nastavitev osvetlitve

Kot vsi vemo, je naša vizualna percepcija odvisna od sveta okoli nas. Brez tega, ali zakon spreminja njegovo porazdelitev ali samo spekter žarenja, bi popolnoma spremenili naš pogled na svet okoli nas.

Bistvo vsakega programa za upodabljanje je izračun parametrov svetlobe, barve in osvetlitve na poljubni točki na tridimenzionalni sceni. Naloga ni res preprosta in zahteva ogromno računalniško zmogljivost sodobnih procesorjev in grafičnih kartic. Zato je vse, kar vidimo v 3D grafiki danes, rezultat dolgega evolucijskega razvoja.

notranja razsvetljava vray: ustvarjanje 3D scene

Ampak naj gre samo za vrstni red.

Osvetlitev iz svetlobnih virov, ki so v neposrednem vidnem polju, je prva stvar, ki ste se jo naučili izračunati, ko ste jo naredili.

• Bistvo enostavne svetlobe v ravni črti pade na nek objekt na konstruirani sceni.Ta model izračuna je omogočil ustvarjanje senčenja in osvetlitve ozadja na Fongu, kar je omogočilo izvajanje izračunov glajenja barv odlagališč.površino in za to opravite osvetlitev zrcala.

Rezultat Fongove razsvetljave

• V prihodnosti je ta barva prejela več sprememb: Torrent, Lambert, Blinn in drugi.Vse do danes so še vedno osnova za enostaven izračun, čeprav so prejeli nekaj popravkov. Namreč:

1. Obračunavanje velikosti svetlobnega vira v prostoru, ki je omogočilo mehkejši rob za sence v osvetljenih predmetih;
2. Obračunavanje razdalje od svetlobnega vira do osvetljenega objekta, kar je omogočilo natančno določitev izumrtja svetlobe na njeni poti

Za pomoč! Pri korekciji zakon kvadratnega slabljenja intenzitete širi svetlobni žarek na daljavo.

Naslednja stvar, ki je bila podana vizualizatorjem, je zrcalna slika predmeta na odru iz okoliških predmetov in raven njegove preglednosti:

• Za izračun teh parametrov so razvijalci ustvarili metodo sledenja žarkom. Bistvo te metode je, da program izračuna prehod svetlobnih žarkov (skupaj z lomom) iz fotoaparata, vključno z vsemi predmeti, ki jih srečuje na svoji poti, ob upoštevanju lastnosti njihovih površin (in sicer preglednosti, ogledala).
• Ugotovljeno je bilo, da je ta metoda učinkovitejša, saj je obdelovala ne le žarke, ki so dosegli kamero. Kot rezultat, v osvetlitev predmeta postal vključeni vse okolice predmetov.

Nasvet! Taki izračuni so že zelo močninaložite računalniško strojno opremo. Če se odločite za prakticiranje prizorov s takšno razsvetljavo, mora imeti vaš sistem vsaj dober quad-jedrni procesor z običajno frekvenco in podporo za navodila AVX. V idealnem primeru je to močna večnitna pošast, bodisi i7 ali Ryzen 5 ali 7.

Načelo metode sledenja žarkom

• Vendar pa je bila za prve metode sledenja žarkov značilna bolj tog videz - predmeti so imeli preveč jasne odtenke in barve, ki niso ustrezali predstavitvi naravne svetlobe.
• Za rešitev problema je bila razvita drugačna metoda, imenovana DRT (sledenje distribucije žarkov). Njegovo bistvo je v tem, da na vsakem presečišču sledi žarek vzdolž njegove trajektorije z različnimi površinami, od katerih se vsaka točka nato razteza ne eno, ampak več žarkov. Ta zapleten proces je kot verižna reakcija.
• DRT je dovolil dobiti zamegljen odsev predmetov in njihov lom, vendar se je obseg fizičnih izračunov večkrat povečal. Ta metoda je vgrajena v VRay v Glossy parameter, lastnosti odboja in lom materialov.

razsvetljava vray - notranja

Tretja komponenta razsvetljave objekta je izračun razpršenih večkratnih odmevov svetlobe v okoliških predmetih. Podoben učinek v resničnem življenju je viden, če postavite dve ogledali pred seboj in pogledate eno od njih.

