Vray-Định nghĩa và cách sử dụng: Phần 1

Chia sẻ: Phan Thi Ngoc Giau | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

272
lượt xem 125
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong các chương trình render cho 3dsMax, Vray là một chương trình được sử dụng phổ biến nhất

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Vray-Định nghĩa và cách sử dụng: Phần 1

VRay nh ngh a và cách s d ng: Ph n 1 M u Trong các ch ng trình render cho 3dsMax, Vray là m t ch ng trình c s d ng ph bi n nh t. Hoàn toàn không phóng i khi nói Vray ph bi n n m c b ng t ng các renderer khác nh mental ray, finalRender brasil r/s c ng l i. i u ó càng th hi n rõ v i thu t toán và nhân c a ch ng trình c nghiên c u và hoàn thi n b i m t nhóm ng i. Tính ph bi n c a ch ng trình có nh ng nguyên nhân xác áng. Th nh t, VRay dùng trong các phép tính c a nó ph ng pháp chuy n i tính toán – nó c xây d ng hoàn toàn trên c s c a ph ng pháp Monter-Carlo. Trong ph ng di n này có th VRay c dùng nh là 1 ví d trình di n ch ng trình theo ph ng pháp Monter-Carlo. Nh ng ngoài ra, VRay có 1 lo t i m i thú v các công ngh x lý, cung c p thêm cho VRay nh ng u th trong ch t l ng và t c tính toán. Bài vi t này s trình bày v các c ch tình toán c b n bên trong VRay và cung c p cho ng i c m t s ph ng pháp s d ng hi u qu ch ng trình này. Các nguyên c bn Nhi m v c b n c a b t k ch ng trình renderer nào là tính toán s chi u sáng và màu s!c c a m t i m b t k c a khung c nh 3 chi u. Nhi m v ó r t là ph c t p. Các ph ng pháp tính toán c a " h a máy tính ã v t qua m t ch#ng ng phát tri n khá dài, tr c khi ng i ta t t i trình nh ngày nay v hi n th c hóa các b c nh b ng s trình di n c a máy tính.
Th nh t, chúng ta ã bi t r ng các v t th c ngu"n sáng chi u sáng tr c ti p, khi mà v t th và ngu"n sáng có th n i v i nhau b i m t ng th$ng. Mô hình s chi u sáng Fong và mô hình bóng Fong, nh ng th % &% cho ' ) *m m m m,u - a - c poligon b % (p + . m#t / %0 ra nh ng ch2%3 ng n i b t –highlight, ã tr thành 4nh cao - a mô hình 0 + 1nh 1nh . 0.n 6 y. Mô hình chi u sáng ó c7ng nh các phép bi n i c a nó (Lambert, Blin, 5 + Torrent, Ward và nh ng cái khác) bây gi v8n là n n t ng tính toán s chi u sáng tr c ti p, ch4 thêm 1 chút b sung. M t trong các b sung quan tr ng nh t , s tính toán các kích th c không gian c a ngu"n sáng, cho phép nh n c các v t m c a bóng v t th . M t b sung khác là xác nh s gi m d,n c ng ánh sáng theo kho ng cách. V chi ti t, các phép tính v t lý chính xác s chi u sáng s d ng nh lu t c ng tia sáng gi m d,n theo bình ph ng kho ng cách. Thành ph,n th hai c a s chi u sáng v t th c xác nh b ng ph n x (hay g,n v i nó) t9 các v t khác và không gian xung quanh v t th . th c hi n pháp tính ó ng i ta ã ngh: ra ph ng pháp dò tia - ray tracing. Ph ng pháp này dò theo ng i c a các tia sáng, b!t ,u t9 Camera, t i b m#t ,u tiên và sau ó ph thu c vào tính trong su t hay ph n x c a b m#t, xác nh h ng i ti p theo c a tia sáng. Ph ng pháp dò tia t9 camera l,n ,u tiên cho phép tính n môi tr ng xung quanh trong s chi u sáng v t th và ã hi u qu h n s dò tia t9 ngu"n sáng, b i vì ch4 tính xem xét n các tia sáng t i c camera. M t trong nh ng nh c i m c a ph ng pháp dò tia c i n là tính c ng nh!c c a hình nh nh n c, s rõ ràng quá m c c a các ng bao, bóng và màu s!c. Vì th sau ó ngu i ta ã làm ra phép ch4nh s a s phân b dò tia - distribution ray tracing (DRT). B n ch t c a DRT là ch2 trong m2i l,n giao c!t gi a các tia dò t9 b m#t trên ng i c a nó, t9 m2i i m giao nhau c xây d ng không ch4 m t mà nhi u tia sáng. Quá trình này ph,n nào g i nh n chu2i ph n ng. H ng gi i quy t ó ã cho phép tính ra các ph n x và khúc x y u d,n (nh là các ph n x và khúc x fuzzy, blurry hay glossy), nh ng mà kèm theo s gia t;ng áng k kh i l ng tính toán. Mô hình DRT c th c hi n trong các tính ch t c a v t li u VRay ph n x và khúc x v i s giúp < c a thông s Glossy. Do cái giá quá !t c a các phép tính DRT, s ch m ch p trong tính toán glossy-material VRay ã tr thành « i u mà ai c7ng nói n». Thành ph,n th ba c a quá trình chi u sáng v t th c tính toán qua s khu ch tán nhi u l,n màu s!c c a các i t ng xung quanh. Ph ng ' .p ,u tiên = ng % 0 s % 1nh ( > chi u 3 ng khuy ch 0n th % c p *% radiosity, m#c = % v8n c s %= ng cho t i gi , v i s % . . + > t"n 0i m t * t y u ? m, 6 % &% nh ng ch2% cho 2 ph ng ' .p 0 ? .c ti n b % h n – ( 1nh ( 5 ) @ Ph ng ' .p Monte-Carlo / % ph ng ' .p Photon map. Ph ng pháp b n " photon t o ( + ( ra cho m2i m#t ph$ng c a i t ng trong khung c nh m t c s % d % li u, trong ó l u tr % thông tin v s va ch m c a photon v i b m#t - t a va ch m, h ng và n;ng l ng c a photon. Photon c hi u *% ph,n n;ng l ng c a s chi u sáng, truy n theo m t h ng + nh t nh t9%ngu"n 3 ng. M t photon c a b n " c dùng trong - c tính toán ti p theo . . % .nh A.% s % chi u 3 ng - a i m trong k t C %- a s % phân 0n khuy ch 0n .nh 3 ng B . D . . . trên - c b %m#t xung quanh. T t c các renderer, s d ng ph ng pháp b n " photon, th c . hi n s tính toán chi u sáng qua 2 b c. B c th nh t th c hi n dò photon t9 ngu"n sáng n b m#t và t o ra b n " photon cho chúng. B c th hai th c hi n quá trình dò tia ng c l i t9 camera, còn b n " photon c s d ng tính toán s chi u sáng khu ch tán c a các i m giao nhau gi a tia dò ng c v i m#t ph$ng. Th t , s chi u sáng c xác nh b ng các tr ng h p #c bi t – tính các hi u ng ánh sáng xu t hi n trong k t qu t vào tiêu i m do s khu ch tán và ph n x c a tia sáng trên m t s vùng c a b m#t. Các hi u ng này c g i là các hi u ng quang t (caustic) c a s chi u sáng, E+minh ( a tuy t v i t9% th c t %- % th %*%th u ?nh h i 0%.nh % @ + 1 3 ng m#t tr i lên b % m#t v t th .. S tính toán các hi u ng quang t c a ánh sáng c . th c hi n b ng ph ng pháp b n " photon, nh ng v i yêu c,u b n " photon c c b có mt r t cao. Vì th các b n " photon c t o riêng bi t v i s xu t hi n các nhu c,u.
