CINEMA 4D R 11, opravdu, ale opravdu zblízka (3) - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

9. září 2008, 00.00 | A dobrodružství pokračuje! Samozřejmě, jako každá sága, tak i naše putování novou CINEMOU 4D má dnes další epizodu. A cože potkáme? Nové chování CINEMY 4D v materiálu skla, použitelné nejen u skla. Podíváme se také na pár praktických testů rychlosti výpočtu nové verze, a když jsme u toho renderu, tak bychom tam asi mohli zůstat. Co myslíte...

Materiály

Základní změnou v oblasti materiálů je chování průhledných povrchů, protože zde CINEMA 4D obdržela a nutno říci konečně, možnost zadání absorpce, tedy pohlcení světla s tloušťkou materiálu, kdy čím delší vzdálenost paprsek urazí tím nižší bude průhlednost.

Samozřejmě, že užití není jen u skleněných povrchů. Kdysi jsem musel vytvořit vodní prostor a v takovém případě může tento systém přijít také vhod. Jistě, lze použít volumetrickou mlhu, volumetrická světla, objekt Prostředí (ale co potom prostor nad hladinou), ale to vše stojí poměrně dost času a nebo není výsledek ideální (Prostředí). Volba Absorpce vše zásadně zjednodušuje a zrychluje, proces je tím výrazně efektivnější.

Pro názornost jsem připravil jednoduchý příklad diamantu. S jednoduchým osvětlením. Jak je osvětlení vytvořené? Je zde jen HDRi mapa a objekt – plocha s nastavenou svítivostí a změkčeným okrajem pomocí přechodu. To je vše. Všimněme si, že změnou nastavení probíhá změna povrchu velmi dramaticky a to skutečně přidává kvalitě renderu nesmírně významným způsobem. Snad jen několik příkladů, kdy může být nastavení absorpce skutečně zásadní. Co například mléko, čaj, káva, respektive nápoje obecně, ale také vodní prostor (když jsme pod hladinou, ale vidíme hladinu i nebe nad sebou) a tak dále a tak dále. Ostatně, lze tento systém použít pro různé plasty, mléčné sklo a podobně. Prostě své uplatnění najde skoro všude.

Mimochodem, pokud se uvedený systém spojí ještě s GI kaustikou, je výsledek poměrně efektní...

Rychlost renderingu

Poměrně zásadně byl zoptimalizován celý systém renderingu, což se asi nejlépe projeví na několika testovacích scénách, které jsem si pokusně nechal vyrenderovat. Zrychlení je krajně variabilní scénu od scény a evidentně závisí na mnoha faktorech, přesto je velmi zřetelné. Upozorňuji, že jsem si v případě testů vždy scénu otevřel v R 10.5, vypočítal a následně opětovně otevřel v R11 – čímž bylo zajištěné zcela shodné nastavení renderingu i všech parametrů ve scéně. Nemělo by tedy docházet k žádným změnám v nastavení na žádné úrovni. Zrychlení si můžeme zkusit na jedné scéně, které je přibalená k modulu BodyPaint 3D. Jedná se o skvělou scénu Dalibora Dankiče, kterou kdysi vytvořil v rámci naší soutěže s C4D Ce6. Při renderu této scény v CINEMĚ 4D R11 (podotýkám, že tato scéna nemá žádný efekt GI) se scéna vyrenderovala za 00:00:28, tedy 28 vteřin. Ta samá scéna v CINEMĚ 4D R10.5 00:02:23! A to je opravdu zásadní zrychlení, (pokud je 10.5 brána jako referenčních 100%), nový render totiž na této scéně zabírá pouze cca 18,5% času, kterého zabíral ve verzi 10,5! To je více než 5x rychlejší výpočet!

Autor: Dalibor Dankič

Zkusme ale něco jiného. Například ukázku Mountine 02 od Erica Smita a jeho test SPD technologie, který je v knihovně Advanced Renderu. Tento test se v nové C4D R11 renderuje na mém stroji 00:00:18. Ve staré R10.5 render trval 00:00:28. I zde je zrychlení markantní, i když ne tolik jako v předchozí verzi. Opět pokud vezmeme starší 10.5 jako referenční, pak nová verze zabírá cca 64,3% což je zrychlení o více než 35%. A ani to není špatné.

Autor: Eric Smit

Již jsme to zmínili v prvním článku. Zrychlení je velmi proměnlivé, zásadně závisí na typu scény, ale v každém případě je nepřehlédnutelné a shrnutí je asi někde uprostřed. Řekněme, že u počítače se zaťatými zuby strávíme polovinu času při čekání na výsledek, než dříve.

Nastavení renderingu – Advanced Render, globální iluminace

Tak je to tady, i když dnes jen skromně. Zcela přepracované jádro GI je v rámci technologického relativně podobné systému VRayforC4D. Je tedy založené na technologii Iradiačních map (Irradiance cache/maps), ale nejen na ni. Mimo to zde najdeme metodu Quasi Monte Carlo a také vzorky oblohy Sky samplers. Nadále budeme obě hlavní zmíněné metody popisovat zkratkami IR a QCM, snad se v tom neztratíme...

