VRay Осветление: История на външния вид и основни принципи на работа - Ремонт на апартамента със собствените си ръце, строителство, дизайн

Интериор на чертежа в стил Loft, рисуван с помощта на компютърна графика

Разгледайте снимката по-горе. Може би някой ще бъде много изненадан сега, но въобще не сте снимка, както изглежда на пръв поглед, а начертана картина. Как е възможно да се постигне такъв реализъм? Това е нещо, което ще бъде посветено на настоящата ни статия.

Ако току-що сте започнали да изследвате света на 3D моделирането, тогава материалът може да се окаже полезен за вас. Може да няма много общо с другото, но за общо развитие е възможно да се прочете една статия. И така, как може художникът да направи такъв интериорен осветление.

Какво е VRay

Най-простите програмни примитиви без осветление

Вероятно вече знаете такива програми за 3D симулации като 3Ds Max, Maya, Blender и други подобни. Като осветяваме първата от тях, ние дори някак си пуснахме малък урок.

В тази статия говорихме малко за визуализацията на сцените и в техните примери използвахме инструментите, вградени в програмата, но ако си спомняте, цифрите в нашите сцени изобщо не се плъзнаха реалистично. Изложената светлина обаче притежаваше много свойства на настоящето, но това не беше достатъчно.

Същите тези примитиви с текстури и VRay осветление

За да направи изображението наистина реалистично, то използва трети странични програми за визуализация (визуализатори), средни като: finalRender, mentalRay, brasil r /s и героят на нашия преглед е 3ds max VRay. VRay е най-популярната програма, можем дори да кажем, че нейната популярностДостатъчно от всички други визуализатори, комбинирани. И най-интересното е, че ядрото на програмата е разработено от няколко души.

Тази рентабилност остава на върха на популярност поради факта, че нейните изчисления използват най-напредналите методи. Неговата основа е изцяло Монте Карло. В допълнение, тази програма има допълнителни технически предимства, които му придават по-бързи изчисления в сравнение с конкурентите.

Принципи на визуализатора

VRay - настройка на осветлението

Както всички знаем, нашето визуално възприятие зависи от света около нас. Без него, независимо дали законът променя неговото разпределение или просто спектърът на блясъка, ние напълно ще променим нашия поглед върху света около нас.

Същността на всяка програма за визуализатора е изчисляването на параметрите на светлината, цвета и осветяването в произволна точка на триизмерна сцена. Задачата не е много проста и изисква огромна изчислителна мощ на съвременните процесори и графични карти. Следователно, всичко, което виждаме в 3D графиката днес, е резултат от продължително еволюционно развитие.

вътрешно осветление: създаване на 3D сцена

Но нека разгледаме заповедта.

Осветлението от източници на светлина, които са в пряка видимост, е първото нещо, което сте се научили да изчислявате, когато се визуализира.

Същността на простата светлина в права линия пада върху някакъв обект на изградената сцена.Този модел на изчисление позволява да се създаде засенчване и фоново осветление на Фонг, което позволява да се извършат изчисления на изглаждането на цветовете на депатаповърхност и извършване на осветление за него.

Резултатът от осветлението на Фонг

В бъдеще това оцветяване е получило няколко модификации: Torrent, Lambert, Blinn и други.Всички те и до днес продължават да бъдат основа за просто изчисление, въпреки че са получили някои ревизии. А именно:

Отчитане на размера на светлинния източник в пространството, което позволява да се получи по-мек ръб за сенките в осветените обекти;
Отчитане на разстоянието от светлинния източник до осветения обект, което позволява точно да се определи изчезването на светлината по пътя]

За помощ! При корекцията законът за квадратично затихване на интензитета разпространява лъч светлина от разстояние.

Следващото нещо, което беше представено на визуализаторите, е огледалното изображение на обекта на сцената от околните обекти и нивото на прозрачност:

За изчисляване на тези параметри разработчиците са създали метод за проследяване на лъчи. Същността на този метод е, че програмата изчислява преминаването на светлинните лъчи (заедно с пречупването) от камерата, включително всички обекти, които среща по пътя си, като се вземат предвид свойствата на техните повърхности (а именно, прозрачност, огледало).

Съвет! Такива изчисления вече са много силнизареждане на компютърен хардуер. Ако решите да практикувате сцени с такова осветление, вашата система трябва да има поне добър четириядрен процесор с нормална честота и поддръжка на AVX инструкции. И в идеалния случай, това е мощно многонишково чудовище, било то 7 или Ryzen 5 или 7.

Принцип на метода за проследяване на гредата

За решаването на проблема беше разработен различен метод, наречен DRT (проследяване на разпределителните лъчи). Нейната същност се състои в това, че при всяко пресичане една греда се проследява по траекторията й с различни повърхности, от които всяка точка се простира не по един, а в няколко лъча. Този сложен процес е нещо като верижна реакция.
DRT позволява да се получат замъглени отражения на обекти и тяхното пречупване, но обемът на физическите изчисления нараства многократно. Този метод е вграден в VRay в параметъра Glossy, свойствата на отражението и пречупването на материалите.

осветително тяло - интериор

Третият компонент на осветяването на обекта е изчисляването на дифузни множествени реверберации на светлината в околните обекти. Подобен ефект в реалния живот може да се види, ако поставите две огледала един срещу друг и погледнете един от тях.

Първият метод на това изчисление е методът за радиоизмерване. Днес е същотосе прилага, но в повечето случаи отстъпва на по-напредналите методи на Монте Карло и изчисляването на фотонни карти.
Методът на фотонни карти за всеки обект на сцената създава отделна база данни, в която се съхранява всеки контакт на повърхността с виртуални фотони - записват се посоката и фотонната енергия, както и координатите на сблъсъка. В този случай, фотон означава определено количество светлинна енергия, разпространяваща се от светлинен източник в определена посока.
Получените данни се използват, за да се прецени доколко осветеният обект се дължи на разсейване на дифузна светлина върху околните повърхности.

Фотокарта, първоначално генерирана от визуализатор

Интересно е да се знае! Всички матрици, които използват метода на фотонната карта за изчисления, извършват изчисления на два етапа. Първоначално се извършва следа от фотони от светлинния източник до всички повърхности в сцената и се формират фотонни карти. На втория, следата се изчислява в противоположна посока от камерата и картите, получени по-рано, се използват за изчисляване на параметрите на дифузионната светлина.

Последният компонент на 3D осветлението е изчисляването на светлинните ефекти, които са резултат от различни пречупвания и отражения (фокусиране и дефокусиране) от различни повърхности.

Каустичен ефект върху пример на прозрачна стъклена ябълка

Тези ефекти се наричат каустични ефекти. Банален пример за живот може да служи като обикновен обектив, който може да премине през негоизпрати една точка

За изчисляване на подобни ефекти може да се използва фотонна карта, но се изисква локална карта с много висока плътност, така че те се създават само когато е абсолютно необходимо.

Просто сложно

Сега нека се похвалим малко, като обобщим всичко по-горе:

В тази връзка е необходимо да се интегрира осветяването в полусферата около тази точка, ако точката принадлежи на непрозрачна повърхност.
Ако повърхността ще премине през самата светлина, осветлението ще бъде интегрирано в сферата.
За да се създаде осветление в програмата, се изграждат комплексни интеграли, които описват всички компоненти едновременно, и по-специално: функциите на източниците на осветление, свойствата на отражението и пречупването, включително дифузните.
Всички функции, свързани с отражения и пречупвания, често се групират в една група, наречена BRDF (двупосочно картографиране и функция на разпределение на преформатиране). Тези интеграли нямат точно аналитично решение, така че за изчисляването им се използват различни методи.

Интегрални изчисления на метода на Монте Карло

Един от основните методи за намиране на интегрални стойности е методът на Монте Карло, използван от повечето визуализациитриизмерна графика и всъщност се превърна в "de facto" метод. Неговата същност е да определи стойностите за интеграла като сума от определен брой интегрални функции.

