Render. Свойства Визуализатора. Вкладка Global Illumination

При визуализации проекта, множество вопросов вызывает освещение. Закладка Global illumination позволяет пользователям корректировать настройки общего освещения. Ни один качественный рендер невозможно сделать без учета этих настроек.

Вкладка Global Illumination.

Ambient Light

Ambient Intensity: Ambient Intensity контролирует всю освещенность, которая добавляется к проекту. Все поверхности находящиеся в пределах проекта будут получать заданное количество Ambient light (рассеянного света). Это наиболее приемлемое решение при изображении дополнительного источника света. Многие профессиональные 3D художники рекомендуют выставлять значение в данной настройке как можно меньше или полностью отключить. Взамен этого, для обеспечения приемлемого освещения всей картины, добавить больше комплексного освещения или использовать действительные источники света Global Illumination. В любом случае, при малых значениях Ambient light оптимизация любой картины может быть довольно эффективна, и при соответствующей установке будет довольно естественной, при этом сокращается время самой визуализации. Особенно это полезно при совместном использовании дополнительного освещения (additional lights) и/или диффузном перепаде освещения (radiosity bounces).
Ambient intensity является величиной яркости освещения и выполняет функцию множителя внешней окраски. Вы можете изменить данное значение для наглядного отображения в Preferences единиц яркости (кандела на квадратный метр). Начните работу со значения стоящего по умолчанию в.05 W/srm. Затем увеличивайте или уменьшайте данное значение для достижения желаемого уровня освещенности.

Ambient Color: Функция 'Ambient Color' позволяет установить цветовое значение для общего освещения, которое задается настройкой 'Ambient Intensity'. При использовании 'Ambient Intensity' крайне необходимо выбрать хорошее значение для Ambient Color и Intensity. Если представить, что данная настройка имитирует эффект накопления всех лучей рассеянного света в проекте, то это значительно облегчает выбор значения для цвета и интенсивности. При визуализации изображения для облегчения выбора цвета можно уменьшить значение Ambient Intensity до нуля. Присмотритесь к каждой части изображения и представьте, каким должно быть среднее значение тона или цвета. Это же значение должно быть выбрано и в Ambient Color.

Indirect Illumination

При визуализации любой картины modo позволяет вам использовать как прямые, так и косвенные источники света. При прямом освещении моделей используется 3D освещение для непосредственного освещения поверхностей. В то время как косвенное освещение обеспечивает общее освещение или мягкое полутоновое освещение визуализируемой модели, которая для получения тени использует окружающую среду и существующую геометрию. Не смотря на то, что эти два способа освещения рассчитываются по отдельности, в итоге, по умолчанию, для получения окончательного эффекта тени их результаты складываются вместе. У каждой модели есть свои преимущества. При совместном использовании было бы не плохо, оптимизировать скорость и качество обработки визуализированных изображений.

Прямое освещение (Direct Light) имеет определенные преимущества при определении точного расположения источника света. Поэтому при обработке пикселя, движок может просто моделировать изображение под прямыми лучами света и добавлять необходимые эффекты для создания тени. Такое непосредственное освещение очень быстро дает результаты по моделированию освещенности. Недостатком такого освещения является то, что данная модель не учитывает вторичное освещение, например прерывистый свет или свет от других светящихся поверхностей. Если планируется создать некоторое количество теней с плавными границами, то необходимо чтобы количество образцов, приходящееся на один источник света, было больше одного. Чем округлее требуется сделать грань, тем больше должно быть количество образцов.
Чтобы полностью понять принцип настроек косвенного освещения, необходимо сначала разобраться с техническим процессом косвенного освещения. Так как представления об источнике света исходящего от 3D источника или светящейся поверхности, а затем блуждающего в пространстве, находятся на подсознательном уровне, стоит прояснить, что в действительности процесс является не таким уж и простым. В процессе обработки поверхности, лучи испускаются с поверхности в произвольном направлении и обрабатываются только тогда, когда они достигают других поверхностей в сцене. Сумма данных вычислений и является тем фактором, который влияет на цвет и яркость исходной поверхности.

