Урок из книги: "Освоение Autodesk Maya 8.5". Улучшенная визуализация при помощи mental ray
Отрывок из книги
Освоение Autodesk Maya 8.5
Джон Кундерт-Гиббс, Майк Ларкинс, Дариус Деракшани, Эрик Кунзендорф
Компьютерное издательство "Диалектика"
Глава 14
Улучшенная визуализация при помощи mental ray
В этой главе...
Изучение параметров визуализации
Источники света, тени и туман mental ray
Освещение на основании анализа изображений, физическое освещение и HDRI
Аппроксимация поверхностей и карты смещений
Система mental ray представляет собой приложение для фотореалистичной визуализации, которое создает физически корректную модель света, размытости, тумана, глубины резкости, солнечных зайчиков и т.д.
Система mental ray — передовой программный продукт для визуализации профессиональных рекламных роликов и важный компонент кинопромышленности. Кроме того, это еще один способ визуализации, который полностью интегрирован с Maya лишь в версии 8.5. Этот продукт использовался для создания ряда фантастических и ультра реалистичных кадров в таких фильмах как трилогия Матрица (The Matrix), Браться Грим (The Brothers Grimm), Посейдон (Poseidon), Халк (The Hulk), Терминатор 3 (Terminator 3) и др.
Введение в mental ray
Автономный программный пакет mental ray (как и многие другие пакеты для работы с трехмерной графикой) интегрирован в Maya и обеспечивает выдающееся качество изображений и реалистичные видеоэффекты. Система mental ray визуализирует файлы сцен таких кинематографических систем как Maya в файлы собственного формата с расширением .mi. Это значит, что когда Maya вызывает систему mental ray, текущая сцена Maya преобразуется в сцену mental ray; этот процесс можно контролировать в редакторе сценариев или панели ответа командной строки. Однако не все возможности Maya поддерживаются в системе mental ray и визуализация выполняется не так, как с помощью программной визуализации Maya. Например, применение тонеров дает другие результаты, триангуляция объектов тоже иная. Кроме того, система mental ray не поддерживает штрихи системы Paint Effect, если они не преобразованы в трехмерные объекты. Карты нормалей, аппаратная визуализация и объемный мех — это все новые средства Maya 8 и 8.5. На рис. 14.1 представлены параметры визуализации систем mental ray.
Рис. 14.1. Окно Render Settings — сердце системы mental ray. Это главный пункт управления всеми ее возможностями
Так что же такое mental ray? Это отдельная программа со своими ограничениями и собственными файлами? Все это как то непонятно. На самом деле ничего сложного здесь нет, поскольку Maya сама выполняет все преобразования незаметно для пользователя. Все, что нужно знать — как в Maya выбрать систему mental ray и запустить визуализацию. Хотя система mental ray накладывает некоторые ограничения, преимущества значительно их превосходят. Система mental ray для Maya обычно загружается по умолчанию. Если это не так, то выберите пункт меню Window => Settings/Preferences => Plug-in Manager (Окно => Параметры/Предпочтения => Диспетчер дополнений) и в появившемся окне диспетчера загрузите систему mental ray, выбрав файл Mayatomr.mll.
Чтобы выбрать систему mental ray для визуализации, откройте окно Render Settings (Параметры визуализации), щелкнув по пиктограмме в строке состояния или воспользовавшись пунктом меню Window => Rendering Editors => Render Settings (Окно => Редакторы визуализации => Параметры визуализации). В раскрывающемся списке Render Using (Используемая система визуализации) выберите mental ray (рис. 14.1). В результате рядом с вкладкой Common (Общие) откроется вкладка mental ray, которая позволяет задействовать визуализацию с помощью системы mental ray.
Еще один простой способ задействования системы mental ray заключается в использовании раскрывающегося списка в панели Render View (Вид визуализации), которая показана на рис. 14.2.
Рис. 14.2. Панель Render View. Раскрывающийся список Render позволяет выбирать системы визуализации Maya
Систему визуализации mental ray можно легко установить в качестве используемой по умолчанию:
1. Откройте окно Preferences (Предпочтения), выбрав пункт меню Window => Settings/Preferences (Окно => Параметры/Предпочтения).