%k t 0Fc - c G @ trên, có th kh$ng nh r ng: v i trình phát tri n hi n nay c a ( . %6 i các ph ng pháp tính toán " h a máy tính cho phép tính toán s chi u sáng m t i m b t k trong khung c nh 3D nh t ng c a 4 thành ph,n: chi u sáng tr c ti p, ' n H %/ %? Fc ( +( H , ' .t 0n khu ch 0n th %và các hi u ng quang t ánh sáng. (. . tính toán chính xác t t c .nh sáng, i qua 1 i m nào y trên m#t ph$ng, c,n ph i tính t ng tia sáng, i t i i m ó t9 m i h ng. i u @d8n n s %c,n thi t tích phân % .nh 3 ng theo n a I n c,u, bao quanh i m, n u i m n m trên 1 b m#t không trong su t . . ho#c theo hình c,u bao xung quanh n u i m n m trên m t b m#t trong su t. %0 0+ 1nh 5 n b %ánh sáng trong " h a máy tính s d ng - c hàm, miêu t 4 thánh ph,n ánh sáng – hàm . ngu"n sáng, hàm - a - c tính ch t ph n x (lý t ng), ? Fc H % c a các b m#t và hàm . ( khu ch tán các ph n x - a - c b m#t. Hai ( m cu i th ng c h p nh t / % c A i *% . + + + BRDF - Bidirectional Reflectance/Refractance Distribution Function (( m J% 6 .nh phân + ( b % ' n H /? Fc H ). M#t khác phép tính gi i tích chính xác c a các tích phân nh v y ( ( trong h,u h t tr ng h p là không th , vì th tìm ra k t qu các phép tính khác nhau ã c s d ng M t trong các ph ng pháp c b n là ph ng pháp Monte-Carlo. Trong ý t ng c b n, ph ng pháp Monter Carlo cho phép tính ra giá tr tích phân nh t ng c a m t s l ng không l n giá tr c a các hàm d i tích phân, c ch n ng8u nhiên. Th c t , ph ng ti n toán h c c a ph ng pháp Monter Carlo cho phép xác nh s l a ch n nh ng giá tr ó, b i vì ph thu c vào nó là s chính xác và t c tìm ra k t qu tích phân. c l a ch n tính giá tr c a các hàm d i tích phân th ng c g i là samples. Hi n t i, ph ng pháp Monter Carlo là tiêu chuKn “ b t thành v;n” cho các render " h a máy tính 3 chi u và c s d ng h t s c r ng rãi – h,u nh trong ph,n l n các ch ng trình hàng ,u. M#t khác ph ng pháp ó có m t nh c i m nghiêm tr ng – ch m ch p trong tìm k t qu . C th i u ó có ngh:a là, t;ng ch t l ng tính toán ánh sáng, ví d lên 2 l,n thì kh i l ng tính toán s t;ng g p 4 l,n (s sample). Y u kém trong render là – nh ng v t bKn màu, các h t và s gi t o trên Ph ng pháp Photon map c thi t k nh s xen k c a phép tính s chi u sáng khu ch tán th c p b ng ph ng pháp Monter Carlo và thay th phép tính tích phân t ng ng. Gi i pháp ó có m t lo t u i m và c nh c i m. Lu i m chính c a Photon map là t c và s hoàn ch4nh c a phép tính. Các nh c i m c a nó liên quan n nh ng yêu c,u b nh l n và s khó kh;n trong vi c liên k t các v t n i, các góc và ng biên c a b m#t. Ch ng trình c t lõi c a Vray c xây d ng trên ph ng pháp Monter Carlo. Vray c7ng s d ng ph ng pháp Photon map, nh ng không nh s xen k v i ph ng pháp Monter Carlo (gi ng nh trong Mental ray), mà nh m t s b sung. Nói c th h n là, tính khu ch tán s c p (tia sáng t9 ngu"n i n b m#t, ph n chi u và va vào i m c,n tính sáng) trong Vray s d ng ph ng pháp Monter Carlo. Dành cho t t c các khu ch tán tái ph n x , b!t ,u t9 l,n th 2 ( tia sáng l,n th 2 hay nhi u h n ph n chi u t9 các b m#t khác tr c khi n i m c,n tính), có th s d ng ph ng pháp Monter Carlo c7ng nh ph ng pháp Photon map. Trong thu t ng c a Vray, khu ch tán l,n th nh t c g i là First diffuse bounces – s b t lên th nh t, t t c nh ng s tái ph n x khác - secondary bounces, hay là s b t lên th c p. Cách ti p c n ó khá h p lý b i vì nh ta ã rõ, ph,n chính ánh sáng khu ch tán c a i m c t o thành t9 chính s ph n x th c p. óng góp c a các quá trình ph n x còn l i không l n, do k t qu c a s gi m r t nhanh c a c ng ph n x khu ch tán cùng v i quá trình gia t;ng s l ng c a chúng. B ng cách ó, s k t h p ph ng pháp Monter Carlo và Photon map trong Vray ã m b o tính chính xác và t c cao h n trong tính toán, so v i các ch ng trình render i th khác