• Prva metoda tega izračuna je bila metoda radioaktivnosti. Danes je enakouporablja se, vendar se v večini primerov umakne naprednejšim Monte Carlo metodam in izračunu fotonskih zemljevidov.
• Metoda fotonskih zemljevidov za vsak objekt na odru ustvari ločeno bazo podatkov, v kateri je shranjen vsak stik površine z virtualnimi fotoni - zabeležena je smer in energija fotona ter koordinate trka. V tem primeru foton pomeni določeno količino svetlobne energije, ki se širi iz svetlobnega vira v določeni smeri.
• Dobljeni podatki se uporabljajo za oceno, koliko je predmet razsvetljen zaradi razpršenega razprševanja svetlobe na okoliških površinah.

Kartica s fotografijami, ki jo je prvotno ustvaril prikazovalec

Zanimivo vedeti! Vsi ometi, ki za izračune uporabljajo metodo fotonske kartice, računajo v dveh fazah. Na prvi se izvede sled fotona od svetlobnega vira do vseh površin v sceni in oblikujejo se fotonske karte. Na drugi strani se sledi izračuna v nasprotni smeri od kamere in zemljevidi, ki so bili pridobljeni prej, se uporabijo za izračun parametrov difuzijske svetlobe.

Zadnja komponenta 3D osvetlitve je izračun svetlobnih učinkov, ki so posledica različnih refrakcij in refleksij (fokusiranje in defokusiranje) iz različnih površin.

Kavstični učinek na primeru prozornega steklenega jabolka

Ti učinki se imenujejo jedki učinki. Banalen primer življenja lahko služi kot preprosta leča, ki lahko prehaja skozi žarkepošljite eno točko

Za izračun podobnih učinkov se lahko uporabi fotonski zemljevid, vendar je potreben lokalni zemljevid z zelo visoko gostoto, tako da se ustvarijo le, če je to nujno potrebno.

Skoraj zapleteno

Zdaj pa se malo razgibajmo z našimi možgani, pri čemer povzamemo vse zgoraj navedeno:

• Osvetlitev poljubne točke na sodobni 3d sceni ni nič drugega kot vsota štirih navedenih elementov. Za izvedbo popolnega in natančnega izračuna osvetlitvene točke prizorišča mora program izračunati vse žarke svetlobe, ki potujejo skozi njo v vse smeri.
• V zvezi s tem je treba vključiti osvetlitev na polobli, ki obkroža to točko, če točka pripada neprosojni površini.
• Če bo površina skozi samo svetlobo, bo razsvetljava vključena v kroglo.
• Za ustvarjanje osvetlitve v programu so sestavljeni kompleksni integrali, ki opisujejo vse komponente hkrati, natančneje: funkcije virov razsvetljave, lastnosti odboja in lom, vključno z razpršenim, so konstruirane.
• Vse funkcije, povezane z odboji in refrakcijami, so pogosto združene v eno skupino, imenovano BRDF (dvosmerna preslikava in funkcija prerazporeditve reflowa). Ti integrali nimajo natančne analitične rešitve, zato se za njihovo izračunavanje uporabljajo različne metode.

Integralni izračuni metode Monte Carlo

Ena od glavnih metod za iskanje integralnih vrednosti je metoda Monte Carlo, ki jo uporablja večina žbtridimenzionalna grafika in je dejansko postala "de facto" metoda. Njegovo bistvo je določiti vrednosti za integral kot vsoto določenega števila integralskih funkcij.

Izbere jih naključno, torej je osnovno načelo te metode pravila za izbiro zahtevanih vrednosti iz ogromnega nabora podatkov, ki določa natančnost in hitrost izračunov. Subintegralne funkcije, ki so izbrane s to metodo, se imenujejo vzorčenje.

Kljub množičnemu širjenju ima ta metoda veliko pomanjkljivost, saj imajo rešitve počasno konvergenco. To pomeni, da se za povečanje kakovosti izračunanih podatkov poveča število vključenih vzorcev, kar močno vpliva na količino računalništva in vključeno moč računalnikov.

Zanimivo vedeti! Če želite dvakrat povečati kakovost slike, boste morali vzorce uporabiti 4-krat več. V praksi nizka kakovost izračunov poteka v obliki različnih šumov in artefaktov.