2. В списке Categories (Категории) выберите пункт Rendering (Визуализация), а затем выберите пункт mental ray в раскрывающемся списке Preferred Renderer (Предпочтительная система визуализации), как показано на рис. 14.3.
Рис. 14.3. Облегчите себе жизнь, установив mental ray в качестве системы визуализации, используемой по умолчанию
Система mental ray обеспечивает высокую степень контроля над процессом визуализации. Окно Render Settings (Параметры визуализации) позволяет управлять настройками визуализации, а с помощью множества других средств (вкладок и разделов) можно дополнительно настраивать отдельные атрибуты объектов, источников света и т.д. В этой главе рассматривается большинство этих средств и атрибутов.
Изучение параметров визуализации
В окне Render Settings (Параметры визуализации) доступны все средства управления визуализацией при помощи системы mental ray. Общие атрибуты, такие как формат изображений, разрешение и дополнение кадров устанавливаются на вкладке Common (Общие); в данном случае эта вкладка работает так же, как и для других встроенных в Maya систем визуализации.
Вкладка mental ray в окне Render Settings — это душа и сердце системы mental ray. Здесь можно управлять качеством изображения, размытостью, непрямым освещением и многими другими параметрами. В следующем разделе подробно описаны как основные возможности, так и способы их применения.
Выработайте привычку отключать при работе с mental ray используемый по умолчанию источник света. Это делается на вкладке Common (Общие) окна Render Settings (Параметры визуализации). Необходимо обеспечить полный контроль над освещением, без всяких “стандартных” источников света, влияющих на визуализацию.
Средства визуализации
Новый раздел Rendering Features (Средства визуализации) вкладки mental ray окна Render Settings (Параметры визуализации), представленный на рис. 14.5, позволяет быстро откорректировать общие настройки визуализации. Переключатель первичной системы визуализации (Primary Renderer) контролирует общее качество и скорость визуализации. Режим визуализации Scanline (Построчно) — “самый дешевый”, он может использоваться когда на сцене мало движений и нет отражающих или преломляющих поверхностей. Режим растрирования (Rasterizer (Rapid Motion)) предназначен для сцен с быстрыми движениями (но без отражений или преломлений), в то время как трассировка лучей (Raytracing) учитывает преломляющие и отражающие поверхности, но ценой существенного замедления визуализации.
Рис. 14.4. Раздел Rendering Features вкладки mental ray
Хотя параметры первичного процессора визуализации устанавливаются в верхней части, элементы управления режимом трассировки частей сцены, которые нуждаются в этом, устанавливаются ниже. Для этого предназначен флажок Raytracing (Трассировка лучей) части Secondary Effects (Вторичные эффекты). Здесь расположены также флажки Final Gathering, Caustics (Солнечные зайчики) и Global Illumination (Общее освещение), обсуждаемые далее в этой главе. В нижней части можно также разрешить приведение теней. Если флажок Shadows (Тени) установлен, появляется возможность управлять размытием при помощи переключателя Motion Blur (Размытие). Пункт Off отключает размытость, при выборе пункта No Deformation (Без деформаций) процессор визуализации попытается сохранить форму поближе к исходной, в то время как пункт Full (Полная) обеспечит для размытости полной учет искаженной геометрических форм при быстрых движениях, но может увеличить время визуализации.
Раздел Anti-Aliasing Quality
Раздел Anti-Aliasing Quality (Качество сглаживания) вкладки mental ray окна Render Settings (рис. 14.5) позволяет контролировать качество изображения, указывая цветовые значения для каждого пикселя на фазе визуализации. Сглаживание достигается за счет дискретизации цветов внутри определенной области, их сравнения со значением порога контрастности и, наконец, фильтрации результата, что обеспечивает плавные переходы от одной цветовой области к другой.
Рис. 14.5. Раздел Anti-Aliasing Quality обеспечивает доступ к большинству параметров, позволяя корректировать сглаживание тонеров при визуализации
Если область на сцене должна быть помещена внутрь пространства одного пикселя, то можно использовать только одно цветовое значение. Однако на сцене может быть множество цветов, представляющих пространство этого пикселя. Параметры Sampling (Дискретизация) и Contrast Threshold (Порог контрастности), которые находятся в разделе Anti-Aliasing Quality (Качество сглаживания), задают способ сравнения цветов на уровне ниже одного пикселя, обеспечивая выяснение значения цвета для каждого пикселя, что в результате позволяет добиться точной визуализации с высоким качеством сглаживания.
