Xác lập ánh sáng cho khung cảnh trong Vray

Xác lập ánh sáng cho khung cảnh trong Vray

Xác lập ánh sáng cho khung cảnh trong Vray

a Khung cảnh

Cho các thiết lập tôi chọn một khung cảnh mà các bạn có thể tìm thấy trên Internet tại địa chỉ http://hdri.cgtechniques.com/~sponza/files Chọn chính khung cảnh đó do 3 nguyên nhân sau Thứ nhất khung cảnh được tạo ra đặc biệt để thử (test) các khả năng của các chương trình render khac nhau và có trình bày tất cả các dạng 3D cơ bản Cũng trên trang web đó có trình bầy một gallery lớn các hình ảnh đã render của khung cảnh này cho nên có thể so sánh kết quả của mình với những người khác Thứ 2, khung cảnh có một tính chất trung gian – đó không hẳn là một cảnh nội thất cũng như không phải là một cảnh ngoại thất hoàn toàn Đó là một cái sân trong nhỏ, được bao bọc kín bởi

4 bức tường Ánh sáng chiếu vào trong từ phía trên qua một cái “giếng” khá sâu được tạo nên từ các bức tường của ngôi nhà Trong khung cảnh có tầng 2, vùng dưới ban công, và ánh sáng chiếu thẳng vào đó Thứ 3 là khung cảnh khá lớn, khoảng 40m chiều dài Khung cảnh gốc được tạo trong LightWave Trên trang web cũng có version cùng với vật liêu đã tương thích với 3ds của

nó, và chúng ta sẽ làm việc với nó Trong scan-line renderer 3ds max nó trông như thế này

Hình 1: Khung cảnh được nhìn thấy thế này trong scan-line renderer 3ds max Thời gian render với AthonXP 3200 – 14 giây

b Vật liệu và hình khối

VRay, dù sao, cũng như những renderer khác, có một loạt các yêu cầu về hình học của khung cảnh Hình khối phải “chính xác”, tức là cần phải tuân theo những đòi hỏi bình thường về dựng hình đúng Hình khối không được chứa những poligon dài, mảnh (dải), còn các vết nối cần phải không có bất kỳ khe

hở nào Sự tồn tại những khe hở là nguyên nhân chính để lọt ánh sáng xuyên qua góc (xuất hiện hiện tượng tự sáng ở góc) và vết nối các bề mặt Tốt nhất nếu như các vật thể riêng biệt là những mô hình riêng biệt Ví dụ, khi xây dựng phòng dạng hộp nên làm bằng 1 vật thể chứ không phải tạo thành từ 6 vật thể hình hộp (box) Khi dựng hình cần sử dụng các hình khối “xây được”,

ví dụ như tường trong thế giới thực luôn luôn có bề dày thì trong khung cảnh đừng cố gắng dựng nó bằng mặt không có độ dày Bản thân tôi luôn tránh sử dụng thao tác boolean để tạo các lỗ cửa và cửa sổ bởi vì nó thường tạo ra những lưới poligon không tối ưu Phương pháp tốt nhất để dựng hình tôi có thể khuyên là làm việc với Editable poly

VRay không đòi hỏi về hình khối nặng như các chương trình sử dụng

radiosity, tuy nhiên, dựng hình tốt là bảo đảm cho việc tính toán trên nó nhanh

và không lỗi Vì thế kiểm tra và tinh chỉnh hình của khung cảnh khi cần là việc làm đầu tiên để chuẩn bị cho render

Việc chọn đơn vị đo cho khung cảnh là khá quan trọng mặc dù không phải là bắt buộc Khi làm việc với VRay tiện nhất là làm việc với millimetre Đó là yêu cầu của phạm vi đo các giá trị của VRay, mà việc sử dụng mm sẽ tăng độ chính xác khi làm việc với nó Ví dụ, giá trị nhỏ nhất của thông số Max density của photon map là 0.001 trong hệ đo lường đã chọn Nhưng 0.001 của 1m và 1mm là hoàn toàn khác nhau Tất nhiên độ chính xác cao như vậy của Max density cho photon map là для фотонной карты không xác đáng, nhưng VRay còn có một loạt những thông số khác có giới hạn đo cũng dựa trên hệ đơn vị đo như vậy Hệ đơn vị được dùng luôn có thể thay đổi sang hệ khác, ví dụ, bằng công cụ Rescale World Units 3 ds max Nó chỉ có thể ảnh hưởng mạnh ở chỗ khối lượng lớn công việc tính toán sẽ phải tính lại

