Autodesk Maya 2011: Budiž světlo! (2) - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

12. listopadu 2010, 10.00 | V dnešním pokračování série o světlech v Maye se podíváme na Raytracing, a to jak v podání Maya Software, tak i MentalRay rendereru, a zaměříme se i na základy Indirect Illumination (nepřímého osvětlení) za použití tohoto rendereru.

V minulém díle jsme si popsali, jaké jsou rozdíly mezi Depth Map Shadows a Raytraced Shadows a také, jaké jsou jejich výhody a nevýhody.

Otevřeme si scénu z minula (pokud ji nemáte, stáhněte si moji) a pro začátek pouze změňte ve vlastnostech hlavního světla (Directional Light) typ stínů z Depth Map na Raytraced a nastavte následující parametry:

• Light Angle – určuje míru rozostření okrajů stínu
• Shadow Rays – určuje kvalitu výpočtu (míru šumu v obrazu), čím vyšší hodnota, tím delší výpočet
• Ray Depth Limit – určuje maximální počet odrazů paprsku od objektu/ů

Ještě zbývá aktivovat raytracing v Render Settings (na panelu Maya Software):

Zkusíme vyrenderovat:

Získali jsme stejný nebo mírně horší výsledek oproti použití DepthMap za mnohonásobně delší čas – ale to jen proto, že jsme nevyužili všech schopností, které raytracing nabízí. Další výhodou Raytracingu je totiž schopnost vytvářet realistické odrazy a simulovat schopnost některých materiálů (např. skla) lámat světlo. Abychom pochopili rozdíl, přidáme tedy pár materiálů a zkusíme opět vyrenderovat:

a pro srovnání stejný render, tentokráte s DepthMap Shadows a vypnutým raytracingem:

Rozdíl je jasně patrný. Povšimněte se i stínu průhledné (skleněné) koule na prvním renderu.

Pokud z nějakého důvodu chceme, můžeme samozřejmě obě metody kombinovat, tedy používat rychlé a opakovaně použitelné Depth Maps pro stíny, ale pro lépe vypadající odlesky a odrazy můžeme ponechat zapnutý raytracing v Render Settings.

Každý materiál má pak v Attribute editoru sadu nastavení Raytrace Options, kde lze nastavit výše zmíněné efekty jako lom světla atd:

Tím jsme v podstatě vyčerpali možnosti Maya Software rendereru, ovšem MentalRay nám může nabídnout mnohem víc. Doposud jsme hovořili pouze o osvětlení přímém, kdy nějaké světlo přímo osvětlovalo objekty ve scéně, podobně, jako například reflektor osvětluje herce na jevišti. Maya, potažmo MentalRay, ovšem umí simulovat i osvětlení nepřímé, vzniklé například několikanásobným odrazem světla dopadajícím oknem od místnosti. Toto nepřímé osvětlení (Indirect Illumination) umí MentalRay vytvořit dvěma způsoby:

• Global Illumination – tato metoda umožňuje pracuje na principu skutečného chování světla, kdy jsou ze světel ve scéně emitovány částice (fotony, Photons), jejich vypočtený pohyb a odrazy ve scéně jsou zaznamenány do Photon map a z ní je v dalším kroku vytvořeno odpovídající osvětlení ve scéně. Pro správné fungování GI potřebujeme alespoň jeden zdroj fotonů ve scéně (tedy světlo).
• Final Gathering – je defacto simulací Global Illumination, která umožňuje dosáhnout podobných výsledků za kratší čas. Každý objekt ve scéně se při použití FG stane pro účely výpočtu zdrojem světla, čímž se dosáhne onoho výše zmíněného efektu odražených paprsků, a tím pádem jemných stínů a rovnoměrného prosvětlení celé scény. Na rozdíl od GI funguje i bez přímého zdroje světla ve scéně a podobně jako Depth Map můžou být data použitá k výpočtu uložena a opětovně použita.

Pokud se vám už vysvětlení FG jako „falešné“ GI zdá trochu krkolomné, vězte, že obě metody lze kombinovat a používat současně, někdy je to dokonce nutné pro dosažení realistického vzhledu renderů (například architektonické vizualizace interiérů). Jak na to si ukážeme později.

