Использование 3ds Max и mental ray для архитектурной визуализации

 

 

Нефотореалистический шейдинг (toon shading) в архитектурной визуализации

Иногда дизайн на стадии концепции должен быть представлен в абстрактном и нефотореалистичном виде. Это особенно верно для широкомасштабных градостроительных проектов. 3ds Max и mental ray сильно облегчают задачу. Вы можете это сделать одним из двух способов: либо вы можете использовать стандартный материал Ink ‘n Paint, либо использовать встроенный в mental ray нефотореалистический визуализатор (NPR - nonphotorealistic renderer) посредством разрешения контуров (Contours) на вкладке Rendering и в свитке материала mental ray Connection. Оба способа хороши. Но функциональные возможности mental ray более гибки и предлагают больше опций, таких как визуализация непосредственно в EPS-файл в векторном виде. Однако этот подход требует настройки большего количества параметров для получения наилучших результатов.

В свитке mental ray Connection для Contours дополнительно необходимо назначить и настроить соответствующий шейдер. - прим. перев.


Images© 2007 Electric Gobo / Karcher, www.electricgobo.com

Нефотореалистический шейдинг и контуры могут быть легко скомбинированы с другими шейдерами и эффектами.

Советы по увеличению производительности путём настройки параметров GI

Используйте многоуровневый подход

В 3ds Max используйте следующую стратегию:

Указанные радиусы примерны и могут существенно различаться для отдельных сцен.

Сохраняйте на диск фотоны и карты Final Gather

Если настройки света не изменяются, результат вычисления глобального освещения (global illumination) и проходов Final Gather может быть сохранён на диск. Это то же самое, что сохранение в файл решения радиосити. Эта возможность особенно полезна для анимированной камеры. Final Gatherin обрабатывает только области, для которых не найдено сэмплов в файле, что значительно ускоряет анимацию камеры без потери качества. Кроме того, сохранение сэмплов в файле уменьшает мерцание при анимации, которое может возникать, когда случайные сэмплы заново визуализируются в каждом кадре.

Советы для фотонов

Оптимизация фотонных карт

До некоторой степени этот метод может быть сравнён с адаптивным подразбиением (adaptive subdivision) для радиосити. Это метод оптимизации, который объединяет фотоны, находящиеся близко друг к другу.

Например, если внутри одного квадратного дюйма имеется 2 миллиона фотонов с 10 единицами энергии, они будут объединены в один фотон с 2 миллионами единиц энергии. (Видимо имеется ввиду "с 20 миллионами единиц энергии" - прим. перев.)

Это сохраняет грмадное количество оперативной памяти и позволяет вычислять в сцене миллионы фотонов без переполнения памяти.

Идеальный случай для использования этого - солнце, проникающее через окно. Когда множество энергии и фотонов сконцентрированы на очень маленькой площади.


© 2007 Electric Gobo / Karcher, www.electricgobo.com

Множество фотонов приходится на очень маленькую область. Объединение их сохраняет большое количество оперативной памяти.

Ограничение глубины трассировки луча в материалах и визуализаторе

В архитектурной визуализации, когда у вас есть несколько слоёв стекла и блестящие полы, может потребоваться много времени на визуализацию окончательных изображений высокого разрешения. mental ray предлагает много способов уменьшения времени визуализации. Один из способов - уменьшение количества отражений, которое просчитывает трассировщик лучей. Вы можете настроить эту опцию на вкладке Rendering окна Rendering. (Видимо имеется ввиду свиток Rendering Algorithms вкладки Renderer окна Render Setup - прим. перев.)

В реальном мире вы редко замечаете больше, чем один уровень отражения. Например, изображение стены в блестящем полу может быть видно только один раз, а не дважды. В редких случаях, как например два зеркала друг перед другом, вам будет нужно больше чем два уровня отражений.

Тем не менее бывают случаи, когда требуется большее количество лучей, что бы сохранить лучи, застрявшие внутри преломления:


Вычислены два луча преломления.


Вычислены восемь лучей преломления.

Диагностика

Некоторые из предыдущих разделов переполнены техническими терминами, такими как радиусы фотонов и Final Gather, или сэмплирование изображения. Вам не нужнен этот уровень технического понимания для визуализации хороших изображений, но фундаментальные знания о том, что поисходит, могут помочь вам в избавлении от проблем или артефактов, или просто помогут вам оптимизировать изображения для визуализации в два раза быстрее и без потери качества. Для лучшего понимания того, что происходит в вашем изображении, время от времени внимательно изучайте вашу сцену. Лучшими инструментами для этого являются:

Здесь показано принятие решения сэмплером изображения по использованию минимального или максимального значения.