S d ng Photon map cho tính toán ph n x qua l i c a thích h n nhi u l,n b i vì nó cho phép nh n c k t qu nhanh h n và ch t l ng h n. M#t khác, vì Photon map không th làm vi c v i các ngu"n sáng nh Skylight, HDRI và h n ch truy c p vào b nh , trong tính toán khung c nh m và trong m t vài tr ng h p khác Photon map th ng c thay th b ng ph ng pháp Monter Các thông s i u khi n c a VRay VRay: QMC Sampler Nhóm các bi n i u khi n trong Vray b ng các tính ch t chung c a ph ng pháp Monte-Calro, #t trong b ng d i ây: Giá tr các thông s này xác nh các Sampler s c s d ng trong tính toán m i giá tr theo ph ng pháp Monter-Carlo. Ghi nh là th c t t t c các giá tr , c tính b i Vray, t t c các d ng chi u sáng, khúc x và ph n x , translucency, caustic và các lo i khác, u s d ng ph ng pháp ó. K t qu là ph thu c vào nh ng xác l p này t c tính toán c7ng nh chính xác và do ó kéo theo m i quan h th i gian/ch t l ng render hình Lock to pixels c dùng lo i i nh ng i m nh p nháy trong ho t c nh. N u d u tick c ánh trong ô tr ng bên c nh thông s này m t liên k t ch#t ch c a giá tr các i m c,n tính s c s d ng i v i các i m c a hình sao cho các giá tr ó gi ng nhau t ng ng v i các i m trong các hình (frame) li n k . Ph ng pháp Monter Carlo có tính ng8u nhiên vì th v i s giúp < c a nó cùng m t giá tr có th nh n nh ng k t qu h i khác nhau trong các i u ki n t ng t . N u ta tính nh t:nh thì giá tr này có th m nh d n ch t!t. Lock to pixels và t;ng samples cho tính toán các giá tr là 2 ph ng pháp c b n ch ng l i s nh p nháy (flickering) trong các ho t c nh c tính b i VRay Adaptation by effect on final result (importance sampling) – kM thu t c dùng ch n các samples. Trong tính toán tích phân s chi u sáng b ng ph ng pháp Monter Carlo các giá tr c a các hàm d i tích phân (samples) c ch n theo m t qui lu t ng8u nhiên nào ó trong gi i h n c a hàm (bán c,u cho tính sáng c a i m trên m#t không trong su t và hình c,u cho i m trên m#t trong su t) s c s d ng. Thú v là samples có th có tính hình h c nh h ng, d c theo nó các giá tr c a hàm s c tính - nói m t cách khác nó gi ng nh t9 i m s sinh ra tia l y samples. KM thu t importance sampling ch n nh ng i m b ng ph ng pháp chú tr ng hay giá tr c a nh ng i m c th c a samples cho m t k t qu c th . N u tia l y samples d c theo m t h ng nào ó em l i ít giá tr chi u sáng ho#c th m chí b ng 0, các samples c l y ti p theo theo h ng ó ho#c g,n v i nó s không c l y. M t ví d khác – tính m t khúc x t i s không c,n nhi u samples. Trong m i tr ng h p, b t thông importance sampling s ép bu c chuy n ng c a Vray tìm ki m và l a ch n cho tính toán nh ng giá tr l n (và vì th quan tr ng h n cho hình nh) samples và bN i nh ng samples có giá tr th p. Giá tr Amount i u khi n s cao trong s d ng kM thu t importance sampling khi tính. Giá tr 0 s t!t hoàn
toàn s s d ng OP R Rimportance sampling, còn v i Amount = 1 t t c các samples s Q ST ph i qua tuy n ch n. Trong ph,n l n tr ng h p s d ng kM thu t importance sampling h t s c h u ích i v i các renderer – a n s gia t;ng trông th y v t c trong khi v8n m b o chât l ng tính toán cao. M#t khác kM thu t importance sampling v i tính ch t ng8u nhiên c a mình có th em l i nh ng k t qu d ngoài mong mu n – ó không ph i là m t nghich lý, ôi lúc t!t thông s ó có th có l i vì s làm gi m nhi u trong tính toán. Nh v y gi m Amount s d8n t i t;ng ch t l ng render và t;ng c th i gian tính toán. Chi n l c v i thông s này có th là nh sau – t;ng Amount, n u nó không d8n n nh ng thuyên gi m nghiêm tr ng v ch t l ng hình nh và gi m nó n u render không có m t l2i nhi u nào c . Theo m#c nh Amount = 1 Adaptation by sample values (early termination) – cho phép Vray phân tích các giá tr samples và bN quá trình l y samples n u nh nh ng gí tr ó g,n gi ng nhau. Nói m t cách khác n u nh các giá tr c a samples ít khác nhau thì thay vì tính ti p các giá tr c a samples m i các giá tr c a samples ã tính s c s . N u nh các samples khác nhau rõ r t thì s l ng chúng c ch n s l n h n. Thông s Amount xác nh m c áp d ng kM thu t này. V i Amount = 0 kM thu t này hoàn toàn không c s d ng, v i Amount =1 early termination s d ng s l ng nhN nh t có th c các tia samples. N u nh c,n ch t l ng tính toán cao thì dùng Amount = 0, nh ng tr giá cho i u ó là s gia t;ng th i gian rander. Chi n l c cho thông s này gi ng nh v i thông s importance sampling , giá tr Amount m#c nh = 0. Min. samples – Thiêt l p s l ng nhN nh t c cho phép samples. T c là s samples dùng cho tính toán 1 giá tr nh t nh không th nhN h n giá tr Noise threshold – tr ng tài, ng i phân s , quy t nh, khi nào giá tr nh n c t t cho hình nh. Các giá tr k t qu s c t so sánh v i nhau theo t9ng b c. N u s khác nhau l n h n giá tr Noise threshold thì các samples b sung s c tính, n u s khác nhau