Для более точного понимания того, как косвенное освещение обрабатывается у точки на поверхности, представьте себе верхнюю половину прозрачной части Земли находящейся над поверхностью, таким образом, что нормаль поверхности точки проходит через Северный полюс. Лучи испускаются с поверхности заданной точки (объекта) и проходят через произвольные точки каждой ячейки, сформированные линиями широты и долготы, с условием того, что через одну ячейку проходит один луч. Эти лучи испускаются и взаимодействуют с другими поверхностями или окружающей средой, и поэтому тон, который они создают, и будет называться расчетной величиной косвенной освещенности («освещенность» является техническим определением поступающего света).

Теперь представьте, что нам необходимо затенить плоскую поверхность, с полностью темным окружающим фоном, за исключением одного светлого участка. Каждая затеняющая точка на поверхности будет испускать лучи, так как описано выше. При удачном стечении обстоятельств, в светлую область, в лучшем случае, попадет два луча, а остальные испускаемые лучи рассеются в темной области. С некоторыми точками, которые получают двойное освещение, в отличие от других, возможно, предсказать характер поверхности, будет ли он пятнист, при условии активации функции Irradiance Caching (или будет ли он шероховат, при выключении данной функции). В любом случае, при удачном разделении прозрачных полусфер (т. е. использовать как можно больше лучей), мы получим более менее однородное соотношение попаданий и промахов между соседними точками поверхности, сглаживающих затенение.

Не смотря на то, что в modo команда Indirect Illumination основывается на этом примере с полусферами, существует два различных подхода в использовании данных примеров. Метод, по умолчанию, использует методику Irradiance Caching. Концепция данной методики заключается в использовании меньшего количества более аккуратных и точных образцов, а так же их смешивания, при котором возможно достичь приемлемого качества изображения за меньшее время, чем при использовании пикселей худшего качества, которые часто являются причиной возникновения шероховатостей и искажений на изображении. При отключенном режиме Irradiance Caching, modo приступит к генерированию полусферических затемняющих образцов для каждого пикселя изображения. И как результат данной операции вам необходимо будет очень точно подобрать количество испускаемых лучей, так как указанное вами количество будет умножено на миллионы пикселей, из которых состоит ваше изображение. И это действительно очень большое число. При включенном режиме Irradiance Caching, modo разумно снимет образцы с данной картины в стратегически важных местах, а затем для более гладкой окончательной картины интерполирует их.

Для более простого понимания отличий функций Monte Carlo и Irradiance Caching (IC) стоит отметить, что в методе Monte Carlo для каждого отдельного расположения пикселя, используются образцы более низшего качества, в то время как IC использует меньше образцов, но гораздо высшего качества (больше лучей) и смешивает их вместе. И как результат метода Monte Carlo, когда образцы не достаточно аккуратны, то между соседними пикселями возникнут существенные разногласия, что приведет к образованию зернистости изображения. При использовании IC, конфликтные участки распределяются по всем образцам, что в конечном итоге приводит к эффекту их смазывания. Единственным способом исправить данный дефект метода Monte Carlo является просто увеличить количество лучей приходящих на один пиксель. Это в свою очередь может значительно увеличить время визуализации. IC предоставляет несколько эффективных решений для уменьшения искажений изображения. К этим решениям относятся: увеличение числа испускаемых лучей, активация опции Supersampling и увеличение числа образцов для проведения процесса смешивания (Interpolation Values).

Теперь, когда вы понимаете общую концепцию данных команд и они для вас стали более понятными, можно более эффективно корректировать свою работу пользуясь настройкой Indirect Illumination, по таким параметрам как производительность/качество.

Indirect Illumination Enable Toggle: Активируя данную настройку, вы активируете способность modo работать с Global Illumination.

Indirect Rays: Данное значение отображает количество образцов взятых для каждого пикселя, при использовании метода Monte Carlo в Indirect Illumination, Irradience Caching отключено. Увеличение данного значения приведет к улучшению качества, но в то же время увеличит время визуализации.