Cũng tương tự cần giữ nguyên tắc tương ứng giữa kích thước của các vật thể trong khung cảnh và thế giới thực Sự cần thiết của yêu cầu đó bị chỉ định bởi

sự sử dụng luật tắt dần cường độ chiếu sáng theo khoảng cách trong mọi chương trình render có tính Global Illumination hiện thời

Vì tôi đã định dùng photon map nên cần xây dựng vật liệu Như ta đã rõ, VRay chỉ tính photon map cho vật liệu VrayMtl Vì thế cần phải chuyển đổi các vật liệu Standard 3ds max đã được dùng trong khung cảnh sang dạng VrayMtl Việc chuyển đổi vật liệu khá dễ, chỉ cần thay đổi dạng vật liệu sang VrayMtl, mô phỏng tính diffuse của vật liệu sẽ được áp vào mục tương ứng

Vì một số vật liệu gốc có bump nên chúng sẽ được thiết lập tương tự trong vật liêu mới cũng với giá trị như vậy

Dung lượng của khung cảnh là 66 454 poligon, như thế hoàn toàn chấp nhận được Các chỉ số về số lượng hình học và vật liệu cũng quan trọng – chi phí cho chúng là bộ nhớ sẽ không được dùng cho các mục đích khác tiếp theo, ví

dụ - cho photon map Càng nhiều bộ nhớ tốn kém cho hình học và vật liệu thì càng ít bộ nhớ còn lại cho các photon vì Windows không thể quản lý nhiều hơn 2 GB bộ nhớ - đó là tất cả những thứ truy cập được cho hệ thống và chương trình đang chạy Nếu khung cảnh quá lớn render có thể là hoàn toàn không thực hiện được Hoạch định và tối ưu kích thước cho khung cảnh cũng

là một điều không kém phần quan trọng khi chuẩn bị tính toán

Để hoạch định cần lấy giá trị gần với 1.5 GB (nếu bạn không bật đồng thời với 3ds max thêm Photoshop, Corel Draw, WinAmp, Word và IE :) Đây là khung cảnh với vật liệu đã được xây dựng xong

c Ánh sáng

Vì bản thân khung cảnh của chúng ta cần có ánh sáng ban ngày, tôi dự định dùng 2 nguồn sáng (NS) Một trong số chúng mô phỏng mặt trời cái còn lại – ánh sáng rải rác rộng khắp của vòm trời

Một NS bất kỳ thỏa mãn 3 điều kiện sau có thể mô phỏng ánh sáng mặt trời

· Nó không giảm cường độ ánh sáng theo khoảng cách

· Các tia sáng của nó song song với nhau;

· Nó có mặt trước chiếu sáng dạng một phần của mặt phẳng, hình chữ nhật hay hình tròn

Trong 3 ds max các yêu cầu trên gần như dẫn đến sự lựa chọn NS Target Direct VrayLight không phù hợp vì không cung cấp các tia sáng song song (yêu cầu thứ 2) Thậm chí khi tắt Ignore light normal trong thông số của nó, mặt trước chiếu sáng sẽ có dạng cầu Điều đó sẽ dẫn tới tổn thất các tia