nhN h n thì quá trình tính k t thúc. Rõ ràng là thông s này có nh h ng tr c ti p nh t t i c h t l ng ( nhi u ) và t c render. T;ng nó lên có th làm s tính toán tr nên r t nhanh và nhi u và ng c l i Nh ng thông s trình b,y trên cho phép Vray linh ng nhân các quy t nh v s samples tính toán giá tr này ho#c giá tr kia m t cách tr c ti p trong quá trình tính. N u Amount c a importance sampling và early termination có giá tr là 0 chúng ta s nh n c render có kh n;ng cao nh t c a Vray v ch t l ng. Th i gian tính c7ng s là l n nh t còn s samples s g,n v i s subdivs, c nh cho GI trong thi t l p ngu"n. N u giá tr Amount c a importance sampling và early termination b ng 1, render s là t i thi u (nh ng hoàn toàn không có ngh:a là t"i) ch t l ng, th i gian tính c7ng s là ng!n nh t có th c còn s samples s g,n v i giá tr ã nh trong Min. Samples. i u ó gi ng nh 2 m#t i ngh ch, trong gi i h n ó xác nh m i giá tr thi t l p trung gian, tiêu t n cho th i gian và ch t l ng render
Hình.02-08. Xác l p c 2 giá tr Amount = 0, Noise threshold=0.005. Hình.02-09. Xác l p c 2 giá tr Amount =1, Noise threshold=0.005. Nh n th y là hình nh thu c gi ng l,n tr c nh ng th i gian rander gi m i 2.5 l,n
Hình.02-10. Xác l p c 2 giá tr Amount =1, Noise threshold=0.1. Gi m Noise threshold càng t;ng t c tính nh ng ã làm t"i i rõ r t ch t l ng hình nh (nhi u góc và trên các v t n i c a t ng và sàn, xu t hi n các h t trong bóng ) Các giá tr #t sUn trong Vray theo m#c nh c a Amount và Noise threshold khá a n;ng và t nhiên trong h,u h t các tr ng h p, ho#c chúng có th là nh ng giá tr kh i ,u cho các th nghi m cá nhân. Thay i chúng ch4 nên khi có s hi u bi t th c s và sâu s!c. Khuy n cáo không nên giá tr 0 cho Noise threshold – i u ó có th d8n Vray t i nh ng vòng tính toán l#p vô h n, ho#c nhanh h n, t i s k t thúc th m b i công vi c c a ch ng trình QMC –Monter Carlo, ph ng pháp c s d ng b i Vray khác bi t v i Monter Carlo “c i n” ch2 nh vi c s d ng early termination và importance sampling. Chúng cho phép ch n các samples , i u làm cho nh ng sample này không hoàn toàn ng8u nhiên nh trong ph ng pháp Monter Carlo chuKn Tính GI (Chi u sáng toàn c nh - Global Illumination) tính thành ph,n ,u tiên – chi u sáng tr c ti p, Vray có riêng thu t toán có kh n;ng làm vi c c l p. ch!c ch!n v i u ó r t n gi n, ch4 c,n render 1 khung c nh 3 D không có GI ( bN d u tick trong h p ch n “On” trong b ng VRay: Indirect Illumination). Trong kho công c c a modul tính chi u sáng tr c ti p có kh n;ng làm vi c v i các ngu"n sáng không gian nên tính các mép bóng m m không t o thành v n gì. Các xác l p chi u sáng tr c ti p có trong các thông s c a ngu"n sáng và bóng (s gi m d,n, lo i ngu"n sáng, thông s c a bóng v.v..)
Hình.02-02. Ch tính chi u sáng tr c ti p. T t c các vùng không n m trong gi i h n nhìn th y c a ngu n sáng u n m trong bóng t i. Bóng m m là k t qu c a thao tác v i ngu n sáng không gian T!t chi u sáng tr c ti p hoàn toàn có th làm c, làm i u ó ta s d ng nút Exclude trong b ng xác l p c a ngu"n sáng. Vng d ng này có ích cho phân tích map d ng nguyên th và nh h ng i v i chúng các xác l p c a các thông s . Ví d , tách v t th ra khNi s chi u sáng không nh h ng t i Photon map b i vì nó, n u trong tính ch t c a ngu"n sáng có #t Generate diffuse, s tính toán Photon. Phép tính Photon m p c7ng ch4 có th t!t ó. C7ng có th l a ch n b t ho#c t!t các v t th khNi Photon map n u trong tính ch t c a các v t th xác nh bN i d u tick trong m c Receive GI Generate GI (trong b ng Vray: System>Object settings ) C7ng có sUn trong Vray thu t toán riêng tính dò tia ng c, nó c7ng là m t b ph n c l p c a h thông tính. M t ph,n thi t l p c a ray tracing n m trong b ng VRay: Global Switches VRay: Image Sampler (Antialiasing), ph,n khác trong thông s v t li u VRayMtl. Tính toán thành ph,n chi u sáng th ba – khu ch tán ph n x c a s chi u sáng là m t trong nh ng thu t toán quan tr ng nh t c a Vray và c7ng t ng i c l p v i nh ng thành ph,n chi u sáng khác. Các xác l p c b n c a vi c tính GI n m trong b ng VRay: Indirect Illumination, các xác l p b sung khác r i rác trong h,u h t các b ng còn l i c a Vray. Chúng ta s xem xét nó l,n l t. Vi c tính GI có th b t ho#c t!t tùy ý trong h p ch n “On” trong b ng VRay: Indirect Illumination.
