ВРаи Лигхтинг: историја изгледа и основни принципи рада

Унутрашњост цртежа у поткровљу нацртана помоћу компјутерске графике

Погледајте слику изнад. Можда ће неко сада бити веома изненађен, али ти уопште ниси слика, као што се на први поглед чини, већ нацртана слика. Како је могуће постићи такав реализам? То је нешто што ће бити посвећено нашем садашњем чланку.

Ако сте тек почели истраживати свијет 3Д моделирања, онда се материјал може показати корисним за вас. Можда нема много других ствари у вези са другим, али за општи развој могуће је прочитати чланак. Дакле, како би уметник могао да направи такав ентеријер.

Шта је ВРаи


Најједноставнији програмски примитиви без осветљења

Вероватно већ знате такве програме за 3Д симулације као 3Дс Мак, Маиа, Блендер и слично. Осветљавајући прву од ових, чак смо некако пустили и малу лекцију.

У том чланку смо мало разговарали о визуализацији сцена, ау њиховим примјерима користили смо алате уграђене у програм, али ако се сјећате, бројке у нашим сценама се уопће нису повлачиле реално. Изложена светлост је, међутим, поседовала многе особине садашњости, али то није било довољно.

Ти исти примитиви са текстурама и ВРаи осветљењем

Да би слика била реалистична, она користи треће стране рендер програме (визуелизаторе), медије као што су: финалРендер, менталРаи, брасил р /с и херој нашег прегледа је 3дс мак ВРаи. ВРаи је најпопуларнији програм, можемо чак рећи и његову популарностДовољно свих других визуелизатора у комбинацији. И најзанимљивије је да је језгро програма развило неколико људи.

Ова визуализација остаје на врхунцу популарности због чињенице да њени прорачуни користе најнапредније методе. Његова основа је потпуно Монте Царло. Поред тога, овај програм има и додатне техничке предности које му дају брже рачунање, у поређењу са ривалима.

Принципи визуализатора


ВРаи - подешавање осветљења

Као што сви знамо, наша визуална перцепција зависи од света око нас. Без тога, да ли закон мења своју дистрибуцију или само спектар сјаја, потпуно бисмо променили наш поглед на свет око нас.

Суштина сваког програма за рендерера је израчунавање параметара светлости, боје и осветљења на произвољној тачки на тродимензионалној сцени. Задатак није баш једноставан и захтева велику рачунарску снагу модерних процесора и графичких картица. Дакле, све што видимо у 3Д графици данас је резултат дугог еволуционог развоја.


враи унутрашње осветљење: стварање 3Д сцене

Али хајде да се вратимо на ред.

Осветљење из извора светлости које су у директној линији вида је прва ствар коју сте научили да израчунате када се прикаже.

  • Суштина једноставног светла у правој линији пада на неки објекат на конструисаној сцени.Овај модел израчунавања је омогућио стварање сјенчања и позадинског освјетљења на Фонг-у, што је омогућило извођење израчуна изглађивања боја депонијаповршину и обавите позадинско осветљење зрцала.


Резултат Фонг осветљења

  • У будућности, ова боја је добила неколико модификација: Торрент, Ламберт, Блинн и други.Сви они, до данашњег дана, и даље су основа за једноставан израчун, иако су добили неке ревизије. Наиме:
  1. Обрачунавање величине извора светлости у простору, што је омогућило да се добије мекша ивица за сенке у осветљеним објектима;
  2. Обрачунавање удаљености од извора светлости до осветљеног објекта, што је омогућило да се прецизно одреди изумирање светлости на њеном путу

За помоћ! У корекцији, закон квадратног слабљења интензитета пропагира сноп светлости из даљине.

Следеће што је визуализаторима предочено је зрцална слика објекта на позорници из околних објеката и ниво његове транспарентности:

  • Да би израчунали ове параметре, програмери су креирали методу праћења зрака. Суштина ове методе је да програм израчунава пролаз свјетлосних зрака (заједно са рефракцијом) из камере, укључујући све објекте које сусреће на свом путу, узимајући у обзир својства њихових површина (наиме, транспарентност, огледало).
  • Утврђено је да је ова метода учинковитија, будући да је обрађивала не само зраке које су досегле камеру. Као резултат тога, у осветљењу објекта постали су укључени сви околни објекти.