photon, tức là tới việc tăng thời gian tính toán vô ích

Yêu cầu không có sự tắt dần theo khoảng cách mâu thuẫn với nguyên tắc chính xác vật lý vì chúng ta đang xây dựng mặt trời Trong đồ họa máy tính chỉ có 1 trong số các phương pháp tắt dần có thể - kết quả của việc thay đổi mật độ dòng năng lượng ánh sáng khi thay đổi diện tích mặt trước chiếu sáng khi phân bố ánh sáng (tăng bán kính hình cầu mặt trước chiếu sáng theo theo thời gian hoặc chỉ đơn giản là theo khoảng cách từ nguồn sáng) Điều đó dẫn đến việc tắt dần theo bình phương khoảng cách, còn sự thay đổi cường độ chỉ phụ thuộc vào sự thay đổi khoảng cách (bán kính) Nói về mặt trời thì khoảng cách mà tia sáng đi từ đó tới trái đất quá lớn so với sự thay đổi bán kính mặt trước chiếu sáng trong phạm vi trái đất Vì thế sự thay đổi cường độ chiếu sáng trong phạm vi các khoảng cách trên trái đất, cứ cho là hàng trăm Km hay

viên bi 10mm là rất nhỏ Nói một cách khác, quả cầu sáng tỏa ra từ mặt trời tới trái đất lớn tới cỡ mà bề mặt của nó có thể co là phẳng (hơn nữa với cơ sở lớn hơn rất nhiều so với việc coi bề mặt trái đất là phẳng), sự thay đổi mật độ ánh sáng là không đáng kể còn các tia sáng là song song Và đó chính là sự chính xác vật lý đối với mặt trời như là một nguồn sáng Các nguồn sáng bình thường của trái đất - hoàn toàn khác Sự thay đổi tương đối bán kính quả cầu sáng của chúng lúc nào cũng lớn, nhân thấy được và cần phải tính đến theo qui luật tắt dần theo bình phương khoảng cách

Xác lập vị trí và độ cao của Target Direct trong khung cảnh được chọn sao cho phần nhìn thấy trong camera được chiếu sáng đẹp nhất Mặt trước chiếu sáng chọn là hình chữ nhật (Light Cone>rectangle) để giảm nhẹ sự chiếu tia vào phần đẹp của khung cảnh sao cho thất thoát khi chiếu các tia photon là tối thiểu для облегчения егопроецирования на интересующую часть сцены так, чтобы минимизировать потери при излучениифотонов Sự tắt dần tất nhiên là chúng ta sẽ bỏ (Decay>Type>None) Chọn loại bóng đổ là VRayShadow với các giá trị theo mặc định

Nguồn sáng thứ 2 cần phải mô tả ánh sáng tỏa xuống từ bầu trời và vì thế nhất định phải là loại không gian (dạng Area) Có thể chọn NS dạng Skylight từ bộ

NS của 3ds max, và không tồi nếu như cung với nó dùng một hình ảnh bầu trời phù hợp vào HDRI Mặt khác nếu tính đến việc photon map không làm việc với Skylight và HDRI thì thay vào đó ta dùng loại NS VrayLight là thích hợp Tuy thế, phương án dùng Skylight+HDRI hoàn toàn không bị loại bỏ, chỉ đơn giản là tại đây và bây giờ tôi chưa đề cập đến

Thiết lập VrayLight sao cho nó có dạng chữ nhật tương ứng với kích thước ô trống phía trên của sân trong và đặt nó thấp hơn một chút so với mái Vị trí như vậy hạn chế tối đa thất thoát photon, còn sự chiếu sáng ngoài mái của ngôi nhà sẽ do VRay Environment đảm nhiệm Sự tắt dần vẫn để bật – đây không phải là mặt trời

Hình 02 Xác lập VRayLight

Cuối cùng, để thể hiện mầu sắc của bầu trời ta áp mầu trắng cho Environment 3ds max

Hình 03 Khung cảnh với các nguồn sáng và camera

Kích thước render chúng ta đặt là 640х480, Như thế là hoàn toàn đủ cho mục đích xác lập ánh sáng Sau khi xác lập ngay trước khi tiến hành render lần cuối nó cần được thay đổi sang kích thước cần thiết Cũng cần để thông số chống răng cưa (sau đây sẽ viết tắt là AA) tối thiểu chế độ fixed rate,

subdivs=1, có thể còn để thô hơn

Bây giờ, sau khi bố trí ánh sáng, cần thiết lập hệ số nhân (Multiplier) cho cường độ của chúng Thao tác này cần thực hiện qua nhiều bước Đầu tiên chỉ