Некоторые возможности системы mental ray, такие как реалистичная глубина резкости, требуют чрезвычайно высоких значений дискретизации, а потому визуализация начинает занимать большой объем памяти.
Раздел Raytrace/Scanline Quality
В этом разделе находятся параметры управления точностью определения цветов пикселей в системе mental ray. При адаптивной дискретизации (режим Adaptive Sampling установлен по умолчанию), система mental ray корректирует процесс дискретизации (выборки значений цветов) на основании требований сцены. Используя ползунок Max Sample Level (Максимальный уровень дискретизации) можно экспоненциально корректировать процесс дискретизации; установка ползунка в позицию 2, обеспечивает минимум одну и максимум 16 выборок на пиксель. При фиксированной дискретизации, ползунок Max Sample Level задает точное количество выборок на пиксель. В режиме Custom Sampling (Специальная дискретизация) ползунки Min Sample Level (Минимальный уровень дискретизации) и Max Sample Level (Максимальный уровень дискретизации) используются для установки минимального и максимального уровня дискретизации независимо друг от друга. При использовании адаптивной дискретизации, система mental ray использует значение минимального уровня для сравнения области с контрастным пороговым значением и выясняет, нужно ли произвести выборку на более высоком уровне или самом высоком уровне, заданным значением ползунка Max Sample Level.
Уровень дискретизации экспоненциально увеличивает количество отбираемых фрагментов. При отрицательных значениях, это называется недовыборка (infrasampling) количество учитываемых выборок меньше, чем количество имеющихся пикселей. При значении 0 для каждого пикселя осуществляется одна выборка. Значения больше нуля экспоненциально увеличивают количество фрагментов, отбираемых внутри пространства каждого пикселя; это называется перевыборка (oversampling) и обеспечивает более высокое качество визуализации. Например, одна выборка (2 в степени 2) равно 4 выбираемым фрагментам, две выборки (степень 4) равно 16 фрагментам, три выборки (степень 6) — 64 фрагмента, и т.д., значение 2 всегда возводится n-нную степень, зависящую от количества выборок.
Поскольку дискретизация является адаптивной, повышение нижнего уровня значительно увеличивает время визуализации и заставляет систему mental ray осуществить перевыборку областей, которые в противном случае требовали бы меньшего количества выборок. Лучше всего устанавливать низкое значение параметра Min Sample Level (Минимальный уровень дискретизации).
Раздел Contrast Threshold
Параметры раздела Contrast Threshold (Порог контрастности) определяют, какой уровень дискретизации следует использовать между значениями Min Sample Level и Max Sample Level, используемыми для расчета значений цвета каждого пикселя. Эти настройки работают как дозирующее устройство при сравнении контраста между двумя отобранными цветами (соседними отобранными фрагментами внутри области пикселя). Пока контраст между отобранными цветами превышает значения в разделе Contrast Threshold (иначе говоря, контраст больше разрешенного), система mental ray продолжает увеличивать уровень дискретизации для этой области вплоть до достижения значения Max Sample Level или пока отбираемые значения не окажутся в пределах Contrast Threshold.
Используя низкие значения в разделе Contrast Threshold, можно повысить качество. Чем ниже значение, тем больше время визуализации.
Раздел Multi-Pixel Filtering
Параметры раздела Multi-Pixel Filtering (Многопиксельная фильтрация) позволяют обеспечить лучшее смешение или сглаживание пикселей. Это достигается за счет фильтрации кластера пикселей. Более высокие значения фильтрации означают использование более крупных кластеров пикселей, что приводит к большей размытости. Поэтому высокие значения следует применять осмотрительно — они могут чрезмерно размыть изображение, а также замедлить визуализацию.
Раздел Sample Options
Оба флажка, Sample Lock (Блокировка выборки) и Jitter (Дрожание), позволяют управлять расположением фрагментов так, чтобы такие дефекты как полосы, шум или мерцание в последовательностях изображений “растворились”. Установка флажка Sample Lock заставляет систему mental ray отбирать одни и те же фрагменты, сокращая шум или мерцание. Установка флажка Jitter заставляет mental ray смещать расположение фрагмента. Это полезно для сокращения таких полос, как видимые переходы между значениями градиента.