Các xác l p c a thành ph,n chi u sáng th t – caustic – hi u ng quang t n m trong b ng VRay: Caustic VRay: System (Object settings Light settings). Nh v y, Vray có c u trúc modul rõ ràng, cho phép b t ho#c t!t c a thành ph,n này hay thành ph,n kia c a s chi u sáng không ph thu c vào các ph,n còn l i, i u này ti n l i cho vi c xác l p các thông s . Ti p theo ta s ch4 xem sét chi ti t chi u sáng khu ch tán không tr c ti p (GI) Các xác l p c b n c a GI. tính ch4 Indirect Illumination VRay cung c p 3 ph ng pháp c b n: • Tính tr c ti p - Direct computation; • Irradiance map; • Photon map (Global photon map). Có th th y #c i m c a các cách tính là chia các d ng khu ch tán ph n x ra làm 2 - Khu ch tán b t ra l,n th nh t (ánh sáng ,u tiên i n m t b m#t nào ó, khu ch tán m t cách ph n x t9 ó ch4 1 l,n r"i sau ó i vào i m c,n tính sáng) và các lo i khu ch tán còn l i (ánh sáng, cho t i khi n i m c,n tính sáng ã ph n x b i các b m#t c a khung c nh 2 l,n ho#c nhi u h n th ). Ý t ng c a vi c chia trên – nó liên quan n s chú tr ng óng góp c a chính l,n khu ch tán ,u tiên c a ph n x ( l,n b t lên khu ch tán ,u tiên c a photon), s óng góp c a các l,n còn l i s nhanh chóng t!t theo chi u t;ng c a s l,n ph n x . tính 2 lo i n y b t ó có th dùng 4 b k t h p khác nhau c a 3 ph ng pháp tính trên • Tính tr c ti p - Direct computation cho l,n b t lên khu ch tán ,u tiên và tính tr c ti p - direct computation (direct+direct) hay photon map (direct +photon) cho các l,n b t lên sau; • Irradiance map cho l,n ,u tiên b t lên và tính tr c ti p (irr_map+direct) hay photon map cho các l,n b t lên sau (irr_map+photon).
.02-04. Ch4 có chi u sáng tr c ti p và m t l,n khu ch tán ph n x (l,n khu ch tán b t lên ,u tiên - first diffuse bounces) Hình.02-05. Chi u sáng tr c ti p và t t c các l,n khu ch tán ph n x , c tính b ng ph ng pháp irradiance map cho l,n b t lên khu ch tán ,u tiên và ph ng pháp photon map cho các l,n b t lên khu ch tán ti p theo.
Hình.02-05a. Ch4 có s b t lên khu ch tán ,u tiên ( S ph n x qua l i ,u tiên ), c tính b ng ph ng pháp irradiance map. th y hình nh này có th tính s chi u sáng tr c ti p và GI v i first diffuse bounces - on, secondary bounces - off và l u irradiance map ã tính vào file. Sau ó t!t t t c các v t th c a khung c nh ra khNi s chi u sáng tr c ti p và render v i irradiance map c load t9 file. Hình.02-05b. Còn b n thân Photon map c th y nh th này. th y nó ta t!t các v t th ra khNi s chi u sáng tr c ti p và tính first diffuse bounces>Global photon map, secondary bounces - off.
Hình.02-05c. Photon map và ánh sáng tr c ti p, không có s b t lên ph n x th nh t Chi u sáng tr c ti p - Direct computation (DC) dùng tính s chi u sáng khu ch tán b ng ph ng pháp Monter Carlo. Tên khác c a ph ng pháp này là “ Thô l c”. Khi tính direct+direct cho m2i i m m t n a bán c,u có kích th c n v s c xây d ng và vi c l y samples c a hàm d i tích phân s c ti n hành ( S l ng samples c bi u di n trong xác l p Subdivs c a nhóm First diffuse bounces>Direct computation), mà ph,n c t lõi c a nó là ph,n khu ch tán BRDF. Vi c l y samples BRDF là s l a ch n ng8u nhiên m t trong các giá tr c th c a nó, i u ó t ng ng v i vi c ch n m t h ng c th (góc) chi u xu ng c a ánh sáng. Theo h ng ó tia dò s dò t i giao i m m i v i b m#t g,n nh t. T i i m m i s chi u sáng tr c ti p c a nó s c tính ( ó s là s b t lên ph n x ,u tiên) và quá trình tính các l,n ph n x ti p theo c,n ph i l#p l i - xây d ng bán c,u ( ho#c c hình c,u cho b m#t trong su t), l y samples theo s l ng subdivs c a nhóm Secondary bounces>direct computation, tia dò m i s dò nh th ti p cho n khi t c Depth – sâu c a tia dò. B i vì s ph n x qua l i s nhanh chóng t!t i cùng v i s gia t;ng s l,n ph n x , thêm m t y u t h n ch s l ng samples và sâu tia dò, ngoài Depth, ó là QMC Sampler – v i importance sampling và early termination. Tính b ng “thô l c” thu c k t qu v s phân b n a bóng (ph,n chuy n bóng) r t chính xác hoàn toàn không b gián o n. Nh ng th c s r t lâu. Ví d , n u ch n Subdivs b ng 50 cho c 2 lo i b t lên ph n x , thì s tia samples cho m2i i m s là 2500, t c là s có 2500 W SXY i m m i, mà t i m2i i m ó s l i ti n hành dò 2500 tia c a chúng, và s T nh n c 2500 i m n a, c th quá trình ti p di n trong khi xác l p QMC v8n cho phép. Quá trình r t nhanh chóng có tính ch t nh m t dòng thác l7, và t t c s l ng kh ng l" tia DC s ph i c tính nghiêm túc và hoàn thi n. S l ng samples c a s n y b t th c p c a Vray theo m#c nh là 1 tia, nó có vZ hoàn toàn cho k t qu t t cho ph,n l n tr ng h p và gi m nh[ rõ r t kh i l ng tính. Ngoài chính xác tính n a bóng cao và tc ch m, nh c i m c a DC còn là s nhi u, i u liên quan n vi c tính toán c th c hi n riêng r cho t9ng i m. tránh nhi u ch4 có 1 ph ng pháp – nâng s l ng tia
samples (Subdivs), i u không rõ là không t t cho th i gian tính toán. Vì th , direct+direct computation khá ít c s d ng trong th c t và ch y u là cho các hình reference, giúp nh n bi t c,n phân b ánh sáng th c p trong khung c nh nh th nào ( trong tr ng h p ó s nhi u lo n không c,n quan tâm). Trong tr ng h p dùng direct +photon, tia dò t9 i m c,n tính ch4 dò t i b m#t g,n nh t, n i s tính s chi u sáng tr c ti p còn s chi u sáng t9 các l,n ph n x sau s c ánh giá b ng m t c a photon map t i i m giao trong gi i h n c a bán kính cho tr c ( thông s Search distance c a photon map). Ph ng pháp này nhanh h n ph ng pháp tr c và có th còn chính xác h n khi photon map có m t cao. Còn có thêm m t ph ng pháp s d ng photon map l a ch n (d oán) nh ng h ng c a DC, cung c p óng góp áng k vào tính toán. Th c ra, ch$ng nên “ t cháy” samples vào không gian xung quanh n u bi t theo h ng nào các photon chuy n ng!? Ti c r ng Vray không s d ng m[o này. Irradiance map S khác bi t c a ph ng pháp irradiance map so v i direct computation là ch2, tính toán c th c hi n không ph i cho t t c các i m c a hình mà ch4 m t ít trong s ó. S chi u sáng c a các i m còn l i c n i suy theo s chi u sáng ã c tính c a các i m g,n nh t (ph ng pháp này c g i là ng d c – gradient sáng) trong gi i h n c cho b i thông s Interp. Samples c a nhóm First bounces>Irradiance map. i u ó cho phép tính sáng c a nh ng ch2 th c s c,n thi t trong khung c nh 3 chi u – trong vùng có nh ng thay i áng k v chi u sáng hay b m#t hình h c, và \] ^ _ Q R T T ST ` ] a c d ] ] T SR W T ] ] Q g S ] Y hR ] Y ] R hR W i c R X, k R m T b c XSb e c fR W c e T e T R cb a Y a T j W l] l i ] ] Q W W T Y l hT - S T Q c ` a _ T T _ W W ` T SR W T ] Q R cS R e T R n T n b ] Y Rg k hR R c fR W c R hR a ^ SR Y T ] , và tô bóng g,n úng cho nh ng b m#t ph$ng và c chi u kT ] T aWc sáng u. S tuy n ch n các i m tính và l u trong irradiance map di n ra theo t9ng b c, b! t , u t 9 phân gi i th p nh t c a hình t i phân gi i cao nh t. phân gi i th p nh t c xác nh b i thông s Min. Rate; cao nh t - Max. rate c a nhóm thông s First diffuse bounces>Irradiance Map, giá c a các thông s này là s m7 c a c s 2. Nh th giá tr -2 ng v i ¼ còn 0 ng v i 1. Vi c tính irradiance map c th c hi n nhi u l,n, m2i l,n chính xác h n, cung c p ch t l ng cao h n. Ví d , n u Min. Rate = -3, còn Max. Rate = 0, phép tính irradiance map s th c hi n 4 l,n (-3, -2, -1, 0). phân gi i g c là phân gi i c a hình c,n tính, c làm nhN i t ng ng v i các l,n tính. V i -3 trong l,n tính ,u tiên ch4 th c hi n tính cho 8 i m 1 l,n. Trong b c ti p theo, các i m xung quanh s c so sánh v i nhau v s chi u sáng. N u s khác nhau v chi u sáng c a các i m, pháp tuy n c a chúng hay vùng không gian g,n v t th l n h n 1 giá tr ng
c a mình, có th không trùng v i Clr. thresh, và n u chúng nhN h n nh ng phép tính thêm s c th c hi n cho m t vài i m T9 i m l u ý cu i cùng có th rút ra k t lu n r ng vi c thi t l p supersampling có th c làm n gi n quá trình thi t l p cho irradiance map t;ng t c tính toán và thi t l p v i yêu c,u ch t l ng cao h n sau khi tính và l u irradiance map, ngay tr c khi ti n hành render cu i. ó là i m khác v i direct computation, các thi t l p cho supersampling chúng c,n c th c hi n tr c c khi b!t ,u tính toán. Nh v y irradiance map+photon map có s m m dZo cao nh t trong quan h v i supersampling – nó có th c thay i mà không c,n ph i tính l i irradiance map c7ng nh photon map, i u cho phép các phép th v i ít s t n kém “s ng máu” h n v i thi t l p supersampling K t lu n th c ti n th 2 c p n s ph thu c c a các giá tr Min. rate Max. rate vào c< nh c,n tính – khi t;ng c< nh các giá tr này có th c gi m i và ng c l i. Ví d , n u c#p giá tr Min. rate = -3 Max. rate = 0 làm vi c t t cho nh 800x600 pixel thì cho nh có kích th c 1200x1024 hoàn toàn có th dùng Min. rate = -4 Max. rate = -1, và c< nh cao h n các giá tr này còn có th h xu ng n a. Trong quan h v i vi c khi t;ng c< nh s i m c,n tính c7ng t;ng suy ra cùng m t vùng c a khung c nh 3 chi u s c bi u di n b ng m t s l ng l n pixel B n thân vi c tính sáng c a các i m c th c hi n t ng t nh direct computation – l y samples c a n a bán c,u, tìm giao i m, tính s chi u sáng tr c ti p, n u cho nh ng s n y b t th c p dùng direct computation – nh ng bán c,u m i s c xây d ng, n u dùng photon map – s ánh giá s chi u sáng theo m t photon. Nói chung nh bình th ng. Nh ng có m t #c i m quan tr ng c a quá trình tính irradiance map và first diffuse bounce trong t ng th ; giai o n tính s b t lên khúc x ,u tiên di n ra quá trình k t n i ( c - hòa tr n, k t h p) s chi u sáng tr c ti p c7ng nh s chi u sáng secondary bounces. ó là #c i m c a Vray. Nó không l u tr các thành ph,n chi u sáng riêng bi t, tính s b t lên ,u tiên d a trên k t qu tính toán chi u sáng tr c ti p và các s ph n x qua l i khác và k t qu c l u vào file. Và dù cho s chi u sáng tr c ti p