Jakže to funguje?

Na popis technologie na úrovni programování jisto jistě nejsem, spíše se asi soustředíme na popis obecný, uživatelský a zmíníme výhody i nevýhody všech možných systémů. A začneme tím nejjednodušším.

Vzorky oblohy

Pamatujete na můj MoGraph SkyLight? Tak velmi podobný je (svým výsledkem, nikoliv systémem) systém Vzorků oblohy. V zásadě se tedy nejedná o GI tak jak ji často vnímáme. Nevzniká žádné sekundární osvětlení vzniknuvší nějakými odrazy, pouze se analyzuje mapa oblohy a pomocí generovaných „světelných“ vzorků je scéna osvětlena. Jednoduché a poměrně rychlé a také poměrně přesné řešení otevřených scén.

QCM – Quasi Monte Carlo

Metoda která je velmi podobná systému, který jsme znali ze starého jádra a je také systémem, který lze asi popsat jako „Brute Force“ metodu ve stávajícím GI jádru CINEMY 4D. Primární paprsek zasáhne povrch, podle jeho barvy a nastavení se vytvoří paprsky odražené, které však nejsou generované náhodně v rámci polokulové distribuce (Monte Carlo), ale pravidelně (Quasi Monte Carlo).

Všimněme si poměrně kvalitního stínění a těch samých oblastí (třebas prostor uložení objektu) jako na následujícím testu IR)

Tatro metoda je poměrně přesná co se týká generování detailů a podobně, jenže, pro opravdu kvalitní výsledek je nutné generovat vysoký počet primárních vzorků a to markantně zatěžuje scénu. Jedná se tedy o metodu relativně pomalou a navíc náchylnou na šum. Proč že tu tedy je? Protože metoda IR je metoda interpolační a tudíž má tendenci vytvářet osvětlení, které není dostatečně „podrobné“. V případě IR metody se může například stát, že stupnice otevřeného schodiště u zdi nebudou vytvářet přirozené GI stíny od nepřímého osvětlení, ale budou jakoby plavat a detaily v osvětlení budou nízké. Tedy proto má metoda QCM své uplatnění. Nemusíme přitom definovat QCM metodu přímo v nastavení renderingu, můžeme ji využít jen adresně v rámci nastavení GI portálu – tedy speciálního „propustného“ materiálu. O tom se ale zmíníme později.

IR – Irradiance cache 

Poslední zmíněná metoda je vlastně zaklínadlo a metodou, kterou udělal VRay „díru do světa“. Dnes ji máme k dispozici i my v rámci nativního CINEMY 4D GI rendereru a to je opravdu dobře.

A co o ní tedy můžeme říci? Základní výhodou metody Irradiance Cache (nadále popisované jako IR) v rámci výpočtu GI efektu je, že zkracuje výpočtové časy a přitom generuje velmi homogenní a rovnoměrné osvětlení. V případě této metody nám takřka nehrozí (při vhodném nastavení), že by nám v renderovaném obrázku vznikaly výrazné náhodné skrvny tmavých a světlých míst, které jsme znali z předchozí verze GI. Stejně tak je minulostí chvění (flickering), které se objevovalo při animacích. 

IR výpočet probíhá tak, že se nejdříve scéna analyzuje průchodem několika předvýpočtů, které mají za úkol zjistit nejvhodnější oblasti scény pro umístění tzv. shading points, bodů zobrazených v předvýpočtech, ve kterých je vyšetřována korektní hodnota globální iluminace. Hodnotu jasu těchto „vyšetřovacích bodů“ lze ukládat jako Irradiance Cache a tento záznam lze opětovně používat v příštích renderech.  

Záznam vyšetření IR je následně interpolován ve výsledném výpočtu za účelem rozmístění nepřímého osvětlení do bodů (pixelů), které leží v oblastech mezi vyšetřujícími body Irradience Cache.

IR metoda má obrovské výhody, je jí vlastní vysoká rychlost, čistota, ale má také nevýhody. Mezi hlavní nevýhodu patří ona výše zmíněná nepřesnost a jistá ztráta detailů. To však můžeme dvěma způsoby. Kombinacemi metod QMC a IR a také metodou „vylepšení detailů“, což je metoda založená na principu QMC kombinovaném na úrovni detekce detailů ve scéně a jejich zvýraznění. IR metoda má oproti oběma výše zmíněným metodám obrovské množství parametrů kterými ji můžeme přizpůsobit opravdu každé možné scéně.

Mimochodem, pokud by někoho zajímala uvedená problematika hlouběji, doporučuji Pixel č. 1/2008 a článek Pavla Kovače, či popis VRaye pro Rhino3D od Jana Slaniny, který najdete ZDE.

Kombinace

Známe tedy naše možnosti, jenže síla je v kombinaci. Dnes tedy skončíme s pohledem upřeným do nastavení renderingu, kde najdeme všechny uvedené volby a také jejich kombinace. A příště začneme skutečně s testy, ostatně, průpravu a základní specifikace již známe...