На практике, при проверочной визуализации, для параметра Min Sample Level рекомендуется использовать значение -2 и значение 0 для параметра Max Sample Level. Установите все ползунки Contrast Threshold в значение 0.1 или выше и выберите значение Box filtering (Фильтрация блоков) в раскрывающемся списке Filter (Фильтр) раздела Multi-Pixel Filtering (Многопиксельная фильтрация).
При реальной визуализации, для параметров Min Sample Level и Max Sample Level обычно выбирают значения между 0 и 2, а для параметра Contrast Threshold — значение между 0.1 и 0.05. Используйте многопиксельную фильтрацию (Multi-pixel Filtering) по Гауссу (Gauss) или Митчелу (Mitchell). Если нет необходимости использования канала прозрачности, оставьте параметр Alpha Contrast (Контраст прозрачности) равным 1, это позволит предотвратить замедление визуализации. В раскрывающемся списке Quality Presets (Предустановленное качество), расположенном вверху окна Render Settings (Параметры визуализации), можно увидеть, как Maya учитывает соответствующие значения для разных установок качества визуализации, от черновой до рабочей или высококачественной.
Раздел Raytracing
Раздел Raytracing (Трассировка лучей) окна Render Settings (Параметры визуализации), предоставляет доступ к элементам управления, задающим и ограничивающим трассировку лучей (рис. 14.6). По умолчанию система mental ray инициирует визуализацию по методу построчного сканирования.
Рис. 14.6. Раздел Raytracing позволяет оптимизировать трассировку лучей во время визуализации. Правильные значения этих параметров позволяют сократить время визуализации
При визуализации методом построчного сканирования сцена преобразуется в двухмерную плоскость просмотра с точки зрения камеры, которая впоследствии используется для анализа цветовых значений каждой видимой точки в этой спроецированной плоскости просмотра.
Визуализация методом построчного сканирования используется для сокращения затрат на вычисление трассировочных лучей, которые испускаются из камеры и проходят (распространяясь вокруг) по отражающим или преломляющим поверхностям сцены. Таким образом, сначала цвет каждой точки изучается с использованием алгоритма построчного сканирования, и если обрабатываемый цвет требует изменения направления луча (как при отражении или преломлении), то инициируется трассировка луча. Когда трассировка завершается, система mental ray продолжая процесс построчного сканирования переходит к анализу значения цвета следующей точки.
Параметры ограничения трассировки лучей
Теоретически, трассировка лучей может продолжаться до бесконечности, если не установить для нее предел. Параметры Reflections (Отражения) и Refractions (Преломления) определяют максимальное количество раз изменения направления одного луча. Эти параметры ограничивают количество лучей, которые можно использовать, что позволяет сократить издержки на визуализацию. Когда количество отражений луча достигает значения параметра Reflections (Отражения), остальные отражения для данного луча не учитываются. Если существует окружающий тонер, то по достижении предела отражений, цвет его точки возвращается для отражения как результирующий. Параметр Refractions (Преломления) ограничивает проникновение и изменение направления луча при его проходе через поверхность, кроме случаев, когда значение коэффициента преломления (IOR — Index Of Refraction) равно 1. Значение IOR равное 1 рассматривается как обычная прозрачность и визуализируется с использованием алгоритма построчного сканирования, поскольку луч не изменяет своего направления при прохождении сквозь объект.
Параметр Max Trace Depth (Максимальная глубина трассировки) действует как общее ограничение трассировке по сумме значений Reflections (Отражения) и Refractions (Преломления). Это значение ограничивает количество возможных отражений и преломлений одного луча. Например, если значение параметра Max Trace Depth (Максимальная глубина трассировки) равно 3, то любые комбинации отражения и преломления лучей ограничены 3 лучами (1 отражение, 2 преломления). Параметр Shadow Trace Depth (Глубина трассировки теней) подобно параметрам Reflections (Отражения) и Refractions (Преломления) ограничивает количество трассированных теней на сцене. При нулевом значении этого параметра тени не появляются, значение 1 — тени появляются, значение 2 или более тени появляются также и в отражениях. Эти параметры являются глобальными для сцены, но их также необходимо задавать локально. Для источника света, отбрасывающего трассированные тени, необходимо увеличить значение параметра Ray Depth Limit (Предельная глубина луча) в списке Raytrace Shadow Attributes (Атрибуты трассированных теней) редактора атрибутов для источника света.