để ánh sáng trực tiếp Bây giờ ta sẽ làm việc đó

Tắt tính GI của VRay và bắt đầu thử với các giá trị cường độ bằng cách chỉ render ánh sáng trực tiếp và điều chỉnh của NS Cho khung cảnh này tôi dừng lại ở các giá trị sau: cho Target Direct - 3, cho VRayLight - 5 và màu trắng cho cả hai (255, 255, 255) Khi xác lập cường độ ánh sáng ngay từ ban đầu ta cũng dùng công cụ điều khiển theo luật số mũ trong VRay: Color mapping, loại - HSV Exponential, Dark Multiplier =1.6, Bright multiplier =1, Affect background off

Hình 04 Khung cảnh với ánh sáng trực tiếp sẽ trông như thế này Công cụ điều khiển này hay ở chỗ cho phép loại đi những ánh sáng thừa ở những chỗ quá sáng Trong khung cảnh này tôi muốn thể hiện cảm giác rực rỡ của ánh sáng ban ngày, do đó sẽ thừa sáng ở vùng mái khi đạt được độ sáng cần ở các vùng khác Vấn đề được giải quyết bằng công cụ điều khiển theo luật số mũ sự chiếu sáng Nói chung sự cần thiết trong kiểm soát các chỗ thừa hoặc thiếu sáng đã nảy sinh do các renderer hiện giờ đều tính giá trị cường độ theo sự chính xác vật lý, điều không phải lúc nào cũng gắng gượng thực hiện được trong mô hình RGB chuẩn

Hình 05 Các thông số của nhóm Color mapping giúp điều chỉnh các cường

độ chiếu sáng

Tất cả có 3 loại điều khiển: Linear multiply (đường), Exponential (theo luật số mũ), HSV exponential (theo luật số mũ có giữ lại sự bão hòa màu sắc) Sự khác nhau giữa Exponential và HSV exponential là ở chỗ khi bão hòa về tông (tone) sau khi tinh chỉnh có sử dụng Exponential hình ảnh sẽ “nén hơn”, khô hơn Trong các bước cuối cùng, sau khi tính photon map và irradiance map,

có thể xuất hiện yêu cầu tinh chỉnh bổ sung cho ánh sáng Việc đó hoàn toàn

có thể thực hiện bằng cách tương tự và không phải tính lại bản đồ

Thursday November 8, 2007 - 08:25pm (ICT) Permanent Link | 0 Comments Xác lập ánh sáng cho khung cảnh trong Vray

Thiết lập photon map

Để tính sáng phương pháp irradiance map + photon map đã được chọn Làm như thế vì những nguyên nhân sau: photon map cung cấp kết quả nhanh và chính xác, bản đồ chiếu sáng (irradiance map) cũng cho tốc độ như vậy và với thiết lập cần thiết là chất lượng render Ưu việt của phương pháp này đã được xem xét khá kỹ trong phần 1

Chúng ta bắt đầu thiết lập photon map Trước đó, trong bảng VRay: Indirect Illumination nhập vào những thông số như sau выставляем следующие параметры:

HÌnh 06 Chọn photon map

Bây giờ cho first bounce chọn phương pháp Global photon map với mục đích tạo ra photon map Sau đây, khi photon map đã có, tôi sẽ sử dụng Irradiance map

Nhập vào giá trị Secondary bounces>Multiplier lớn nhất bằng 1, vì lý do kích thước của khung cảnh lớn và có những phần photon khó bay đến Cũng vì lý

do đó giá trị độ sâu tia dò photon, Bounces, thiết lập bằng 20 thay cho 10 như mặc định

Tắt Refractive GI caustics và Reflective GI caustics, vì tôi không có ý định tính hiệu ứng caustic từ ánh sáng phản xạ khuếch tán

Xác lập quan trọng nhất bây giờ là số lượng tia photon từ các nguồn sáng (subdivs) Nó cần phải đủ lớn để cho hình ảnh có chất lượng cần thiết và đủ nhỏ để đảm bảo điều kiện tốc độ cao nhất cho các tính toán sau Trong ý tưởng, mật độ của photon map càng cao thì bán kính thu thập photon (Search distance – sẽ viết tắt là SD) càng nhỏ và photon map càng chất lượng Thực tể cũng cần tính đến yếu tố thời gian tính toán và hạn chế của bộ nhớ hệ thống (1,5 GB trừ đi phần bộ nhớ cho cho hình học và vật liệu, chắc bạn còn nhớ?)