Indirect Bounces: Установленное значение по умолчанию в 1 единицу, означает то, что применяется эффект одного отскока, для расчета влияния окружающей среды поверхности. Это, конечно, менее точный способ, чем эффект multi-bounce, так как в реальности, фотон отскакивает отовсюду при освещении окружающего пространства. В любом случае, за счет снижения количества Indirect Bounces, снижается качество, но мы добиваемся значительного увеличения производительности. При увеличении числа Indirect Bounces, с первоначальной поверхности испускается косвенный луч, который отскакивает от первой поверхности, с которой он сталкивается, а затем продолжат свое движение в пространстве до столкновения с другой поверхностью. Так продолжается до тех пор, пока количество отскоков не будет равно количеству, указанному в настройке Indirect Bounces. Не стоит забывать о том, что при увеличении количества отскоков, увеличивается количество расчетов, так же как и время визуализации. Рекомендуется подогнать ваше изображение при помощи одного отскока, а затем, по желанию, увеличивать число отскоков, и посмотреть, на сколько сильным окажется влияние на качество окончательного изображения. Если сцена освещается одним небольшим источником света, то увеличение количества отскоков сильно скажется на общей яркости и виде изображения.

Для уменьшения количества необходимых отскоков, можно увеличить параметр Ambient Intensity во вкладке Global Illumination. Количество отскоков приводит к простому увеличению общей освещенности сцены, следовательно, увеличивается продолжительность визуализации. Что бы сократить время и не потерять качество изображения, необходимо установить Ambient Intensity равное количеству конечных отскоков, а число отскоков сократить.

Indirect Range: Данное значение определяет то, насколько далеко может пройти луч, при отражении от поверхности до полного его исчезновения. Данное значение можно эффективно применять при оптимизации процесса визуализации. Понижая значение Indirect Range, мы улучшаем скорость визуализации. Но стоит помнить, что слишком малое значение в данной настройке, может привести к неестественному эффекту освещения. Так как многие лучи, которые, в конечном счете, пересекутся с геометрической поверхностью для образования тени, могут оборваться и не осветить поверхность фоновым цветом геометрии, от которой они отскочили. Установив нулевое значение, вы отключаете Indirect Range.

Subsurface Scattering: когда в геометрии используется эффект Subsurface Scattering (SSS), данная опция позволяет выбрать варианты воздействия света на поверхность геометрии.
Существуют следующие варианты:

Direct Only: при выборе режима Direct Only, modo не будет использовать никакого косвенного (отраженного) света, а будет рассчитывать только SSS основанное на прямом освещении, то есть Directional Lights, Spotlights, Point Lights и другие. Данный режим очень полезен во многих случаях, так как воздействие Global Illumination на SSS является довольно не значительным.

Indirect Affects SSS: при выборе Indirect Affects SSS, modo будет использовать Global Illumination, а так же Direct Light (прямое освещение), для расчета эффекта SSS на поверхности геометрии.

SSS Affects Indirect: При выборе SSS Affects Indirect, modo будет рассчитывать отраженное косвенное освещение, учитывая настройки эффекта SSS.

Both: Настройка Both позволит функции Global Illumination влиять на расчеты SSS. Данная настройка является наиболее продуктивной в процессе визуализации.

Volumetrics Affect Indirect: При активации данной функции, modo будет учитывать эффект объемного свечения при выполнении расчетов Global Illumination.

Irradiance Caching

Enable: Включить Irradiance Caching. При визуализации косвенного освещения в modo, функция Irradiance Caching является методом применяющимся по умолчанию. Отключив данную функцию, modo начнет использовать более интенсивный метод Monte Carlo для расчета Global Illumination.