Ползунки Reflection Blur Limit (Предел размытия отражения) и Refraction Blur Limit (Предел размытия преломления) определяют размытие при отражении и преломлении. Чем выше их значения, тем более расплывчатыми выглядят отраженные или преломленные объекты при визуализации.
Параметры других разделов окна Render Settings (Параметры визуализации) обсуждаются далее, когда придет время использовать их.
Специальные тонеры mental ray
Корректировка тонеров для системы mental ray осуществляется двумя разными способами. Первый способ заключается в использования тех атрибутов mental ray, которые доступны в разделе mental ray вкладки соответствующего тонера Maya редактора атрибутов (рис. 14.7). Эти атрибуты позволяют точнее управлять тем, как тонеры Maya визуализируются с помощью системы mental ray.
Рис. 14.7. Атрибуты mental ray для тонеров Maya — путь к мощным возможностями mental ray, таким как расплывчатые отражения и преломления
Другой способ корректировки тонеров для mental ray заключается в использовании библиотеки тонеров mental ray, содержащей коллекцию тонеров, текстур, утилит и т.д. — все это доступно во вкладке Create mental ray Nodes (Создать узлы mental ray) гипершейдера или в окне Create Render Node (Создать узел визуализации). Чтобы открыть вкладку Create mental ray Nodes (Создать узлы mental ray), щелкните во вкладке Create (Создать) левой кнопкой мыши на пункте Create Maya Nodes (Создать узлы Maya) и выберите пункт Create mental ray Nodes (Создать узлы mental ray). Некоторые из этих дополнительных тонеров предоставляют целый набор инструментов для создания эффектов визуализации, таких как рассеяние под поверхностью или контурная визуализация (создающая изображения похожие на мультипликационные).
Применение специальной текстуры
Тонеры mental ray можно использовать совместно с тонерами Maya и добиваться, таким образом, уникального сочетания лучших качеств обоих видов тонеров. Например, для визуализации текстурного затемнения, текстуру mental ray зачастую связывается с каналом Ambient Color (Окружающий цвет) тонера Lambert (Ламберт) или даже лучше — с параметром Out Color (Исходящий цвет) на поверхностном тонере. Этот подход подробней описан в последующих упражнениях. Затемнение (occlusion) означает блокировку (заграждение) света, которое осуществляемое в зависимости от расстояния между геометрической формой, например, ближайшими объектами и изгибами или изломами на поверхности. Располагаясь ближе, поверхности препятствуют прохождению света, создавая эффект “рассеянного света”. Для помощи в создании карт затемнения Maya предоставляет текстуру Occlusion (Затемнение) как параметр в предустановленном наборе Preset Passes (Предустановленные проходы) в диспетчере Render Layer Manager (Диспетчер слоев визуализации). Проходы визуализации чрезвычайно эффективны для работы с композициями. Если применить затемнение при проходе для слоя визуализации, то Maya автоматически создаст поверхностный тонер и свяжет текстуру Occlusion (Затемнение) с его параметром Out Color (Исходящий цвет), создав таким образом специальный тонер. Этот тонер можно будет найти в раскрывающемся меню окна гипершейдера при создании прохода Occlusion (Затемнение) из предустановленных наборов. В приведенной ниже инструкции рассматривается создание нескольких подобных связей.
1. Откройте сцену occlusion01.mb с прилагаемого CD. В окне гипершейдера создайте текстуру mental ray Occlusion (Затемнение), выбрав пункт меню Create mental ray Nodes => Textures => mib_amb_occlusion (Создать узлы mental ray => Текстуры => mib_amb_occlusion).
2. Перетащите средней кнопкой мыши тонер Occlusion (Затемнение) на тонер Lambert1 (этот тонер используется по умолчанию) и выберите пункт ambientColor из контекстного списка. Установите значение Color (Цвет) тонера Lambert1 равным белому цвету.