Савет! Такви прорачуни су већ веома јакиучитавање хардвера рачунара. Ако одлучите да практикујете сцене са таквим осветљењем, ваш систем мора имати барем добар куад цоре процесор са нормалном фреквенцијом и подршку за АВКС инструкције. И у идеалном случају, то је моћно чудовиште са више навоја, или 7 или Ризен 5 или 7.

Принцип методе праћења греде

    Међутим, за прве методе трасирања зрака карактеристична је ригиднија слика - објекти су имали превише јасне нијансе и боје, што није одговарало репрезентацији природне свјетлости.
  • За решавање проблема развијен је другачији метод, назван ДРТ (дистрибутивни раи трацинг). Његова суштина лежи у чињеници да се на свакој раскрсници путања прати дуж њене путање са различитим површинама, од којих се свака тачка тада простире не једним већ неколико зрна. Овај сложени процес је нешто као ланчана реакција.
  • ДРТ је дозволио да добије замућене рефлексије објеката и њихову рефракцију, али је обим физичких израчунавања нарастао много пута. Овај метод је уграђен у ВРаи у Глосси параметар, својства рефлексије и преламања материјала.

враи осветљење - ентеријер

\ т Трећа компонента осветљавања објекта била је израчунавање дифузних вишеструких реверберација светлости у околним објектима. Сличан ефекат у стварном животу може се видети ако ставите два огледала један испред другог и погледате један од њих.

  • Прва метода ове калкулације била је метода радиоситија. Данас је истопримењује се, али је у већини случајева уступила место напреднијим Монте Царло методама и прорачуну фотонских мапа.
  • Методом фотонских мапа, за сваки објекат на сцени, ствара се посебна база података у којој се чува сваки контакт површине са виртуалним фотонима - снимају се правац и енергија фотона, као и координате судара. У овом случају, фотон значи одређену количину светлосне енергије која се шири од извора светлости у одређеном правцу.
  • Добијени подаци се користе за процену осветљености објекта због дифузног распршења светлости на околним површинама.


Фото картица оригинално генерисана рендерером

Занимљиво је знати! Сви рендери који користе метод фотонских картица за рачунање изводе рачунање у две фазе. Прво се изводи траг фотона од извора светлости до свих површина унутар сцене и формирају се фотонске мапе. У другом, траг се израчунава у супротном смеру од камере, а карте добијене раније се користе за израчунавање параметара дифузионог светла.

Последња компонента 3Д осветљења је израчунавање светлосних ефеката који настају из различитих преламања и рефлексија (фокусирање и дефокусирање) са различитих површина.


Каустични ефекат на примеру прозирне стаклене јабуке

Ови ефекти се називају каустични ефекти. Банални примјер живота може послужити као једноставан објектив који може проћи кроз њега зракепослати један поен

Фотонска мапа се може користити за израчунавање сличних ефеката, али је потребна локална мапа са веома великом густином, тако да се стварају само када је то апсолутно неопходно.

Скоро комплицирано

Сада хајде да се мало хвалимо нашим мозгом, сумирајући све горе наведено:

  • Осветљење произвољне тачке у модерној 3д сцени није ништа друго до сума поменуте четири компоненте. Да би се извршио потпуни и тачан прорачун тачке осветљења сцене, програм мора израчунати све зраке светлости које пролазе кроз њу у свим правцима.
  • С тим у вези, неопходно је интегрисати осветљење у хемисфери око ове тачке ако та тачка припада непрозирној површини.
  • Ако ће површина проћи кроз саму свјетлост, расвјета ће бити интегрирана у сферу.
  • Да би се створило осветљење у програму, изграђују се комплексни интеграли који описују све компоненте одједном, тачније: функције извора осветљења, својства рефлексије и рефракције, укључујући и дифузне.
  • Све функције које се односе на рефлексије и ломове често се групишу у једну групу која се зове БРДФ (двосмјерно мапирање и функција дистрибуције рефлова). Ови интеграли немају тачно аналитичко решење, тако да се за израчунавање користе различити методи.