Irradiance Rays: Технически, Irradiance Rays очень схожи с Indirect Rays, в том, что это лучи испускаемые с поверхности для обеспечения косвенного освещения. Для большей удобности, modo имеет настройки как для Irradiance, так и для Indirect Rays, так как для этих двух форм Indirect Illumination требуется различное количество образцов. Irradiance Caching работает с образцами высшего качества, которые расположены в малом количестве по всему изображению, в то время как Indirect Illumination без Irradiance Caching для каждого пикселя использует образцы низшего качества. Наличие двух значений позволяет вам легко переключаться между Irradiance Caching и традиционным Indirect Illumination, без необходимости постоянно регулировать количество лучей для каждого образца.

Supersampling: После того, как все лучи были запущены для индивидуальной оценки освещенности, данная функция контролирует окончательный цвет луча в каждой ячейке полусферы, а затем инициирует прохождение дополнительных лучей сквозь те ячейки, которые сильно отличаются от соседних, получая тем самым более подробное изображение высококонтрастных зон окружающего фона и более точные расчеты. В среднем, дополнительно инициируется до 25% лучей, так например, если в настройке стоит число 100, то в действительности вы получаете 125 лучей. Для более качественной визуализации, рекомендуется изначально выставить в настройках число 125 и не включать опцию supersampling. Хотя для скорости визуализации, руководитель исследовательских работ Алан Хастингс/Allen Hastings, все же рекомендует держать эту опцию всегда включенной.

Irradiance Rate: Irradiance Caching плавно сопрягает соседние значения IC, но для того чтобы происходил данный процесс необходимо создать некоторое пространство между образцами. Irradiance Rate предполагает, что пространство, устанавливающее минимальное расстояние между образцами IC, рассчитывается в пикселях. Поэтому установленное значение 2.5, означает, что минимальное расстояние между двумя образцами будет в 2.5 пикселя. Увеличивая данное значение, вы увеличиваете IC расстояние для функции сопряжения. Это приведет к более гладкому результату. В любом случае, сильное увеличение данного значения приведет к потере четкости, на участках где требуется изобразить детали.

Irradiance Ratio: Если Irradiance Rate задает минимальное расстояние между IC значениями, то Irradiance Ratio задает максимальное расстояние. Данное отношение является множителем, так например, число в установке 6 умножается на 2.5, в итоге получаем значение 15, означающее, что IC значения будут находится на расстоянии не менее 2.5 пикселей и не дальше чем 15 пикселей. В конечном итоге, данное отношение уменьшает количество необходимых образцов находящихся вокруг сглаживаемых поверхностей, где изменения в эффекте затенения минимальны.

Interpolation Values: Настройка 'Interpolation Values' задает минимальное количество близлежащих значений для интерполяции. К примеру, установим значение 3. Если мы затеняем точку, и в состоянии найти только два близлежащих рассчитанных значения, то будет инициирован расчет нового значения в данной точке и окончательное освещение точки будет комбинацией всех трех значений. Таким образом, данная функция как бы сглаживает тень. Увеличение данного значения приведет к улучшению качества и соответственно увеличению времени визуализации.

Irradiance Gradients: Рассчитываемые для каждого IC значения, 'Irradiance Gradients' оценивают то, насколько сильно изменилась освещенность при изменении нормали поверхности (the rotational gradient) или положения поверхности (the translational gradient). Irradiance Gradients используются для улучшения интерполяции косвенного освещения среди Irradiance Values. В общем, пользователям можно оставить 'Both' в данной настройке. Тем не менее, существуют такие ситуации, в которых Translational Gradient может быть причиной искажений, например, когда диффузно отражающая поверхность находится в непосредственной близости с прозрачной поверхностью (крышка стола и лежащий на ней лист стекла). В таких случаях может появится эффект пятен, это легко исправить если в выпадающем окне установить функцию Rotation Only.

В modo601 функция Irradiance Gradients отсутствует.

Walkthrough Mode: Активируя 'Walkthrough', modo выполнит расчеты по Global Illumination только для первого визуализируемого кадра и в дальнейшем, будет использовать результаты данного расчета для последующих кадров. Не смотря на то, что это сильно экономит время, это так же делает невозможным какое-либо передвижение объекта в пределах картины, единственное возможное движение — движение камеры. Данная опция чрезвычайно полезна при архитектурной визуализации, когда зрителю представляется экскурсия по смоделированному месту, отсюда и название данной функции — Walkthrough. Помимо большой экономии времени, эта функция устраняет мерцание, часто присущее при анимации.