3. Визуализируйте сцену (используя процессор визуализации mental ray); обратите внимание, поскольку источники света не использовались, здесь видна только работа тонера. Этот тонер затемняет ближайшие объекты в зависимости от значений затемнения, заданных текстурой Occlusion (Затемнение). Для повышения качества (и очистки изображения) увеличьте количество выборок (параметр Samples) в текстуре mib_amb_occlusion1. Попробуйте задать значение 64 и выполните визуализацию. Результаты показаны на рис. 14.8. Этот полутоновый результат визуализации может быть наложен поверх “нормального” (с использованием умножения, мягкого света, или другого режима наложения) чтобы создать изображение с мягким общим освещением.
Рис. 14.8. Поразительное изящество окружающего затемнения делает результаты визуализации более эстетичными и интересными
4. Удалите текстуру Occlusion (Затемнение) и примените ко всем объектам новый тонер Lambert (Ламберт). В редакторе слоев визуализации создайте новый слой визуализации и примените его ко всем объектам. Щелкните правой кнопкой мыши на новом слое (но не masterLayer), и в появившемся контекстном меню выберите пункт Presets => Occlusion (Предустановленные => Затемнение). В окне гипершейдера должна появиться новая сеть тонирования, связывающая текстуру затемнения с параметром Out Color (Исходящий цвет) поверхностного тонера. Изучите эту сеть, чтобы понять, как можно откорректировать данную текстуру вручную, аналогично описанным выше этапам.
Документация системы mental ray содержит подробную информацию о большинстве тонеров mental ray.
Связями с текстурами mental ray можно управлять точно так же, как и текстурами Maya, поэтому они просты в применении. Существует одно отличие в способе применения тонеров mental ray к объекту. На рис. 14.9 показано два механизма тонирования, связанных с тонерами Maya и mental ray. Механизм тонирования (shading engine) представляет собой узел, который управляет связями между объектами и материалами. Тонеры Maya и mental ray имеют отдельные связи с механизмом тонирования, а следовательно могут соединяться с ним одновременно; однако во время визуализации специфические тонеры mental ray затирают тонеры Maya.
Рис. 14.9. Специальные тонеры mental ray, связанные с механизмом тонирования Maya. Эти связи отличаются от связей Maya
Применение специального тонера
Чтобы перейти к панели Create mental ray Nodes (Создать узлы mental ray), в окне гипершейдера щелкните на панели Create (Создать) и в появившемся контекстном меню выберите пункт Create mental ray Nodes (Создать узлы mental ray). Создайте любое количество тонеров mental ray и изучите их свойства. Очевидно, что они отличаются от тонеров Maya. Они позволяют контролировать только цвет диффузии, окружение и, в зависимости от тонера, несколько дополнительных атрибутов тонеров.
Тонеры mental ray значительно отличаются от тонеров Maya и не позволяют управлять всеми параметрами, которые определяют поверхность во время визуализации, такими как Transparency (Прозрачность), Reflection (Отражение) и Refraction (Преломление). Чтобы можно было использовать эти параметры, они должны быть связаны определенным образом. Узел Shading Engine (Механизм тонирования) на рис. 14.9 слева демонстрирует типичную схему связи тонера Phong (Фонг) mental ray с узлом Reflective (Отражающий) (узел mental ray Sample Compositing), который связан с механизмом тонирования. Механизмы тонирования создаются по умолчанию для каждого нового тонера и обозначаются буквами SG (Shading Group — Группа тонирования) с дополнительным префиксом, соответствующим типу тонера, например, LambertSG2. Чтобы изучить эти связи в окне гипершейдера, откройте сцену shader.mb с прилагаемого CD. Эта сцена имеет несколько связей, использующих тонеры mental ray, текстуры и другие узлы.
На вкладке mental ray для тонеров Maya присутствуют параметры Reflection Blur (Размытость отражения) и Refraction Blur (Размытость преломления), которые позволяют визуализировать размытость, зависящую от расстояния. Это позволяет системе mental ray поддерживать реалистичную размытость отражения и преломления. Например, если надавить пальцем на отражающую поверхность, то отражение станет быстро терять “фокус” по мере удаления от точки контакта с поверхностью. Недостаток этих параметров заключается в том, что с увеличением их значений увеличивается и время визуализации. Однако потраченное время стоит того, поскольку эти параметры позволяют добиться удивительного реализма визуализации.