Интегрални прорачуни Монте Царло методе

Једна од главних метода за проналажење интегралних вриједности је Монте Царло метода коју користи већина рендератродимензионална графика, и заправо је постала "де фацто" метода. Његова суштина је да одреди вредности за интеграл, као суму одређеног броја интегралних функција.

Он их бира насумице, односно, основни принцип ове методе су правила за избор потребних вредности из огромног низа података, која одређује тачност и брзину израчунавања. Субинтегралне функције које се бирају овим методом називају се узорковања.

Упркос масовном ширењу, метода има значајан недостатак, а то је да рјешења имају спору конвергенцију. То је, да би се повећао квалитет израчунатих података, повећање броја укључених узорака, што у великој мери утиче на количину рачунара и укључену снагу рачунара.

Занимљиво је знати! Ако желите да двапут повећате квалитет слике, онда ћете морати да примените узорке у 4 пута више. У пракси, низак квалитет прорачуна се излијева у облику разних бука и артефаката.


Процес визуализације најједноставније сцене

Метод за употребу фотонских мапа, заправо развијен као алтернатива Монте Царло методи за израчунавање дифузионог осветљења (на овај начин се користи у менталном зраку). Ово решење је оправдано, јер вам омогућава да повећате брзину и тачност израчунавања, али постоје и недостаци који су повезани са великим захтевима за меморијом система и тешкоћом приказивања углова, спојева и граница осветљених површина.

Језгро ВРаи програма заснива се само на Монте Царло методи и на фотонумапе користе као додатак, за разлику од других визуелизатора.

Тачније, то је случај:

    \ т
  1. Метода Монте Карло израчунава прву дифузну ре-рефракцију, тј. Зрак који пада на израчунату тачку, на свом путу је већ једном био рефлектован од стране субјекта.
  2. Почевши од другог одраза, може се користити метода фотонских мапа, иако то није увек случај.

У трајној терминологији, први скок снопа зрака (реоперација) се назива Први дифузни одбијени, а остатак - секундарни одбојци (секундарни избојци).

Ово решење је прилично рационално, јер се већина дифузног светла формира од другог одбијања - на друге не утиче толико интензивно пригушивање великог броја дифузних рефлексија. Из тог разлога, ВРаи обезбеђује прецизније прорачуне и, сходно томе, висококвалитетну слику од других визуелизатора

.

Основни ВРаи контролни параметри

У овом одељку, погледаћемо главне тачке које су укључене у подешавање параметара овог рендерера. Упутства о томе како да подесите унутрашње осветљење сопственим рукама неће бити враи подаци, јер је овај материјал углавном теоретски. Међутим, ми ћемо вам понудити неке фотографије тако да можете боље замислити гдје су поставке и како оне утјечу на сцену.

Размотрићемо практичну страну коришћења ВРаи-а у једном од будућих чланака када ће ваш потчињени слуга постати нормалан, моћан компјутер прикладан за те сврхе. Онда ће битиРазматрани и компјутерски хардвер, оптималан за таква решења.

ВРаи: КМЦ самплер

Почнимо са параметрима који одређују својства Монте Царло методе. Налазе се на картици КМЦ самплера.


Мени поставки параметара Монте Царло

Овде приказани параметри утичу на то који ће се узорци користити за све прорачуне.