Nudnou teorii bychom měli za sebou, vrhněme se do praxe. Vrátíme se tedy k naší scéně a změníme renderer z Maya Software na MentalRay:

Jestliže jsme pro Maya Software renderer museli raytracing aktivovat ručně, po zvolení MentalRay rendereru by se měl aktivovat automaticky, což si můžeme ověřit na záložce Quality v sekci Raytracing:

v naší scéně smažeme obě světla a zkusíme, jak bude vypadat pouze s nepřímým osvětlením pomocí Final Gather metody. V Render Settings na záložce Indirect Lighting zaškrtneme checkbox Final Gathering ve stejnojmenné sekci a nastavíme následující parametry:

• Accuracy – určuje počet paprsků, které se vyšlou do scény, a tím i kvalitu výstupu.
• Point Density – určuje hustotu bodů na shading sample pro výpočet FG
• Point interpolation - míra vyhlazení na shading sample, vyšší hodnoty generují jakoby „čistší nebo „hladší“ výsledný obraz
• Secondary Diffuse bounces – počet druhotných odrazů světla, vyšší hodnoty způsobí prosvětlení tmavých koutů scény
• Posuvníky Primary & Secondary Diffuse Scale – určují intenzitu světla pro primární, resp. druhotné paprsky světla a tím pádem celkový jas scény.

A odkud se vlastně bere světlo ve scéně, když tam žádný jeho zdroj není přítomen? Osvětlení scény se vytváří na základě barvy prostředí, Environment Color, jíž můžeme libovolně změnit v parametrech kamery (v Attribute editoru).

Zkusíme scénu vyrenderovat se zvoleným nastavením:

Render je ttrochu tmavý a měli bychom zvýšit kvalitu, abychom se zbavili šumu a pro FG typických „fleků“. Nastavíme tedy Accuracy na 300 a Point Density na 8. Pro zesvětlení výsledku zvětšíme hodnotu Primary Diffuse Scale, a to tak, že klikneme na políčko barvy, čímž si otevřeme Color Editor. Změníme používaný barevný model pro výběr barvy na HSV a hodnotu V přepíšeme na 2,5:

Pro prosvětlení tmavých částí scény nastavíme počet Secondary Diffuse Bounces na 2 a vyrenderujeme:

Doba potřebná pro výpočet nyní výrazně vzrostla, ale výsledek je prost artefaktů, velmi jemně stínovaný díky FG a díky raytracingu jsme dostali pěkné odrazy v materiálech a lom světla.

V poslední části tohoto článku se podíváme na Global Illumination. Použijeme ji spolu s FG, což povede k tomu, že zatímco scéna bude rovnoměrně prosvětlena GI, FG vykreslí jemné stínování i v malých detailech a celkově výsledný render zesvětlí.

Jak jsem psal výše, na rozdíl od FG potřebuje GI ke svému fungování nějaký zdroj světla pro výpočet fotonů, přidáme tedy do scény například Spot Light:

A nastavíme ho následovně:

Nejdůležitější jsou nastavení skrytá v části mental ray -> Caustic and Globall Illumination:

• Emit Photons – určuje, zda světlo bude emitovat fotony a bude se tedy brát v úvahu při výpočtu GI
• Photon Color – barva fotonů (světla)
• Photon Intensity – intenzita dopadajících fotonů, která přímo ovlivňuje množství světla ve scéně
• Global Illum. Photons – celkový počet fotonů

V Render Settings nyní aktivujeme GI na záložce Indirect Lighting pomocí checkboxu Global Illumination a nastavíme následující parametry:

Důležité jsou zejména následující dva parametry:

• Accuracy – přesnost výpočtu
• Radius – maximální vzdálenost od kamery, ve které jsou započítávány fotony pro GI. Výchozí 0 znamená, že se v úvahu bere rozměr celé scény. Pokud na renderu vznikají kruhové artefakty, je potřeba ho zvýšit. Hodnoty nad 2.0 však mohou generovat jakoby rozmazaný výstup, pro další zvýšení kvality výstupu je lepší zvýšit zároveň i počet fotonů v parametrech jednotlivých světel.

Na chvíli vypneme Final Gathering, a výsledkem je takovýto render:

Pokud nyní opět aktivujeme Final Gathering a snížíme Primary Diffuse Scale V na 1.0, dostaneme takovýto výsledek:

Ukázka GI a FG na jiné scéně:

Použil jsem jedno světlo typu Directional Light s následujícími parametry:

Nastavení MentalRay-e vypadá takto:

Celou scénu si můžete stáhnout a naložit s ní dle libosti.

Doufám, že jsem Vám i přes poměrně omezený prostor poskytl náhled do problematiky přímého a nepřímého osvětlení. Jsem si vědom složitosti tematiky, kterou nelze shrnout v jednom článku, ovšem nejlépe stejně všem technikám porozumíte, pokud si je sami vyzkoušíte. Jakékoliv Vaše dotazy rád zodpovím v diskuzi pod článkem.

Příští, závěrečný díl seriálu bude věnován Environment Lightning-u,což lze do češtiny poněkud krkolomně přeložit jako osvětlení za pomoci prostředí. Dále se budeme zabývat MentalRay-em, dojde na osvětlení pomocí HDRI map i pomocí „Physical Sun and sky“, tedy simulace reálného slunce a oblohy.