Источники света, тени и туман mental ray
Источники света Maya хорошо работают с системой mental ray, особенно точечные источники света, прожекторы и направленные источники света. На вкладке mental ray в редакторе атрибутов этих источников света можно найти дополнительные атрибуты (рис. 14.10); поэтому данные источники света предпочтительнее использовать при визуализации mental ray. Не все настройки доступны для каждого типа источника света; поэтому эти атрибуты основаны на настройках, поддерживаемых системой mental ray для каждого типа источника света. Новой в Maya 8 является возможность непосредственно использовать плоские источники света в системе mental ray (а не определять необходимые атрибуты области для точечного источника света или прожектора).
Рис. 14.10. Атрибуты mental ray для точечного источника света.
В системе mental ray используются следующие дополнительные категории параметров источников света: Caustic And Global Illumination (Солнечные зайчики и глобальное освещение), Shadow Maps (Карты теней), Area Light (Источник плоского света) для точечных источников и прожекторов, Custom Shaders (Специальные тонеры) и Light Profile (Световой профиль) только для точечных источников света. Light Profile — уникальный атрибут точечного источника света, он допускает использование описания источника света от его производителя, в котором описываются реалистичные характеристики данного источника. Это имеет большое значение при визуализации архитектуры.
Источники плоского света
Ныне источники света создаются очень просто, достаточно выбрать пункт меню Create => Lights =>Area Light (Создать => Источник света => Источник плоского света) Источники плоского света чрезвычайно эффективны и имитируют естественное распространение света, исходящего от реальных источников. По сути, система mental ray размещает несколько точечных источников света в испускающей свет области источника плоского света. Эта световая область определяется размером геометрической фигуры, которая образуется вокруг источника света сразу после установки флажка Area Light (Источник плоского света) (см. раздел “Создание источников плоского света” далее). Тот факт, что источники плоского света испускают свет из области, а не из неопределенной точки пространства, является существенным, поскольку это позволяет рассеивать свет так, как если бы это был источник света реального физического размера. Так можно реализовать эффекты мягких теней и светового охвата. Еще одной значительной особенностью mental ray является то, что эта характеристика обеспечивает также реальную бликовую подсветку в зависимости от фактического размера источника света (области).
Создание источников плоского света
Откройте сцену arealight_01.mb из папки этой главы на прилагаемом CD. Сцена содержит некую простую геометрическую форму, изогнутый отражающий фон и точечный источник света. Обратите внимание, для проверочной визуализации перспективная камера закреплена на месте. Для сокращения времени визуализации установлено низкое качество сглаживания (параметр Anti-Aliasing Quality), так как визуализация источников плоского света может оказаться весьма ресурсоемкой. Для сравнения изображений сохраните кадры в окне вида визуализации.
1. Проверьте, отключен ли источник света по умолчанию, и визуализируйте кадр. Если не видно отражающего свет объекта, проверьте, включена ли трассировка лучей.
2. Создайте плоский источник света (обратите внимание, по умолчанию принята прямоугольная форма) и переместите его в ту же самую позицию, что и точечный источник света; затем удалите точечный источник света. Поверните источник света, так чтобы вектор его направления указывал немного вниз и налево от точки зрения перспективной камеры. Визуализируйте изображение. Качество источника света изменяется, и свет за пределы прямоугольника источника не излучается (только стрелка направления указывает, что источник испускает свет). Пока источник света не оказывает существенного влияния на освещенность, но вскоре это будет исправлено.
3. Установите флажок Use Light Shape (Использовать форму источника света), чтобы разрешить использование формы источника света, а затем установите флажок Visible (Видимый) внизу раздела Area Light и выполните визуализацию. В результате прямоугольник источника света станет видимым. Это можно использовать, например, для того, чтобы сделать видимым галогенный или люминесцентный источник света. Обратите внимание, источник света видим на отражении, но не на самой сцене непосредственно. Дело в том, что источник испускает света довольно далеко из перспективной камеры. Если переместить камеру или повернуть источник света так, чтобы он светил в камеру, то он станет виден на сцене.