không c l u tr b i b n thân irradiance map, có th b t ho#c t!t thì s ph n x qua l i nhi u l,n sau tính toán ã có c giá tr c a nó. T c là n u irradiance map ã tính có k n photon map và l u vào file cho các tính toán sau ó, thì vi c load photon map t9 file c7ng nh tính secondary bounces có th bN qua mà không làm nh h ng gì n k t qu tính cu i cùng. M t ví d khác. Tính irradiance map không có secondary bounces và l u vào file. Sau ó tính photon map và c7ng l u vào file. Bây gi n u nh render v i irradiance map load t9 file cho first diffuse bounce, còn secondary bounces v i photon map ã ghi và tính sáng thì vi c c ng g p ánh sáng s không x y ra. Chúng ta s ch4 nhìn th y irradiance map và s chi u sáng tr c ti p. #c i m này c a vi c tính GI trong VRay có nh ng m#t tích c c c a nó – kích th c c a irradiance map nhN h n nhi u l,n so v i photon map . Và #c i m nêu trên còn cho phép chúng ta s d ng ch4 irradiance map cho các tính toán sau n u nó ã c tính tr c có k n photon map và quên i b n " photon nhi u MB Ph ng pháp tính irradiance map th c hi n nhanh h n nhi u so v i direct computation và không có t n th t nào v ch t l ng hình nh. Vì th nó là c b n tính s b t lên khu ch tán ,u tiên. Tính ti p h p (adaptive) theo các i m ch n tr c là m t khám phá r t thú v c a Vray và là u vi t th c s c a nó. B i vì tính GI b ng irradiance map + photon map trong VRay t ng t v i tính GI trong mental ray b ng s k t h p c a photon map và final gathering. Nh ng m#t khác, final gathering, khác v i irradiance map, ch n các i m tính tr i u theo giá tr bán kính cho sUn không tính n nh ng thay i v màu s!c và hình h c. Vì th nh n c k t qu c h t l ng t ng ng v i irradiance map a _ Q ] ] S, final gathering c,n dùng m t s i m l n h n, mà i u ó có RP e b T ngh:a là th c hi n phép tính ch m h n
V th i gian render, direct+direct s là ch m nh t, direct+photon map và irradiance map + direct s c nh tranh nhau v th i gian, irradiance map + photon map – ph ng pháp tính nhanh nh t m b o ch t l ng hình nh trong nguyên lý mang tính v t lý hoàn thi n c a photon map. Vi th chính s k t h p này c s d ng nhi u nh t trong th c t . Nh ng không lo i tr9 ngo i l . Ví d i n hình – tính sáng êm b ng photon map. Vì photon r t ít do s t p trung c a các ngu"n sáng ( êm mà), có th c,n n r t nhi u th i gian nh# t nh nh chúng. Ví d khác – không có thành ph,n khu ch tán c a v t li u. Trong tr ng h p ó tính photon map có th tr thành m t quá trình vô t n không k t qu b i vì photon map ch4 c xây d ng cho b m#t có ánh sáng khu ch tán b ng 0. Thêm m t víd i n hình n a – tính không gian m v i Skylight. Trong ó ví d cu i cùng có th s a ch a b ng cách #t úng l i các ngu"n sáng. Bây gi ta s xem sét các thông s c a maps - irradiance và photon. Bn Photon (Photon map) Ý t ng photon map (PM) n gi n – t9 ngu"n sáng ánh sáng theo t t c các h ng chia n;ng l ng ánh sáng –“photon”. M2i m t h ng phóng (dò ) t i khi va ch m vào v t th g,n nh t c a khung c nh và ó x y ra “t ng tác” c a photon v i b m#t. K t qu c a c a t ng tác c l u vào m t b c s d li u #c bi t, chính là photon map. T ng tác c hi u là photon có th b h p th b i b m#t, ph n x toàn ph,n hay khu ch tán t9 nó hay i qua b m#t trong su t ng theo nh lu t ph n x và khúc x ánh sáng. Hi n t ng nào s x y ra, ph thu c tr c h t vào tính ch t c a b m#t (tính ch t và h s khu ch tán, ph n x hay trong su t c a các v t li u), th 2 là ph thu c vào k t qu c a "bàn quay Rulet ki u Nga"!!!. Bàn quay Rulet ki u Nga – máy m ng8u nhiên, s d ng t ng các h s ph n x khu ch tán, ph n x toàn ph,n và h s trong su t. Vì xác su t luôn luôn h ng t i 1 nên t ng 3 h s ó c7ng không c v t qua 1. Chính i u ó m b o thông s Energy preservation mode c a v t li u VRay (trong ó cho RGB cho r ng 0-255 t ng ng v i kho ng 0-1) và có l chính vì th photon map c a Vray ch4 có th t o cho v t li u lo i VRayMtl. B n ch t c a "bàn quay Rulet ki u Nga" – h s này hay h s kia càng l n thì xác su t hi n t ng t ng ng v i nó s y ra càng cao - h p th ph n x hay khúc x . Sau t ng tác, photon dò theo h ng m i t i b m#t ti p theo, n i quá trình s l#p l i. sâu tia dò trong Vray c cho b i thông s Bounces trong b ng VRay: Global Photon map. Khi t t i sâu cho tr c ( s l,n photon t ng tác v i các b m#t), s dò c a photon s d9ng l i. Trong các b n " photon c a t t c các m#t mà photon ã t ng tác, l u tr các thông tin v t a va ch m, n;ng l ng photon và h ng t i c a nó. Photon map cho b m#t c t o khi và ch4 khi nó có tính khu ch tán khác 0 s d ng thành công photon map c,n #c bi t hi u c#n k m t i u – m t photon riêng lZ không th xác nh chính xác s chi u sáng c a i m. xác nh chi u sáng c a i m c,n m t b s l ng nh t nh photon, g,n v i các t a i m và t ng n;ng l ng c a chúng v i nh ng h s kh i l ng xác nh. Bán kính c a b ó c cho b i tham Search distance trong b ng VRay: Global Photon map.