Proces vizualizacije najpreprostejše scene

Metoda za uporabo fotonskih zemljevidov se je dejansko razvila kot alternativa metodi Monte Carlo za izračun difuzijske razsvetljave (ta način se uporablja v mentalnem žarku). Ta rešitev je upravičena, saj vam omogoča, da povečate hitrost in pravilnost izračunov, vendar obstajajo tudi pomanjkljivosti, povezane z velikimi zahtevami za spomin sistema in težavnost prikazovanja kotov, spojev in meja osvetljenih površin.

Jedro programa VRay temelji le na metodi Monte Carlo in na fotonuZemljevidi uporabljajo kot dodatek, za razliko od drugih vizualizatorjev.

Natančneje, to je tako:

1. Metoda Monte Carlo izračuna prvo difuzno ponovno refrakcijo, to je, da je žarek, ki pada na izračunano točko, na svoji poti že nekoč odbranjen od tujega subjekta.
2. Začenši z drugim odbojem, se lahko uporabi metoda fotonskih zemljevidov, čeprav to ni vedno tako.

V trajni terminologiji se prvi skok žarka svetlobe (reoperacija) imenuje prvi difuzni odboj, drugi pa sekundarni odboj (sekundarni izbruhi).

Ta rešitev je precej racionalna, saj večino difuzne svetlobe tvori drugi odskok - druge ne vpliva toliko z intenzivnim dušenjem velikega števila difuznih odsevov. Zato VRay zagotavlja natančnejše izračune in s tem visoko kakovostno sliko kot drugi vizualizatorji

.

Osnovni kontrolni parametri VRay

V tem razdelku si bomo ogledali glavne točke, ki so vključene v določanje parametrov tega prikazovalnika. Navodila za nastavitev notranje osvetlitve z lastnimi rokami ne bodo vray podatki, saj je ta material večinoma teoretičen. Vendar pa vam bomo ponudili nekaj fotografij, da boste bolje predstavljali, kje so nastavitve in kako vplivajo na prizor.

Razmislili bomo o praktični strani uporabe sistema VRay v enem od prihodnjih člankov, ko bo vaš podložni služabnik postal običajen, močan računalnik, primeren za te namene. Potem boUpoštevana in računalniška strojna oprema, optimalna za takšne rešitve.

VRay: vzorčevalnik QMC

Začnimo s parametri, ki določajo lastnosti metode Monte Carlo. Nahajajo se na zavihku vzorčenja QMC.

Meni nastavitev parametrov Monte Carlo

Tu navedeni parametri vplivajo na to, kateri vzorci bodo uporabljeni za vse izračune.

O vsem v redu:

• Zakleni pike - Ta element se uporablja za odpravljanje zamegljenosti slikovnih pik v animaciji. Če je pred postavko nastavljena kljukica, se ustvari toga vez za pike, tako da se njihove vrednosti ne spremenijo na sosednjih okvirjih. Zaradi dejstva, da je metoda Monte Carlo do neke mere naključna, se lahko iz nje dobljene vrednosti nekoliko razlikujejo. Če pa želite sliko obdelati v statičnem (nepremičnem) stanju, lahko ta parameter izklopite.
• Prilagoditev z učinki na vzorčenje končnega rezultata ali pomena - načelo dela bomo skušali opisati čim bolj preprosto. Dejstvo je, da se vzorci ne izračunavajo samo na področjih krogle in poloble nad izračunano točko. Imajo lahko geometrijsko predstavitev v obliki vzorčnih žarkov, ki se oddajajo iz določene točke. Ta metoda uporablja načelo pomembnosti vzorca za končni rezultat.
• Če ima vzorec majhen ali popolnoma ničelni vzorec, se izračuni v tej smeri ustavijo in obratno. Količina določa intenzivnost programa za uporabo te metode. Torej, če je njegova vrednost enaka 1 (največja vrednost je privzeta), preveritepredloži vsakemu vzorcu, in če je nič - izbira popolnoma izklopi.

Od tu postane jasno, da bo uporaba vzorčenja pomembnosti ugodno vplivala na hitrost računalništva, obenem pa ohranila dobro kakovost slike. Vendar pa se včasih kakovost rezultatov, zaradi naključnosti te metode, poslabša, zato da bi popravili situacijo, lahko to funkcijo izključite. Zato povečajte vrednost le, če to ne vpliva na kakovost.