Сэмплинг шейдера против сэмплинга изображения

Иногда изменение количества сэмплов, например для глянцевого материала или неточечного источника света, влияет на то, как адаптивный сэмплер изображения (Adaptive Image Sampler) выбирает сэмплирующее отношение (sampling rate). Следующий пример показывает как это работает с неточечным источником света с мягкими тенями, размытыми отражениями и сэмплированием изображения.

В общем случае, качество мягких теней, полученное трассировщиком лучей, улучшается количеством сэмплов, созданных на уровне источника света. От 8 до 32 элементов выборки (точек сэмплинга) на неточечный источник света среднего размера (1 фут х 1 фут - примерно 30 х 30 см) работает хорошо для маленьких изображений. Более крупные неточечные источники света, а также более крупные изображения требуют больше элементов выборки.

Малое количество сэмплов для неточечного источника света не всегда означает, что будет меньшее время визуализации. Существует занятное взаимодействие между количеством сэмплов, созданных источником света, и количеством сэмплов, созданных визуализатором.

Например, если неточечный источник света вычислен с очень низким сэмплирующим отношением (на уровне неточечного источника света), это создаёт шумные тени. Поскольку визуализатор не делает различий между геометрией, текстурами или тенями (всё основано на контрасте), то он адаптивно сэмплирует эти маленькие точки, созданные шумными тенями.

Несколько примеров:


Image Sampling: 1-1/4, Shadow Sampling 2,
время визуализации 100%.


Image Sampling: 1-1/4, Shadow Sampling 64,
время визуализации 350%.


Image Sampling: 16-1, Shadow Sampling 2,
время визуализации 450%.


Image Sampling: 16-1, Shadow Sampling 64,
время визуализации 1000%

Качество теней от неточечного источника света улучшается с увеличением количества сэмплов, созданных на уровне источника света. Но высокое сэмплирующее отношение для визуализации также влияет на качество таких теней (как видно на первом изображении). Из приведённых примеров видно, что изображение, визуализированное с параметрами Min = 1 Max = 16 и Area Shadows = 2 имеет наилучшее соотношение качества ко времени визуализации. Это может сильно врьироваться от конфигурации вашей сцены, например, мелкие детали в лесной сцене или большие гладкие стены выставочного зала.

Распределённая визуализация (Distributed Rendering)

Вы можете использовать mental ray для визуализации одного изображения распределённо, параллельно на нескольких компьютерах. Эта функция особенно полезна для статических изображений высокого разрешения, таких, которые используются для архитектурной визуализации.

Для использования распределённой визуализации:

  1. Установите 3ds Max на другие компьютеры вашей сети.
  2. Откройте вкладку Processing в окне Render Setup.
  3. Активируйте Distributed Render (распределённая визуализация).
  4. Добавьте в список компьютеры, указав их IP-адреса или сетевые имена (вам это нужно будет сделать только в первый раз).
  5. Запускайте визуализацию.

Теперь вы увидите, что все компьютеры вносят вклад в визуализацию изображения. В окне визуализации mental ray можно в деталяю наблюдать как узлы выполняют свою работу. Эта функция значительно ускоряет просчёт. Если у вас возникли проблемы на предыдущих этапах, то вы или администратор сети должны проверить ваши сетевые настройки, особенно настройки брандмауэра (firewall).

Затухание лучей

 

mental ray быстр при стрельбе короткими лучами. Лучи короткие в тех случаях, когда визуализатору нужно сэмплировать окрестности, как с Final Gathering или размытыми отражениями. Посредством ручной оптимизации расстояния для лучей, на которых они ищут объекты, вы можете сильно уменьшить время визуализации. Например, если вы визуализируете экстерьерную сцену с Final Gathering и размытыми отражениями, вы можете захотеть включить FG Falloff. Вы можете использовать параметры расстояния для того, что бы ограничить лучи так, что бы они не проходили сотни и тысячи метров пустого пространства окружающей среды. Установите подходящее максимальное расстояние и визуализация пойдёт быстрее, без видимого влияния на качество.


© Electric Gobo / Karcher Client:
ERCO Leuchten GmbH,
www.erco.com

 

© Electric Gobo / Karcher Client: ERCO Leuchten GmbH, www.erco.com

Заключение

Спасибо за то, что потратили своё время на изучение этого документа. Мы надеемся, что крткое изложение важных аспектов создания фотореалистических изображений для архитектурной визуализации вам поиожет. Дополнительную информацию вы можете найти на веб-страницах 3ds Max по адресу www.autodesk.com/me и на сайте mental ray по адресу www.mentalimages.com.


Перевод © 2011-2012 Black Sphinx. All rights reserved.

Хостинг от uCoz