О свему у реду:

  • Закључавање пиксела - Ова ставка се користи за уклањање замагљености пиксела у анимацији. Ако је испред ставке постављена квачица, креира се ригидно везивање за пикселе тако да се њихове вриједности не мијењају на сусједним оквирима. Због чињенице да је Монте Царло метода донекле случајна, добијене вриједности могу се незнатно разликовати. Међутим, ако је потребно обрадити слику у статичном (стационарном) стању, овај параметар се може искључити.
  • Прилагођавање ефектима на коначни резултат или узорковање важности - покушаћемо да опишемо принцип рада што једноставнијим. Чињеница је да су узорци израчунати не само у подручјима сфере и хемисфере изнад израчунате тачке. Они могу имати геометријску репрезентацију, у облику зрна узорковања, емитованих из одређене тачке. Овај метод примењује принцип значаја узорка за коначни резултат.
  • Ако узорак узорка има малу или апсолутно нулту вредност, онда се прорачуни у овом правцу заустављају и обрнуто. Количина одређује интензитет програма да би се користио овај метод. Дакле, ако је његова вредност једнака 1 (максимум је подразумевани) онда проверитепредаје сваком узорку, а ако је нула - избор се потпуно искључује.

Одавде постаје јасно да ће употреба узорковања важности имати благотворан ефекат на брзину рачунања, уз одржавање доброг квалитета слике. Међутим, понекад се квалитет резултата, због случајности овог метода, погоршава, а исправљање ситуације може искључити ову функцију. Због тога повећајте вредност само ако не утиче на квалитет.


Резултат квалитетне рендер сцене

  • Адаптација помоћу узорака вредности или раног завршетка(рано брисање) је следећа тачка , помоћу које ВРаи може анализирати величину узорка и прекинути процес ако су те вредности исте или близу вредности. Значење је једноставно - ако се вриједности не разликују, онда се трагање прекида и користе се просјечне вриједности, одузимају се од већ примљених. Ако је разлика у вриједностима висока, онда више израчуна узима много узорака.
  • Износ(Подразумевано: 0.85) утиче на интензитет коришћења методе: 0 - метода је искључена; 1 - користи се минимални број греда. За бољи квалитет, овај параметар би требао бити искључен, али умјесто тога ћете добити продужено вријеме рендерирања сцене.
  • Минимални узорци- ова под-ставка је одговорна за минимални могући број укључених узорака.
  • \ т Праг букеје параметар који одређује да ли је квалитет оригиналне слике довољан, поређењем генерисаних резултата са самим собом. Ако разлика прелазинаведену вредност, онда се користе додатни узорци, и обрнуто - прорачуни се заустављају. Овај параметар, чак и по наслову, директно утиче на квалитет слике. Повећање вредности додаје слици буке и смањује брзину рендеровања.

Сви описани параметри омогућавају ВРаиу да доноси одлуке о квалитету и количини узорака који ће се користити, што у великој мјери утиче на коначни квалитет.


Ноисе Но Имаге

ВРаи Индиректно осветљење (ГИ)


Мени глобалних подешавања осветљења

Као што је лако погодити из наслова, овај мени контролише основне поставке осветљења у ВРаи-у. Овај рендерер може појединачно да израчуна сваку од четири компоненте осветљења и, ако је потребно, може се конфигурисати или потпуно искључити.

Главна подешавања су на картици Индиректно осветљење, Каустик, Систем и други. Укратко ћемо анализирати индиректно дифузно освјетљење и његову конфигурацију.

Основна подешавања

И овде нам ВРаи нуди да изаберемо три доступне методе израчунавања: Директно рачунање, мапа иррадијанције, глобална мапа фотона (фотонске мапе). И одмах постоји могућност да се дифузна рефлексија подели на два - први и наредни скок.

За шта се то ради, већ смо споменули горе. Четири комбинације ових метода могу се користити за израчунавање дифузних пукотина.


Постављање метода реципроцитета

    \ т
  • Директна компилација (ДЦ) или брутална сила (груба сила) - ће узети методу Монте Карла за своје прорачуне. Субдивсозначава број укључених узорака.
  • Прва комбинација је директна + директна. Његова примена обезбеђује равномерну дистрибуцију на сцени оловке, без замућења. Међутим, сцена се дешава веома дуго.
  • На пример, ако поддвиље поставите на 50 за први и наредни низ, онда ће број узорака у једној тачки бити 2500, односно број бодова ће бити исти, и сваки од њих ће имати својих 2500 узорака, и тако даље до границе КМЦ Ви само замислите количину овог протока података, али зато што их систем треба све израчунати.
  • У ВРаи-у, број скокова по дефаулту је постављен на 1, што значајно смањује количину потребних израчунавања.
  • Ова метода има још један значајан недостатак, због чега се користи изузетно ријетко. Пошто се прорачуни изводе за сваку појединачну тачку, на слици се појављује шум. Можете га се ријешити само повећањем параметра субдивс, али као што већ знате, вријеме рендерирања ће се одмах повећати.