Rezultat kakovostne upodobitve scene

• Prilagoditev z vzorčnimi vrednostmi ali zgodnja prekinitev(zgodnja izbris) je naslednja točka , s katero lahko VRay analizira velikost vzorca in prekine postopek, če so te vrednosti enake ali blizu vrednosti. Pomen je preprost - če se vrednosti ne razlikujejo, se sledenje prekine in uporabijo povprečne vrednosti, ki se odštejejo od že prejetih. Če je razlika v vrednostih visoka, se za več izračunov vzame veliko vzorcev.
• Znesek(privzeto: 0,85) vpliva na intenzivnost uporabe metode: 0 - metoda je izklopljena; 1 - uporablja se najmanjše število nosilcev. Za boljšo kakovost je treba ta parameter izklopiti, vendar boste dobili podaljšan čas upodabljanja scene.
• Minimalni vzorci- ta podpostavka je odgovorna za najmanjše možno število vključenih vzorcev.
• Prag hrupaje parameter, ki določa, ali je kakovost izvirne slike zadostna, s primerjavo ustvarjenih rezultatov s samim seboj. Če razlika presegadoločena vrednost, nato se uporabijo dodatni vzorci in obratno - izračuni se ustavijo. Ta parameter, tudi če sodimo po naslovu, neposredno vpliva na kakovost slike. Povečanje vrednosti doda sliki hrupa in zmanjša hitrost upodabljanja.

Vsi opisani parametri omogočajo VRayu sprejemanje odločitev o kakovosti in količini vzorcev, ki jih je treba uporabiti, kar močno vpliva na končno kakovost.

Hrup brez slike

Posredna osvetlitev VRay (GI)

Meni za globalne nastavitve osvetlitve

Kot je preprosto uganiti iz naslova, ta meni nadzoruje osnovne nastavitve osvetlitve v VRay. Ta prikazovalec lahko izračuna vsako od štirih komponent za osvetlitev posebej in ga po potrebi lahko konfigurira ali popolnoma izključi.

Glavne nastavitve so na zavihku Posredna osvetlitev, Kavstična, Sistemska in drugi. Na kratko analiziramo indirektno razpršeno osvetlitev in njeno konfiguracijo.

Osnovne nastavitve

Tukaj nam ponuja VRay, da lahko izbiramo med tremi razpoložljivimi metodami izračuna: Neposredno računanje, mapa obsevanosti, globalni fotonski zemljevid (fotonski zemljevid). In takoj je priložnost, da razpršeno refleksijo razdelimo na dve - prvi in ​​nadaljnji skok.

Za to smo že omenili zgoraj. Štiri kombinacije teh metod se lahko uporabijo za izračun razpršenih porušitev.

Vzpostavitev metod vzajemnosti

\ t

• Neposredna kompilacija (DC) ali Surova sila (groba sila) - bo uporabila metodo Monte Carla za svoje izračune. Subdivsoznačuje število vključenih vzorcev.
• Prva kombinacija je neposredna + neposredna. Njegova uporaba zagotavlja enakomerno porazdelitev na sceni svinčnika, brez zamegljenosti. Vendar pa je prizor zelo dolg.
• Na primer, če nastavite podpolje na 50 za prvo in naslednje zaporedje, bo število vzorcev v eni točki 2500, to pomeni, da bo število točk enako, in vsak od njih bo imel 2500 vzorcev, in tako naprej do omejitve QMC Zamislite si količino tega pretoka podatkov, ampak zato, ker bi jih sistem moral izračunati vse.
• V VRay-u je število privzetkov privzeto nastavljeno na 1, kar znatno zmanjša količino zahtevanih izračunov.
• Ta metoda ima še eno pomembno pomanjkljivost, zato se uporablja zelo redko. Ker se izračuni izvajajo za vsako posamezno točko, se na sliki pojavi šum. Znebite se ga lahko samo s povečanjem parametra subdivs, vendar kot že razumete, se bo čas upodabljanja takoj povečal.