Các tham s xác l p cho Photon map Càng nhi u photon c dùng càng ánh giá chính xác s chi u sáng c a i m. Nh ng ó là “con dao 2 l
l ng - a photon map. M t l,n n a trong Vray - % s %= ng m t A i ' .p r t 0F%/, cho @ B( ( ' ) kh!c ' c ( n ch %v %b %nh . (p ( Thông s %Max. density trong I ng VRay: Global Photon map cho ' ) “6 n” d % li u (p ) - a photon map. Vi c @ c th c hi n nh sau. Thay /% ghi 0+ b % thông tin (n;ng 5n % p l ng, h ng, 0a % - dung l ng cho thông tin - a m t i m *% 30byte) v % m t i m + trong I n "% tr c h t 3 % ti n ( nh phân 0 - c i m &% 1ch . c ghi. N u nh g,n 0a % + photon bay qua &%- % ghi d % li u v % photon &% qua @ tr c, n;ng l ng - a photon m i @ % - 4% n A n u c c ng thêm / o n;ng l ng - a photon &% c l u tr . Nh th , n;ng ( B + l ng - a photon c ghi “mi n ' 1” / o photon map. M c % g,n c H c nh b i (+ . thông s % Max. Density. q@ @ B J%- ng l n 0p .n ?nh E+photon map xem 3 t - ng %- %A.%0 + (%I 1 % )+ l n / %H c su t 0 th y photon - &% bay qua - ng l n. N u Max. Density = 0, t t - %- c m +. p 7% + . photon u c l u 07%/ o I n ": s % c ng A.%0 %- a photon 3 % không - , t t - %- c 0a J+ BJ @ . , h ng / % n;ng l ng - a m2i photon u c ghi *i. N u trong khung - nh s %= ng + n /%*% mm 0p B J% Max. Density = 5 n 10 *%( + 0+ % %0 50 n 100 tri u + 5n 5n 1nh + (%A.%0 photon. V8n t"n 0i m t câu ( i – photon &%bay qua c hi u *%th %6 o? r( @ %6 i s % N + + 4%- %G @ g,n v %0a %hay - n 0s 1nh n g,n v %h ng / %n;ng l ng - a photon? + M c % 6 n - a photon map không ' i *% A i ' .p t t nh t cho ch t l ng - a ) ( +B ( (nh nh. @ *% do m i quan h % qua *i gi a Max. Density / % Search dist. – t;ng Max. p %+ + Density không 0.nh ? Ni vi c t;ng I n ?nh thu th p photon, t c *% t;ng % m %6 t - a J ( .1 + ( .nh 3 ng. qA + ra, s % c ng photon trong gi i ( n Max. Density - ng d8n n s % m %6 t 5i . 7 ( - c chi ti t trong chi u 3 ng. tpth % trên th c t % ng i ta c g!ng gi m giá tr c a Max. . . % Density sao cho v8n nh n cm t c,n thi t cho photon map. M t kh n;ng tuy t v i n a c a Vray là thu t toán s lý mép c a các v t th cho photon map. Vì ch4 m i m t l ng photon không th nh n c ng mép c a các v t th hay các v t n i b m#t rõ ràng và liên t c, VRay a ra 2 ph ng pháp nh n c mép s!c nét. Th nh t - Convex hull area estimate, tính g,n úng s chi u sáng b m#t c a các mép theo photon g,n nh t. B n thân tác gi không m#n mà l!m v i ph ng pháp này, song trên th c t Convex hull c th9a nh n là làm vi c khá t t. Convex hull s làm vi c t t h n n u thông s Max. photons có giá tr khác không. Hình.02-05d. Photon map v i thông s Convex hull area estimate ang b t. Hãy so sánh v i hình 02-05b – thi u nh n mép, góc và các v t n i
Th hai – s d ng direct computation tính sáng. i u này t c b ng cách cho thông s Retrace threshold – kho ng cách t9 mép, n i s b!t ,u tính c Retrace Bounces – s l ng l,n b t lên c tính c,n ph i b ng giá tr c a thông s Bounces c a photon map. Ph ng pháp này òi hNi th i gian khá l n và không ph i khi nào c7ng cho k t qu t t. Ngoài ra ôi khi k t qu tính mép v8n có th h i khác v màu s!c so v i các ph,n khác c a b m#t, i u này òi hNi ph i tinh ch4nh thông s Retrace Bounces (nhN h n – t i h n, l n h n – sáng h n) và các phép tính b sung. C hai ph ng pháp trên u c s d ng khá r ng rãi. Store direct light Cho phép l u tr trong photon map thông tin v s chi u sáng tr c ti p. Trong các thu t ng v photon map, s va ch m ,u tiên c a m2i photon v i b m#t chính là s chi u sáng tr c ti p v b n ch t ( 9ng nh,m v i s va ch m khu ch tán ,u tiên, cái chính là s va ch m th hai c a photon v i b m#t). Th ng thì s n y b t lên ,u tiên c a photon trong các b n " không c l u l i tránh s l#p l i c a phép tính chi u sáng tr c ti p. Hình.02-05e. B n " photon v i thông s Store direct light c b t. Hãy so sánh v i hình 02-05b, c tính không có Store direct light và hình 02-05c, c tính v i s chi u sáng tr c ti p và photon map Convert to irradiance map c t o ra cho vi c tính sáng trung gian theo photon map. Cho phép t;ng t c tính irradiance map. S d ng s chuy n i t ng ng v i "s giúp
Hình.02-05f. Photon map có b t thông s Convert to irradiance map. Hãy so sánh v i hình 02-05b, c tính không có3 Convert to irradiance map. Hình 02-05h. Photon map v i Convex hull area estimate - on, Store direct light - on, Convert to irradiance map - on. Hãy so sánh v i…tôi ngh: r ng các b n ã bi t là c,n so sánh v i cái gì)
s d ng hi u qu photon map (PM)c,n ph i chú ý n nh ng tính ch t c b n sau c a nó PM không ph thu c vào v trí c a camera, vào kích th c c a nh và vào các xác l p ch ng r;ng c a. i u ó cho phép tính photon map v i m t c,n thi t ch4 m t l,n, l u vào file và s d ng nhi u l,n không c,n tính l i. Ví d , có th s d ng cho thi t l p photon map hình nh có kích th c (c< nh) nhN v i ch ng r;ng c a c xác l p th p. Không c,n tính l i photon map khi thay i v trí c a camera và khi thay i c< nh. Và c,n ph i tính l i trong t t c các thay i khác c a khung c nh: tính ch t c a v t li u và ngu"n sáng, thay i v hình h c và v trí c a các v t th - t t c nh ng gì thay i s chi u sáng c a khung c nh. Thông s Search dist. và Max. photons có th thay i không c,n tính l i photon map. i u ó cho phép tính photon map v i m t c,n thi t ch4 m t l,n, l u l i vào file, sau ó thay i các thông s trên và ti n hành render v i photon map c load t9 file. R t ti n l i cho thi t l p photon map. Làm sao i u ó có th c – d hi u, Search dist. Và Max. photons ch4 xác nh l ng photon tính sáng và không thay i photon map. 1. S l ng tia photon c cho trong các tính ch t c a ngu"n sáng trong b ng VRay Systems>Lights settings v i d u tick c a Generate diffuse và ch4 ra Diffuse subdivs. S l ng t i a tia photon s c xác nh b i bình ph ng s subdivs, còn th c s - b i các thông s ng