CINEMA 4D R 11, opravdu, ale opravdu zblízka (6) - 3D grafika - 3Dscena.cz: 3D grafika jako na dlani

2. října 2008, 00.00 | Po exteriéru interiér, tak nějak zní heslo dne. Systém fyzikální oblohy je podstatně flexibilnější než by se mohlo zdát a využít jej můžeme také pro systém osvětlení interiéru. A opět, ani tentokrát to není nic složitého, stačí pamatovat na pár drobností...

Předpokládejme, že spolu máme připravený interiér podobný následující scéně. Světlo vstupuje jen jednou stranou a to světlo sluneční a také světlo difusní, což jsou v obou případech složky, které nám poskytuje již starý známý systém oblohy Sky shaderu. Pro vyšší intenzitu osvětlení v interiéru ale musíme volit trochu vyšší hodnoty základních složek tohoto systému, tedy jasu jak v oblasti oblohy, tak slunce. Předvést si to můžeme na verzi scény bez materiál, abychom měli vše o něco rychleji... Nejdříve ale vytvoříme referenční stav, tedy vytvořím si oblohu, nastavím v GI nastavení režim IR se třemi odrazy, ponecháme ve scéně jen výchozí materiály a vše jinak ponecháme tak, jak je... A výsledek? Nic zvláštního, dalo by se říci...

Takže co změníme? Začít bychom mohli nastavením gammutu v nastavení GI, protože toto nastavení je často alfou i omegou. Takže proč jej nezkusit. Rovnou můžeme zadat hodnotu 3 a opět si otestovat výsledek. Podstatně lepší a ani to nebolelo.

Pokud chceme poněkud zvýšit dynamiku celého osvětlení, můžeme si trochu pohrát s parametrem intenzity primárních vzorků, tím zvýšíme jejich energii a také jejich „projev“. Obrázek bude trochu více kontrastní. Nastavme tedy parametr primární intenzita na 135% a vyzkoušejme si výsledek. Zatím to není špatné, ale v případě bílé stěny by byla expozice přeci jen už možná příliš vysoká. Stačit nám tedy bude hodnota okolo 110%.

V případě slunce ve scéně dochází poměrně často k přeexponování přímo osvětlených míst, tedy pro další úpravu můžeme přejít do nastavení Sky shaderu a nastavení slunce. Jeho intenzitu můžeme zadat, jak jsme možná zvyklí, tedy na jas okolo 180% a možná můžeme poněkud snížit sytost.

Možná by nebylo od věci otestovat, jak by se scéna chovala v případě, že bychom upravili výchozí materiál na materiál s vyšším jasem (řekněme 90%-100%), protože ostatně bílé budou stěny místnost. Jisto jistě zjistíme, že osvětlení není, vzhledem k tomu jak intenzivně by světlo mělo v námi nastíněné situaci pronikat, tak intenzivní, jak bychom si asi představovali. A to nikoliv řekněme v samotném prostoru, ale spíše v oblasti ostění oken...

Jak to tedy změníme? Nastavením intenzity „oblohy“, tedy té části Sky shaderu, která poskytuje difusní osvětlení. Můžeme použít hodnotu intenzity někde okolo 600%, opět můžeme poněkud snížit sytost a také zvýšit intenzitu viditelnosti oblohy. Nastavení osvětlení je vlastně tímto hotové. Nadále se budeme zabývat poněkud jinými nastaveními.

V prvé řadě je otázkou, co s kolorováním stěn od modré oblohy. V zásadě máme dvě možnosti. Celkově rapidně snižovat sytost oblohy, což není možná až tak ideální, nebo upravovat nastavení sytosti v každém jednom materiálu. Je to asi cesta pracnější, ale jinak efektnější systém. A jaké hodnoty volit? Pokud hovoříme o sytosti (v tomto případě zejména přijímané?) Co lze zatím vypozorovat, tak hodnoty okolo 60% jsou zřejmě nejvyváženější.

A co je na následujícím testu? Vše popsané a aktivní volba teplých barev...

K nastavení renderingu. Z dokumentace se dovídáme, že o něco výhodnější je v případě interiéru využít metodu IR před metodou IR+QMC, tedy možná by nebylo od věci si vyzkoušet i naší scénu v testu technologií. Pro test využijeme přednastavené volby IR (statický obrázek) a IR+QMC (statický obrázek). Aby byly testy skutečně průkazné (a v to i z pohledu kvality, což vejde v potaz zejména u testů nasledujících) připravil jsem obrázky v plném rozlišení 900x600.

Co zjistíme? Že v tomto případě je IR metoda o něco rychlejší než metoda kombinovaná, přičemž podíl časů je při shodných odrazech více méně stále podobný. Platí ale to co minule, scéna od scény se může tato situace měnit.

Jenže všimněme si, že kvalita ani v případě IR metody ani metody kombinované není úplně dokonalá. A to zejména proto, že například schody nedávají „stíny“, které bychom v případě podobné situace očekávali, dále osvětlení u oken vždy více kreslí linii světla a stínu a podobně. Tedy celý render působí poměrně dost měkce, až příliš, a také nepřesně.

Tuto situaci řeší, jak jsme si již ostatně jednou zmínili (ale v jiné situaci, tehdy jsme uvažovali nad dotazem, co je výhodnější, zda světlo a nebo iluminační plocha), speciální průhledné objekty, které umístíme do oken a kterými budeme řídit distribuci vzorků. Takzvané GI portály. Jedná se o jednoduché objekty se zcela průhledným materiálem a nastavením GI portálu v nastavení stránky Iluminace jejich materiálu.