Nastavitev parametra Subdivs

Naslednja možna kombinacija metod je dc + fotonski zemljevid. V tem primeru se sledenje žarka izvaja samo pri prvem odboju. Nadaljnja osvetlitev temelji na podatkih fotonskih zemljevidov. Ta način upodabljanja se zgodi veliko hitreje in še natančneje, če je dovolj gostota fotonskih zemljevidov.

Zemljevid irradianca

Nastavitev svetlobne karte

Ta metoda se bistveno razlikuje od prejšnje, ker ne izračuna vseh točk na sliki insamo nekaj Nadaljnja konstrukcija slike se izračuna z metodo interpolacije iz najdenih točk, kar ustvarja svetlobni gradient. Točke so določene v danem polmeru - njena velikost je odvisna od parametra Interp, ki omogoča, da izračun opravite le tam, kjer je to potrebno.

Zanimiv izbor točk, kjer se meritve opravijo za pripravo svetlobnega zemljevida. Ta postopek se izvaja v fazah, začenši z najnižjo ločljivostjo slike, ki se obdeluje, in konča do največje.

Ti parametri so prikazani v točkah Min in Max. Vnesene vrednosti so stopnja dveh, to pomeni, da 2 ustreza, in 0 je enota.

Izračun se izvaja po stopnjah, pri čemer kakovost slike postaja vse bolj:

• Naslednje zadeve, ki nas zanimajo, so Clr.thresh, Nrml.thresh in Dist. prag Tu so določene vrednosti barve (osvetlitev): meja, normalna in prostorska pozicija.
• V bistvu je to naš lahek zemljevid.
• Med končno vizualizacijo se vsi podatki vzamejo iz sestavljenega zemljevida v njegovo maksimalno kakovost, medtem ko se preostali podatki izračunajo z interpolacijo.
• V isti fazi so lahko vključene tudi dodatne točke. Ta proces se lahko aktivira v namestitvenih sistemih, ki imajo svoje vrednosti za osvetlitev slikovnih pik, ki so včasih različni od podatkov iz svetlobne karte.
• Če so te vrednosti nižje, se začne iskanje dodatnih točk. Od tu je mogoče sklepati, da se lahko na stopnji postavitve svetlobnih zemljevidov nastavitve supersemplinga poenostavijo, da se določiželeno kakovost slike. To se izvede pred začetkom zadnjega upodabljanja.
• Zato je kombinacija zemljevidov obsevanosti in fotonskih zemljevidov najbolj prilagodljiva pri vzpostavljanju super-vzorčenja.

Bo render prejel tridimenzionalno okolje

Metoda izračunov z lahkim zemljevidom se izvaja veliko hitreje kot DC, brez izgube kakovosti slike. Ta izračun je ena najbolj zanimivih najdb programa Vray. Mental Ray ima tudi metode računanja s podobnimi visokokakovostnimi rezultati, vendar opravi izračun brez izračuna spremembe geometrije in barve, za primerjavo z VRay pa je potrebno povečati število točk, kar neizogibno vpliva na hitrost upodabljanja.

Zemljevid Zemeljske osvetlitve + fotonski zemljevid je najhitrejša in najbolj kvalitativna metoda izračuna osvetlitve v prizoru in se uporablja v veliki večini primerov. Vendar pa obstajajo situacije, ko njegova uporaba postane nerazumna.

Na primer pri izračunu nočne razsvetljave, kjer ni dovolj fotonov ali če osvetljeni materiali nimajo razpršene razsvetljave. Nato izračun postane neskončen, brez kakršnih koli rezultatov. V teh situacijah je bolje uporabiti najnovejšo kombinacijo - Irradiance map + DC.

Na kratko povzemimo. Članek je izšel precej lahkotno, saj smo poskušali ne preobremeniti gradiva s terminologijo in razlikami, vendar pa proces dela z VRayjem ni razkrit. Prilagajanje razsvetljave zunanjega vraja ali drugih prizorov ni dovolj, vendar to ni presenetljivo, saj ljudje letos preučujejo lastnosti teh programov.

ZaZa boljše razumevanje teme vam priporočamo, da si ogledate videoposnetek. Nazadnje pa dodamo, da bo praktična uporaba sistema VRay podrobneje opisana v naslednjem članku na to temo, ki se bo zagotovo zgodilo v prihodnosti.