Той ги избира по случаен начин, т.е. основният принцип на този метод са правилата за избор на необходимите стойности от огромен масив от данни, който определя точността и скоростта на изчисленията. Под-интегралните функции, които са избрани чрез този метод, се наричат извадки.

Въпреки масовото разпространение, методът има значителен недостатък, който е, че решенията имат бавно сближаване. Това означава, че за да се повиши качеството на изчислените данни, се увеличава броят на включените проби, което силно се отразява на количеството на изчислителната и включената мощност на компютрите.

Интересно е да се знае! Ако искате да увеличите качеството на изображението два пъти, тогава ще трябва да приложите пробите в 4 пъти повече. На практика ниското качество на изчисленията се излива под формата на различни шумове и артефакти.

Процесът на визуализиране на най-простата сцена

Методът за използване на фотонни карти, действително разработен като алтернатива на метода на Монте Карло за изчисляване на дифузионното осветление (този начин се използва в менталния лъч). Това решение е оправдано, защото позволява да се увеличи скоростта и коректността на изчисленията, но има и недостатъци, свързани с големи изисквания към паметта на системата и трудността да се показват ъгли, стави и граници на осветените повърхности.

Същността на програмата VRay се основава единствено на метода на Монте Карло и на фотонакарти използва като добавка, за разлика от други визуализатори.

По-точно това е така:

Методът на Монте Карло изчислява първата дифузна рефракция, т.е. лъчът, попадащ върху изчислената точка, по свой път вече е отразен от чужд субект.
Като се започне с второто отражение, може да се използва методът на фотонни карти, въпреки че това не винаги е така.

В постоянната терминология, първият отскок на лъча светлина (повторно действие) се нарича Първи дифузни отскоци, а останалите - вторични отскоци (вторични изблици).

Това решение е доста рационално, тъй като по-голямата част от дифузната светлина се формира от втория отскок - другите не се влияят толкова от интензивното затихване на голям брой дифузни отражения. Поради тази причина VRay осигурява по-точни изчисления и, съответно, висококачествено изображение в сравнение с други визуализатори

Основни параметри за контрол на VRay

В този раздел ще разгледаме основните моменти, които участват в определянето на параметрите на този рендер. Инструкции за това как да регулирате настройките на вътрешното осветление със собствените си ръце няма да бъдат vray данни, тъй като този материал е предимно теоретичен. Въпреки това, ние ще ви предложим няколко снимки, за да можете по-добре да си представите къде са настройките и как те влияят на сцената.

Ще разгледаме практическата страна на използването на VRay в един от бъдещите статии, когато вашият покорен слуга ще се превърне в нормален, мощен компютър, подходящ за тези цели. Тогава ще бъдеРазгледан и компютърен хардуер, оптимален за такива решения.

VRay: QMC семплер

Да започнем с параметрите, които определят свойствата на метода на Монте Карло. Те са разположени на таблото за вземане на проби на QMC.

Меню за параметри на Монте Карло

Показаните тук параметри засягат какви проби ще бъдат използвани за всички изчисления.

За всичко по ред:

Заключване на пиксели - Този елемент се използва за премахване на размазването на пикселите в анимацията. Ако отметката е поставена пред елемента, се създава твърда връзка за пикселите, така че стойностите им да не се променят в съседните рамки. Поради факта, че методът на Монте Карло до известна степен е случаен, стойностите, получени от него, могат леко да варират. Ако обаче трябва да обработите изображението в статично (неподвижно) състояние, този параметър може да бъде изключен.
Адаптиране чрез въздействие върху крайния резултат или вземане на проби от значение - ще се опитаме да опишем принципа на работа колкото е възможно по-прост. Факт е, че пробите се изчисляват не само в областите на сферата и полусферата над изчислената точка. Те могат да имат геометрично представяне под формата на проби от проби, излъчвани от определена точка. Този метод прилага принципа на значимостта на пробата за крайния резултат.
Ако пробната проба има малка или напълно нулева стойност, тогава изчисленията в тази посока се спират и обратно. Сумата задава интензитета на програмата, за да използва този метод. Така че, ако стойността му е равна на 1 (максималната стойност е по подразбиране), проверетеизпраща към всяка проба, а ако е нула - селекцията се изключва напълно.