GI portály podobně jako přímo iluminující objekty mají přímý vliv na přesnost a kvalitu renderu, jenže také na výpočtový čas. Opět platí to, co minule. Bezprecedentně nejkvalitnější je metoda Per-pixel QMC, jenže je také brutálně nejpomalejší.

A zajímavé je také srovnání výpočtových metod v případě GI portálu (a Per-pixel QMC metody). Zde se totiž časová náročnost poměrně výrazně smazává. Ostatně posuďte sami. Čas obou níže uvedených obrázku byl takřka shodný s tím, že kombinovaná metoda se jeví o něco kontrastnější a tmavší (při stejném nastavení). Rozdíl jedné minuty v případě čtvrt hodiny je relativně zanedbatelný.

A jak se projevilo použití GI portálu? Všimněme si zásadně vyšší kvality chování světla v prostoru oken, kvalitního stínění jednotlivých stupňů schodiště a podobně. Situace je nyní podstatně bližší realitě. Bohužel můžeme jen zopakovat, že vše něco stojí a čas – délka výpočtu se tímto prodlouží poměrně výrazně (z několika desítek vteřin na 15 minut). Existuje i jiné řešení? Ano, existuje, můžeme také použít systém vylepšení detailů, otázkou však je, zda budeme v této simulaci úspěšní a také jak se tato technologie projeví v délce výpočtu.

Nastavení vylepšení detailů najdeme v nastavení IR, ostatně to víme odminula. V případě že použijeme tento systém, který nám doplňuje detaily a také plasticitu systému, je vhodné, podle mého, trochu absentovat na fyzikálně přesnější GI portály per-pixel QMC a využít model GI portálu jednodušší, ale rychlejší. Zpomalení by bylo podle mého totiž již neúnosné. Řešení, které jsme právě popsali, se jeví jako ještě zajímavější zejména v případě další optimalizace nastavení GI. V takovém případě totiž můžeme zásadně posunout kvalitu GI bez zásadního prodloužení výpočtového času (většinou). Jedná se přitom o poměrně jednoduché (z pohledu uživatele) nastavení. Volbu Upřesnění cache v nastavení Irradiační mapy.

Na níže uvedeném testu jsem scénu upravil následujícím způsobem:

1)      změnil jsem GI portál na metodu QMC za zvýšené hodnoty vzorků (tato hodnota byla i na předešlých testech u per pixel QMC metody).

2)      rendering probíhá v režimu IR pro statický obrázek.

3)      aktivní je volba adaptivního vylepšení detailů a to  v adaptivním režimu (viz minulý díl).

Všimněme si renderovacího času, ten je razantně zkrácen díky nepoužití vzorkování Per-Pixel QMC a řekněme drobně prodloužen nastavením vylepšením detailů. Výsledek je ale poměrně kvalitní za dosažení velmi dobrého času. V mnoha případech se evidentně jeví tato cesta jako výhodná. Tedy pokud chceme a máme čas na „fyzikální“ render, pak můžeme využít per-pixel QMC vzorkování a dostaneme velmi kvalitní výsledek. Pokud trochu té přesnosti oželíme, je méně kvalitní metoda vzorkování GI portálu ruku v ruce s vylepšením detailů ideálním řešením. Má prostě dobrý podíl času ku kvalitě. A jakou metodu? Asi nelze nalézt unifikované řešení, ale variovat má smysl metody Převzorkování i QMC.

K závěru tohoto dílu jsem připravil poslední ukázku. Jedná se o naší scénu, ale s jednoduchými materiály a bez dalších efektů (například záře AR z přeexponované podlahy by se vcelku hodila...). Na první ukázce je situace, ve které nebyl použit ani GI portál, ani systém vylepšení detailů. GI režim byl nastaven na volbu IR (statický obrázek) se třemi odrazy (to je stále stejné).

Další test obsahuje GI portál s volbou Převzorkování, třetí test s volbou QMC a 256 vzorky a čtvrtý trest je nejblíže „fyzikální“ simulaci za použití per-pixel QMC GI portálu. Je to ideál. Skutečně poslední test se odehrál za metody QMC vzorkování a adaptivního vylepšení detailů.

Možná jste si všimli trochu vyšší kvality v oblasti radiátorů a také schodiště, ano, trochu jsem nastavil jinak GI právě s ohledem na tyto detaily (na tyto oblasti – tedy odstranění „nedostatků“ v oblasti GI – má velký vliv „opravný“ parametr „Upřesnění cache“, který dokáže v mnoha případech tyto nedokonalosti potlačit či zcela eliminovat při poměrně dobrém čase), ale jinak je nastavení GI původní. A v čem že tento parametr spočívá? V pokročilejší analýze sousedících GI vzorků a vzájemné komparaci, výsledkem čehož je podstatně přesnější a kvalitnější výsledek. Mimochodem, toto je asi jeden z nejdůležitějších parametrů, ve smyslu uživatele, který bychom mohli potřebovat poměrně běžně upravovat, zvýšit kvalitu za vcelku snesitelné navýšení času se hodí...

Závěrem

I dnešní díl jsme se věnovali renderingu a obsáhlému testování. Vím, že se vlastně příliš nezabývám detaily nastavení, ale ty lze vyčíst v manuálu či jiných publikacích (3DAttack). Věřím že podstatné je pro většinu uživatelů vlastní chování systému a otestování, co kdy asi tak použít a co od takového nastavení čekat. A když jsme u toho čekání, co budeme probírat příště? Poslední slíbenou situaci, osvětlení nějakého předmětu a ještě se při tom, jen decentně, vrátíme k iluminačním plochám...

A finální obrázek po barevné korekci...