Постављање параметра Субдивс

Следећа могућа комбинација метода је дц + фотонска мапа. У овом случају, трасирање снопа се врши само при првом одбијању. Даљње освјетљење се заснива на подацима фотонских мапа. Овај начин приказивања се дешава много брже и још прецизније ако је довољна густина фотонских мапа.

Иррадианце мап


Постављање светлосне мапе

Овај метод се значајно разликује од претходног, јер не израчунава све тачке на слици, исамо неке Даља конструкција слике се израчунава методом интерполације из пронађених тачака, стварајући градијент светлости. Тачке су дефинисане у датом радијусу - величина зависи од параметра Интерп, који вам омогућава да извршите прорачун само тамо где је то потребно у овом тренутку.

Занимљив избор тачака у којима се врше мерења за израду светлосне мапе. Овај процес се изводи у фазама, почевши од најниже резолуције слике која се обрађује и завршава до максимума.

Ови параметри су приказани у Мин. Унесене вредности су степен два, односно 2 одговара, а 0 јединица.

Израчун се врши у фазама, при чему квалитет слике постаје све више:

  • Следеће ставке које нас занимају су Цлр.тхресх, Нрмл.тхресх и Дист. тхресх Овде су наведене вредности боје (осветљење): граница, нормална и за просторну позицију, респективно.
  • У суштини, ово је наша светла мапа.
  • Током коначне визуализације, сви подаци се узимају из композитне мапе у њен максимални квалитет, док се остатак израчунава интерполацијом.
  • У истој фази могу бити укључене и додатне тачке. Овај процес се може активирати у суперсемплинг инсталацијама, које имају своје вриједности за освјетљење пиксела, понекад се разликују од података из свјетлосне карте.
  • Ако су ове вредности ниже онда почиње тражење додатних тачака. Одавде се може закључити да се у фази постављања мапа светлости, поставке за супер-узорковање могу поједноставити да би се установили.жељени квалитет слике. Ово се ради пре него што почне завршна обрада.
  • Зато се комбинација метода мапирања зрачења и фотонске карте сматра најфлексибилнијом приликом постављања супер-узорковања.

Хоће ли рендер примити тродимензионално окружење

Метод рачунања са мапом светлости се изводи много брже од ДЦ, без губитка квалитета слике. Ова калкулација је један од најзанимљивијих налаза Враи програма. Ментал Раи такође има методе рачунања са сличним висококвалитетним резултатима, али извршава прорачун без израчунавања промене геометрије и боје, а да би се упоредио са ВРаи-ом потребно је повећати број тачака, што неминовно утиче на брзину рендерирања.

Мапа иррадианције + фотонска карта је најбржа и најквалитетнија метода израчунавања осветљења у сцени и користи се у великој већини случајева. Међутим, постоје ситуације када њена примена постаје ирационална.

На пример, приликом израчунавања ноћног осветљења где нема довољно фотона, или ако осветљени материјали немају дифузно осветљење. Тада израчун постаје бесконачан, без давања резултата. У таквим ситуацијама боље је користити најновију комбинацију - Иррадианце мап + ДЦ.

Укратко укратко. Чланак је изашао прилично лагано, јер смо покушали да не преоптеретимо материјал терминологијом и суптилностима, али док рад са ВРаи-ом није објављен. Прилагођавање осветљења екстеријера или других сцена није довољно, али то не изненађује, јер људи већ годинама проучавају својства таквих програма.

ФорДа бисте боље разумели тему, препоручујемо да гледате видео. На крају, додамо да ће практична употреба ВРаи-а бити детаљно описана у наредном чланку о овој теми, који ће се дефинитивно десити у будућности.