Оттук става ясно, че използването на вземане на проби от значение ще има благоприятен ефект върху скоростта на изчисленията, като същевременно поддържа добро качество на изображението. Понякога обаче качеството на резултатите, поради случайността на този метод, се влошава и за да се коригира ситуацията, може да се изключи тази функция. Следователно увеличете стойността само ако това не влияе на качеството.

Резултатът от качествена рендеринг сцена

Адаптирането чрез примерни стойности или ранно прекратяване(Ранно изтриване) е следващата точка , чрез която VRay може да анализира размера на пробата и да прекъсне процеса, ако тези стойности са еднакви или близки до стойността. Смисълът е прост - ако стойностите не се различават, тогава проследяването се прекъсва и се използват усреднени стойности, приспаднати от вече получените. Ако разликата в стойностите е висока, тогава повече изчисления отнемат много проби.
Сума(По подразбиране: 0.85) засяга интензитета на използване на метода: 0 - методът е изключен; 1 - използва се минималният брой греди. За по-добро качество този параметър трябва да бъде изключен, но вместо това ще получите удължено време за рендиране на сцената.
Минни проби- тази подпозиция е отговорна за минималния възможен брой включени проби.
Прагът на шумае параметър, който определя дали качеството на оригиналното изображение е достатъчно, чрез сравняване на генерираните резултати със себе си. Ако разликата надвишавазададената стойност, след това се използват допълнителни проби, и обратно - изчисленията се спират. Този параметър, дори ако се съди по заглавието, влияе директно върху качеството на изображението. Увеличаването на стойността добавя към изображението на шума и намалява скоростта на изобразяване.

Всички описани параметри позволяват на VRay да взема решения за качеството и количеството на пробите, които ще се използват, което силно влияе върху крайното качество.

Шум няма изображение

Непряко осветление на VRay (GI)

Меню с настройки за глобално осветление

Както е лесно да се отгатне от заглавието, това меню контролира основните настройки на осветлението във VRay. Този рендирач може да изчисли всеки от четирите осветителни компонента поотделно и, ако е необходимо, може да бъде конфигуриран или напълно изключен.

Основните настройки са в раздела Индиректно осветление, Каустик, Система и други. Да анализираме накратко индиректното дифузно осветление и неговата конфигурация.

Основни настройки

И тук VRay ни предлага да избираме измежду три налични метода на изчисление: Директно изчисление, Карта на лъчение, Глобална фотонна карта (фотонни карти). И веднага има възможност да се раздели дифузното отражение на две - първото и следващите борби.

За това, което е направено, вече споменахме по-горе. Четири комбинации от тези методи могат да се използват за изчисляване на дифузните спуквания.

Създаване на методи за реципрочност

Директната компилация (DC) или грубата сила (груба сила) - ще използва метода на Монте Карло за неговите изчисления. т Subdivsпоказва броя на включените проби.
Първата комбинация е директна + директна. Неговото приложение осигурява равномерно разпределение в сцената на молив, без размазване. Сцената обаче се проявява много дълго време.
Например, ако зададете subdivs на 50 за първия и следващите пакети, тогава броят на извадките в една точка ще бъде 2500, т.е. броят на точките ще бъде един и същ, и всеки от тях ще има своите 2500 проби, и така до границата QMC. Само си представяте размера на този поток от данни, но защото системата трябва да ги изчисли всички.
В VRay, броят на борбите по подразбиране е 1, което значително намалява размера на необходимите изчисления.
Този метод има друг съществен недостатък, поради което се използва изключително рядко. Тъй като изчисленията се извършват за всяка отделна точка, в изображението се появява шум. Можете да се отървете от него само чрез увеличаване на параметъра subdivs, но както вече разбирате, времето за визуализация ще се увеличи незабавно.