Vì thế, sự chọn lựa SD hợp lý và chỉnh đúng mật độ photon cho nó là chiến lược cốt yếu ở bước này

Phân tích bản thân khung cảnh là tiêu chuẩn cho sự lựa chọn giá trị SD phù hợp Nếu, ví dụ như, trong khung cảnh có một số vật thể quan trọng nhìn thấy tốt, chỗ chuyển bóng của chúng cần thể hiện thì lựa chọn SD là hướng vào chúng - SD cần phải có giá trị sao cho cung cấp được độ chính xác chuyển bóng dọc theo chúng Nếu không có vật thể trọng tâm, SD có thể chọn dựa vào kích thước của khung cảnh và đơn vị sử dụng (SD được đo bằng đơn vị được dùng trong khung cảnh) Vì trong khung cảnh của chúng ta không có vật thể trọng tâm, tôi đề xuất SD trong giới hạn 50-150 mm.sẽ là phù hợp và dừng lại ở giá trị SD = 100 Sự lựa chọn SD cho phép ngay lập tức xác định cả Max density (kích thước của photon map, hay độ “nén” của nó, tiếp theo sẽ viết tắt là - MD), bởi vì giữa chúng có mối liên hệ Rõ ràng là SD không thể nhỏ hơn MD bởi vì khi đó trong giới hạn của SD sẽ không có môt photon nào Tác giả bài này khuyên nên giữ tỷ lệ giữa SD và MD trong giới hạn 2 đến 6, tức là SD=MDx2….6, , chúng ta cũng sẽ dùng tỷ lệ đó bây giờ Nếu bạn bỏ qua MD tức là cho nó giá trị 0 (photon map giữ nguyên dạng) thì sẽ không thành công bởi vì chúng ta cần chiếu một lượng khá lớn photon, mà hạn chế của bộ nhớ hệ thống không cho phép làm như thế Chọn MD =100/6=15, trong mối tương quan này giá trị của MD luôn cần tiến tới giá trị nhỏ nhất có thể được Bây giờ chúng ta tính 4 photon map với các giá trị khác nhau của subdivs cho nguồn sáng lần lượt là : для 3000, 5000, 7000 và 8000 subdivs Mỗi photon map tất nhiên cần lưu vào một file riêng biệt

Hình.07 Các thông số của photon map

Các thông số của photon map sẽ không thay đổi, có chăng chỉ là giá trị của subdivs cho nguồn sáng Trước khi tính có thể tắt thêm sự phát sinh caustic photons của nguồn sáng và các vật thể (bởi vì chúng ta không định tính caustic từ ánh sáng trực tiếp trong khung cảnh này) và kiểm tra tính chất của các vật thể xem Generate GI/Receive GI cho chúng đã được xác lập chưa?

HÌnh phot_map#3 Photon map sẽ trông như thế này với 3000 subdivs và ánh

sáng trực tiếp

Thống kê của photon map:

· subdivs 3000 3000 (nguồn sáng thứ nhất và thứ hai - Target Direct и

VrayLight, mặt trời và bầu trời của chúng ta) ;

· chiếu tối đa: 18 000 000 photon;

· Số photon lưu trữ trong bản đồ: 5 635 989;

· Dung lượng bộ nhớ cần 516.4 MB;

· Kích thước file trên đĩa 315.6 MB

Hình phot_map#5 Photon map với 5000 subdivs trông như thế này Thống kê của photon map:

· subdivs 5000 5000;

· chiếu tối đa: 50 000 000 photon;

· Lưu trữ trong bản đồ 7 788 992;

· Dung lượng bộ nhớ cần 714.1 MB;

· Kích thước file trên đĩa 436.1 MB

Hình phot_map#7 Photon map với 7000 subdivs trông như thế này Thống kê của photon map: