CINEMA 4D R 11, opravdu, ale opravdu zblízka (7) - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

16. října 2008, 00.00 | Předposlední z článků věnujících se osvětlení a novému systému GI v CINEMĚ 4D R11 (respektive Advanced Renderu) budeme věnovat, tak jak jsme si slíbili, osvětlení za pomoci HDRi mapy a typu osvětlení, který bychom mohli označit jako studiový snímek.

Mohlo by se zdát, že osvětlit scénu pomocí HDRi mapy je velmi, velmi snadné a v zásadě je to pravda. Neskýtá se v této oblasti žádný „zakopaný“ pes. Jenže zase je pravdou, že ne vždy je HDRi mapa nezbytná a to i v situacích, ve kterých bychom ji jinak běžně použili. Otestujeme si tedy dnes jednoduchou scénu, kterou osvětlíme jak pomocí HDRi, tak bez této mapy. Protože ve skutečnosti, ve skutečnosti není HDRi mapa v případě tzv. studiových renderů zase tak moc zapotřebí, vystačíme si i bez ní...

V zásadě je tedy pravdou, že nastavení HDRi mapy je opravdu velmi, velmi jednoduché a nevymyká se zvyklostem, které máme ze starších verzí CINEMY 4D. Vlastně jen můžeme použít objekt Obloha, což je nekonečně velká koule a na tuto kouli aplikujeme HDRi mapu podle libosti.

Může se stát, že potřebujeme o něco podpořit iluminaci nějakých skutečně expozičně významných ploch v rámci HDRi mapy. Pak máme vlastně dvě možnosti. Můžeme použít světlo, kterým osvětlíme scénu ze směru tohoto energetického zdroje a nebo použijeme iluminační plochu, kterou toto světlo nahradíme. Jakou cestou se dáme je vlastně na nás, ale je nutné si uvědomit, že obě uvedené cesty jsou do značné míry jednosměrky.  Proč že? Opět můžeme i na tomto místě poznamenat, že díky materiálům. Přístup ke scéně v případě že použijeme světlo je v rámci materiálů poněkud odlišný než v případě, že světlo nepoužijeme.

Tedy jen krátce, v případě že použijeme světla je logické, že můžeme v materiálech počítat se všemi aspekty odlesků a to jak s kanály, tak shadery. Avšak v případě že světla nepoužijeme, jsou nám odlesky k ničemu a veškeré interakce se tak musí odehrávat na úrovni raytracovaných efektů, v tomto případě odrazivosti.

Předpokládejme tedy, že bychom měli jednoduchou scénu a tu bychom chtěl osvětlit pomocí HDRi mapy a také pomocí nějaké skutečné GI technologie (tedy nikoliv pomocí „vzorků oblohy“). Například pomocí IR a nebo kombinací IR a QMC metody.

Zkusme si tedy, zda se nám v případě použití HDRi mapy projeví nastavení vzorků této mapy v materiálu, tedy zda se nám projeví vzorkování nastavené na volby normální, převzorkování, QMC a QMC per pixel. Co v tomto případě zjistíme? Tedy v případě, že máme materiál HDRi mapy nastavený na nekonečně velké kouli oblohy?

Poznámka: autorem modelu je Jozef Volcko a najdete jej ke stažení ZDE

Jednoznačně zjistíme, že nastavení vzorků má svůj vliv také na těchto HDRi mapách a to vliv poměrně významný. Výhodou objektu obloha je, že se nemusíme starat o vzdálenost iluminačního objektu od naší scény jako v případě, že bychom použili objekt. Jenže na druhou stranu se mi jeví jako slušné mrhání nastavit vzorkování na celou kouli. Proč? Protože většinou je naším cílem v případě HDRi slušné difusní osvětlení a simulace exponovanějšího osvětlení můžeme použít separátní iluminační plochu, která bude kopírovat exponovanou plochu na HDRi mapě. Tato plocha se navíc může, ale zároveň nemusí odrážet i na povrchu objektů osvětlované scény. Můžeme tak více kontrolovat intenzitu hlavního směru osvětlení a zároveň korigovat odrazivost, která nahrazuje v tomto případě i veškeré odlesky.

A poslední úvaha na úvod. Odrazivost jako taková samozřejmě prodlužuje výpočet, ale pro opravdu plastický výsledek je nezbytná, protože její simulace, odlesky, nemáme v případě nepoužití světel k dispozici.

Jak tedy budeme postupovat? Pokud chceme využít HDRi mapy a tu chceme podpořit iluminační plochou, pak se mi jeví jako užitečné využít objekt, který jsem připravil pro svou knihovnu MoXPig zovající se „Place illumination plane to your hdri lightning!“. Pravda, trochu dlouhý název, ale přesně to tento objekt dělá. Tedy pomáhá s umístěním iluminační plochy tak, aby odpovídala exponovaným plochám HDRi mapy.

Parametry a nastavení tohoto objektu jsem již popisoval v jiném článku (najdete jej ZDE a ke stažení je MoXPig pro R11 včetně tohoto objektu ZDE), tedy domnívám se, že na tomto místě bude stačit jen odkaz. Nyní jen formálně shrneme to, co pomocí výše zmíněného objektu vytvoříme a stanovíme několik pravidel, která musíme mít v případě použití iluminačních ploch na paměti.

V prvé řadě si musíme uvědomit, že míra iluminace je závislá na geometrii – velikosti objektu a také na jeho vzdálenosti (pokud je to rovina pak ve smyslu vzdálenosti od osvětlovaných předmětů). Čím menší iluminační objekt bude tím méně bude scénu ovlivňovat a zároveň čím dále bude, tím bude jeho vliv na osvětlované objekty slábnout a to v závislosti, kterou bychom mohli vyjádřit inverzně kubickou křivkou.

A jaké nastavení bychom měli zvolit? Domnívám se, že v případně podobném našemu je vhodné kombinovat. Tedy použít pro materiál HDRi mapy méně časově náročné nastavení (převzorkování a nebo QMC) a pro iluminační plochu můžeme zvolit režim přesnější, tedy QMC per pixel, který nám bude „věrohodně vykreslovat“ stínění. Co je na zvážení je otázka nastavení vlastnosti kompozice, kterou bychom mohli na uvedenou plochu (na objektu Place illumination plane to your hdri lightning! již tato vlastnost je) aplikovat. V té bychom definovali, zda je objekt zobrazen v odrazech a nebo nikoliv. Mohlo by se totiž stát, že monolitická plocha by nemusela v souhře s odrazem zbylé viditelné HDRi mapy korespondovat.

A co samotné nastavení renderingu? Zkusit můžeme obě základní metody, jak metodu založenou čistě na IR tak kombinovanou IR+QMC. Metodu, která se nám může při vyšším nastavení projevit o něco delším časem, ale nerad bych tuto otázku generalizoval, protože to může být závislé na dalších faktorech.

Jak jsme tedy nastavili rendering. Poměrně snadno. Prozatím jsme absentovali na simulaci kaustických efektů (testy tohoto druhu to si necháme napříště), naším cílem byl čistý a vyvážený render. Použil jsem tedy opět standardní IR metodu (pro statický obrázek) se dvěmi odrazy. V nastavení samotného výpočtu nebylo mnoho změněno, snad jen nastavení Upřesnění cache, což je parametr, který pomáhá s interpolací IR bodů a v mnoha případech odstraní „chvění“, které se u hran může projevit. Stejně tak jsem zvýšil nastavení vyhlazení IR a převzorkování. Délka výpočtu byla v tomto případě okolo 6 minut (včetně odrazivosti).

Slíbili jsme si, že si uvedeme ještě jeden způsob, jak docílit pěkného osvětlení. Tento způsob je založen na úvaze, že všechna světla která bychom mohli ve scéně potřebovat nahradíme jen iluminačními plochami, která je nejenže nahradí ve spektru osvětlení scény, ale také nahradí potenciální HDRi mapu. Aby tuto mapu nahradili, musíme si uvědomit, že to implikuje mimo jiné také velikost těchto ploch a jejich umístění. Nejlépe si zmíněnou skutečnost odůvodníme na krychli a poté, co si uvědomíme fungování samotného odrazu.

Jen poznámka, fyzikálně je to samozřejmě obráceně, ale pro ilustraci budeme postupovat ve směru „od kamery“. Kamerou vidíme odraz na předmětu v případě, že dopadnuvší a následně odrazivší se paprsek dopadne do předmětu, který je odrážen. A nebo obráceně. Kamera vidí odraz v případě, že paprsek od odráženého předmětu je odražen od povrchu sledovaného předmětu tak, že dopadne do místa kamery, která odraz zaznamená, přičemž velikost úhlu dopadu a odrazu je shodná (vzhledem k normále).

Co to znamená? Znamená to, že pokud budeme konstruovat scénu osvětlenou jen iluminačními plochami, pak musíme počítat s jejich polohou nejen z hlediska iluminace povrchu pomocí GI, ale také z hlediska jejich odrazu na povrchu objektu, který vizualizujeme. Pro tyto účely se skvěle hodí, pro základní umístění iluminačních ploch, nástroj Osvětlení, ve kterém vypneme volbu omezující jeho použití na světla.  

Prozatím se mi jeví jako ideální nastavením iluminačních ploch kopírovat postup, který bychom použili v případě, že bychom využili světla. Tedy dvě tři plochy jsou podle mého naprosto dostatečné a princip rozmístění může  být poměrně obdobný jako v případě „tříbodového“ osvětlení. Ale použít můžeme i méně ploch než tři, závisí na naší scéně a potřebách.

Aby nebyl odraz tak ostrý, můžeme použít u materiálů iluminačních ploch alfa kanál (například shader Přechod)) a i nastavení barvy iluminace (kanál Svítivost) můžeme poměrně zajímavě definovat pomocí různých shaderů, kdy nastavenou intenzitu iluminace pronásobíme (režim násobení) se shaderem, který je zadaný v položce Textura. Tím získáme velmi flexibilní systém zadání barvy osvětlení.

Co dále? Uvědomit bychom si měli, že máme také docela dobré možnosti řízení intenzity odrazu a intenzity GI iluminace. Jedná se o možnost nastavení intenzity generování GI, které je vlastní každému materiálu. Předpokládejme, že chceme mít intenzivnější odrazy z jisté plochy, ale zároveň požadujeme, aby byla nižší úroveň iluminace, kterou tento objekt poskytuje. Není tedy nic snazšího, stačí, pokud snížíme hodnotu generování GI v materiálu příslušného objektu. Stejně tak můžeme hodnotu zvýšit, opět podle potřeby. Upravit můžeme také nastavení sytosti generované barvy.  

Jaké použijeme nastavení vzorků jednotlivých ploch? Opět v obecné rovině. Jako ideální se mi jeví kombinace převzorkování na doplňkové emisní plochy a opět QMC per pixel na plochu hlavní, pro dosažení intenzivnějšího stínění. Pokud nám nevadí více difusní vzhled, pak je možné i na poslední plochu použít jiné než QMC per pixel vzorkování. 

Závěrem

Na tomto místě ukončíme dnešní díl. Ten poslední, ve kterém se budeme renderu věnovat zaměříme na testování kaustických efektů, které nám nové GI jádro poskytuje...