4. В разделе Shadows (Тени), но не на вкладке теней mental ray, установите в атрибутах трассированных теней флажок Use Ray Trace Shadows (Использовать трассированные тени) (рис. 14.11) и выполните визуализацию. Это включит трассированные тени в системе mental ray и при использовании с источниками плоского света. С источниками плоского света следует использовать только параметр Ray Depth Limit (Предельная глубина луча). Этот атрибут определяет количество отражений тени; иначе говоря, сколько раз тень может падать с одного отражения на другое.
Рис. 14.11. Включение трассировки теней для источников плоского света mental ray. Подходящим является только параметр Ray Depth Limit
5. Обратите внимание, что на стене нет теневых отражений. Чтобы исправить это, увеличьте значение параметра Ray Depth Limit (Предельная глубина луча) до 2 и выполните визуализацию снова.
6. Обратите также внимание на то, как точно падает тень от объекта. Этот эффект называется мягкой тенью, но здесь его качество низкое. Повысить качество можно за счет увеличения количества выборок в разделе Area Light (Источник плоского света). Установите значение параметра High Sample Limit (Верхний предел дискретизации) равными 16, а затем осуществите визуализацию. Качество тени и отраженной тени значительно возросло, как и время визуализации. Повышение верхнего предела дискретизации до 32, улучшает качество еще больше, естественно за счет увеличения времени визуализации. Обратите также внимание на, то что мягкое затенение вокруг отражения источника света на фоновой заставке стало менее зернистым и более четким.
7. Параметр Type (Тип) позволяет выбрать одну из пяти геометрических фигур в качестве области излучения источника плоского света; каждый тип рассеивает свет в зависимости от своей геометрической формы. Опробуйте их на практике. Поведение света и тени зависит от используемой геометрической формы источника плоского света. Обратите внимание, цилиндр и сфера видимы как на сцене так и в отражении, поскольку они рассеивают свет на все 360°, а не в одну сторону.
8. Снова выберите для источника плоского света прямоугольную форму, а затем в области просмотра немного измените по оси X размер прямоугольника, который появляется вокруг источника света. Выполните визуализацию для разных размеров прямоугольника, чтобы понять, как масштаб фигуры управляет рассеянием света (световым охватом объекта) и мягкой тенью.
9. Поле Shape Intensity (Интенсивность формы) контролирует яркость плоского источника света на сцене. Чтобы уменьшить видимую яркость источника света, значение этого параметра можно сделать меньше 1. Обратите однако внимание, что в отражении источник света остается столь же ярким как прежде.
Управление качеством дискретизации
Как уже упоминалось, источник плоского света mental ray, по сути, представляет собой кластер точечных источников света, расположенных случайным образом в пределах геометрической фигуры плоского источника света. Таким образом, прямоугольный источник, излучающий свет на сцену в пределах прямоугольной области, он может иметь по 4 точечных источника света вдоль каждой стороны. Направление света определяется тем, какая форма используется. Прямоугольник и диск распространяют свет на 180°, а сфера и цилиндр — на 360°.
Корректируя качество источника плоского света, следует учитывать оба параметра Sampling (Дискретизация) и Anti-Aliasing (Сглаживание).
Атрибут Sampling
Атрибут Sampling (Дискретизация) в разделе Area Light (Источник плоского света) определяет количество источников света, помещаемых в световую область. Этот параметр следует использовать осмотрительно, поскольку его высокие значения сильно увеличивают время визуализации. Этот атрибут можно использовать для того, чтобы сократить зернистость в мягких тенях. Для этого необходимо увеличить количество выборок, т.е. по сути использовать больше лучей для вычисления мягких теней.
Параметр High Samples (Верхние значение дискретизации) задает количество точечных источников света, устанавливаемых в качестве эмиттеров по размерностям X и Y плоского источника света. Вполне очевидно, что чем большее эмиттеров, тем менее зернистым выглядит изображение, но ,как обычно, ценой увеличения времени визуализации. Параметр High Sample Limit (Верхний предел дискретизации) задает количество отражений луча света, пока система mental ray обратится к параметру Low Samples (Нижнее значение дискретизации). Как правило, для получения хороших результатов, после нескольких отражений (или преломлений) не возникает необходимости прибегать к верхнему значению дискретизации источника св