Настройване на параметъра Subdivs

Следващата възможна комбинация от методи е dc + фотонна карта. В този случай проследяването на лъча се извършва само при първия отскок. По-нататъшното осветление се основава на данните от фотонни карти. Този начин на визуализация се случва много по-бързо и дори по-точно, ако плътността на фотонни карти е достатъчна.

Карта на излъчване

Създаване на светлинна карта

Този метод се различава значително от предишния, тъй като не изчислява всички точки в изображението исамо някои По-нататъшното изграждане на картината се изчислява по метода на интерполация от намерените точки, създавайки светъл градиент. Точките се дефинират в даден радиус - неговият размер зависи от параметъра Interp, който ви позволява да извършите изчислението само там, където е необходимо в настоящия момент.

Интересен избор на точки, в които се правят измервания за изработване на лека карта. Този процес се извършва на етапи, като се започва с най-ниската резолюция на образа, който се обработва, и завършва до максимум.

Тези параметри се показват в точките Min rate и Max rate. Въведените стойности са степента на две, т.е. 2 съответства, а 0 е единица.

Изчислението се извършва на етапи, като качеството на изображението става все повече и повече:

Следните елементи, които ни интересуват, са Clr.thresh, Nrml.thresh и Dist. вършее. Тук са посочени стойностите на цвета (осветление): съответно границата, нормалността и пространствената позиция.
По същество това е нашата лека карта.
По време на окончателната визуализация, всички данни се вземат от съставната карта до нейното максимално качество, а останалата част се изчислява чрез интерполация.
На същия етап могат да бъдат включени и допълнителни точки. Този процес може да бъде активиран в инсталации за суперсемплиране, които имат свои собствени стойности за осветяване на пиксели, понякога различни от данните от светлинната карта.
Ако тези стойности са по-ниски, започва търсенето на допълнителни точки. Оттук може да се заключи, че на етапа на поставяне на светлинните карти, настройките на суперсемплирането могат да бъдат опростени, за да се установижеланото качество на изображението. Това се прави преди започването на окончателното рендиране.
Ето защо комбинацията от методи на излъчване карта + фотонна карта се счита за най-гъвкава при създаването на супер-вземане на проби.

Ще направи ли рендерът триизмерна среда

Методът на изчисленията с лека карта се извършва много по-бързо от DC, без загуба на качеството на изображението. Това изчисление е едно от най-интересните находки от програмата Vray. Mental Ray също има методи за изчисления с подобни висококачествени резултати, но извършва изчисленията, без да изчислява промяната в геометрията и цвета, и за да се сравни с VRay, е необходимо да се увеличи броят на точките, което неизбежно влияе на скоростта на рендъра.

Картата на лъчеизлъчване + фотонна карта е най-бързият и най-качествен метод за изчисляване на осветеността в сцената и се използва в по-голямата част от случаите. Съществуват обаче ситуации, в които приложението му става ирационално.

Например, когато се изчислява нощното осветление, където няма достатъчно фотони или ако осветените материали нямат дифузно осветление. Тогава изчислението става безкрайно, без да дава никакви резултати. В тези ситуации е по-добре да се използва последната комбинация - Irradiance map + DC.

Да обобщим накратко. Статията излезе доста лека, тъй като се опитахме да не претоварваме материала с терминология и тънкости, но докато процесът на работа с VRay не се разкрива. За да регулирате осветлението на външните vray или други сцени не е достатъчно, но това не е изненадващо, тъй като хората изучават свойствата на такива програми от години.

ЗаЗа по-добро разбиране на темата Ви препоръчваме да гледате видеоклипа. И накрая, нека добавим, че практическото използване на VRay ще бъде подробно описано в следващата статия на тази тема, която определено ще се случи в бъдеще.