Load Irradiance Before Render: Использование 'Load Irradiance' дает возможность загрузить ранее рассчитанные результаты по освещенности из кэш памяти, куда они были сохранены при помощи функции 'Save Irradiance After Render'. Для использования, активируйте 'Load Irradiance' и при помощи кнопки browse укажите местоположение заранее созданного файла решения в.lxi формате. При включении опции, следующим действием будет загрузка указанного файла решений, это избавит от расчета освещенности каждый раз как создается картина. Очень полезно при создании серии снимков, где меняется только положение камеры.

Save Irradiance After Render: Использование функции 'Save Irradiance' позволяет сохранять результаты расчетов освещенности определенной картины и загружать эти расчеты в дальнейшем, для повторного использования. Для начала использования, активируйте 'Save Irradiance' и при помощи кнопки browse выберите имя файла и его месторасположение. Нажмите 'Save' для продолжения. Теперь при следующей визуализации вашей картины, данные по освещению будут сохранены на диск. Заметьте, что создаст IC файл непосредственно именно данная визуализация. Последующие визуализации не перезапишут результатов исходного варианта, если вы не отключите, а затем опять запустите данную функцию.

Caustics

Когда из-за свойств поверхности свет преломляется или отражается, то все эти искривленные лучи фокусируются вместе, создавая яркий рисунок, именуемый каустик (caustic). Для более точного представления о данном явлении, представьте себе игру света на дне плавательного бассейна или яркий солнечный зайчик от ветрового стекла проезжающего автомобиля в солнечный день. Моделирование данного эффекта в modo при помощи Global Illumination, весьма легкая процедура, так как каустик — естественный, побочный продукт при визуализации световых эффектов. Каустик, возникающий вследствие прямого света от световой области, удаленного света, точечного света и таких источников, которые требуют использование карт движения фотонов для расчета данного эффекта, активируются данной настройкой.

Direct Caustics: Данная опция дает команду modo рассчитывать каустики для всех преломляющих и отражающих поверхностей.

Total Photons: Установка общего числа фотонов задает предельное количество фотонов инициируемых для данной картины. Число фотонов делится между всеми активными 3D источниками света присутствующих в картине с уклоном на мощность света, тем самым сохраняя энергию.

Local Photons: Local Photons отображает количество фотонов необходимое для каждого отобранного пикселя. При визуализации пикселя, поиск вдоль поверхности определяет положение ближайшего фотона к числу Local Photon. Значение по умолчанию — 32, это указывает на то, что для визуализации каждого пикселя будет использовано 32 фотона. Увеличение данного значения приведет к более гладкому эффекту каустиков, но это будет в ущерб деталям. В это же время, уменьшение данного значения приведет к более резкому эффекту каустиков и увеличит зернистость изображения.

Indirect Caustics: Indirect Caustic (косвенный каустик) является естественным побочным продуктом при создании изображения под основным освещением, но если вы хотите контролировать создание данного каустика, у вас есть следующие возможности в настройках:

None: Никаких ограничений, все косвенные каустики будут присутствовать в картине.

Reflection Only: Рассчитываются каустики получившиеся только от отражающих поверхностей.

Refraction only: Рассчитываются каустики только получившиеся от преломляющих поверхностей.

Both: Рассчитываются каустики получившиеся в обоих случаях (от отражающих и преломляющих поверхностей)

При моделировании каустиков прозрачных поверхностей, например стаканов или бутылок содержащих жидкости рекомендуется, чтобы «жидкий» слой немного перекрывал «стеклянный». Между поверхностями ни в коем случае не должно быть промежутка.

Другие темы по настройке визуализации в modo:

Render. Команды Визуализации. Параметры.

Render. Свойства Визуализатора. Вкладка Frame.

Render. Свойства Визуализатора. Вкладка Settings.