CINEMA 4D R 11, opravdu, ale opravdu zblízka (8) - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

23. října 2008, 00.00 | Nové jádro GI v Advanced Renderu obsahuje mimo samotného zásadního vylepšení v oblasti nepřímého osvětlení také možnost simulací kaustických efektů, založených nikoliv na světle, ale přímo GI a tím je téma tohoto článku o Advanced Renderu CINEMY 4D R11 dané.

Kaustické efekty

Kaustické efekty se definují (jen velmi jednoduše) na stránce Detaily nastavení GI efektu. Jsou zde dvě položky, jedna pro efekty refrakční a druhá pro odrazivost. Volumetrické kaustické efekty jsou nadále výsadou světel, ale zbylé dva typy – ty běžnější nám potíže nedělají a to je velmi zajímavé.

O co jde? Kaustikou označujeme světelné stopy, které vznikají lomem světelných paprsků (v případě refrakce, tedy průhlednosti materiálem s lomem světla) a nebo odrazem těchto paprsků, kdy dojde ke „sdružení“ paprsků do malého prostoru, což se projeví vysokou expozicí v místě dopadu.

Do této verze C4D jsme byli odkázáni jen na kaustiku založenou na práci světel. Jenže to není příliš ideální situace v případě nového GI, které je do značné míry na světlech méně závislé. Implementace systému kaustiky mimo světla je tak podstatnou součástí nového GI jádra.

Nahrazují tedy kaustické efekty GI plně efekty založené na světlech? Neřekl bych a to z několika pohledů. V prvé řadě platí to, co jsme napsali. V rámci GI kaustiky neumíme simulovat kaustiku volumetrickou, tedy viditelné exponování světelné stopy ve spektru volumetrického světla. Další výhodou kaustiky ze světel je, že jejich kvalita není závislá na nastavení kvality GI (v případě GI kaustiky tomu tak tomu je), stejně tak jejich intenzita (opět můžeme zopakovat, že intenzita GI kaustiky je závislá na nastavení GI). Tato nezávislost se může v mnoha ohledech projevit příznivě a tudíž máme další důvod proto, abychom na kaustiku ze světel nezapomínali ani nadále.

Kaustika z odrazu – nastavení objektů

Začneme tímto příkladem, tedy kaustikou z odrazu. Nejdříve ale k popisu scény. Ve scéně je jen jeden objekt a to objekt prstenu a pak již jen objekt podlahy. O osvětlení se stará HDRi mapa na objektu Obloha, která je mírně desaturovaná a také iluminační plocha – tedy dvě. Jedna „svítí“ do scény a je poněkud menší a druhá do scény „nesvítí“ a je větší a podílí se jen a pouze na odrazech. První se tedy neodráží.

Možná se zeptáte na nastavení vzorkování obou ploch, jak iluminační, tak HDRi mapy. Odpověď zní, že žádné speciální nastavení jsem pro prvotní a vlastně také výsledný render nepoužil (tedy ponechal jsme volbu normální). Důvodem byl čas, zatímco je po vhodném nastavení GI render se vzorkováním materiálů nastaveném na volbu „normální“ velmi svižný, jakékoliv pokročilejší vzorkování výpočet zásadně prodlužuje.

Mírně jsem také upravil nastavení materiálu podlahy. A to tak ,že jsem poněkud zvýšil hodnotu přijímaného GI, aby se kaustika zvýraznila (hodnota 150%).

Kaustika z odrazu – nastavení GI

Co bylo nutné upravit skutečně výrazně je nastavení GI. V případě simulace kaustiky z odrazu je tu totiž jedna potíž. Tento efekt má výrazně zpomalující vliv v případě, že definujeme více než jeden odraz. Doporučuji jej tedy používat zejména v případě designu a objektových studií ve kterém ono nastavení na jeden odraz bohatě stačí... Další věcí je, že je většinou nutné upravit intenzitu primárního odrazu na poměrně vysokou úroveň, aby se kaustika projevila (řekněme 200%). Je to celé docela slušný test z otázky vzájemného propojení všech možných parametrů. Protože – intenzita efektu je závislá na intenzitě a velikosti iluminační plochy, odrazivosti předmětu, intenzitě GI (v tomto případě primárního odrazu, ale také gammutu), intenzitě přijímání GI plochy, na kterou vzorky dopadají a nakonec také samotné barvy (čím tmavší, tím méně se projeví – osvětlí) podložky, na kterou GI kaustika dopadá. Tohle všechno vyvážit – na to není jednoduchý recept, je nutné přistupovat ke každé scéně podle jejích specifik.

Parametry GI

Parametry GI nastavení tedy byly následující. Využil jsem metodu IR (statický obrázek), kterou jsem poměrně výrazně upravil v rovině kvality rozmístění vzorků (Hustota záznamu), kterých je potřeba opravdu velké množství. Intenzita primárních odrazů byla definována na cca 200%.

Jaké parametry je tedy pro pěkný a hlavně přesný efekt potřeba upravit? Jedná se o nastavení Hustoty záznamu IR vzorků. Předvýpočet IR probíhá v jednotlivých průchodech s odpovídající přesností vztažené k pomyslně redukované velikosti pixelu, v našem případě od hodnoty (-4) až po rozmístění max. vzorků v poměru 1/1 (0). Jak přesně těmto hodnotám rozumět? Jedná se analýzu vzorků IR fakticky vzhledem k velikosti výsledného obrázku (pixelu), kdy hodnoty pracují následovně. Předpokládejme, že nastavíme hodnotu 0, to znamená, že se bude prošetřovat plocha 1*1 pixelu. V případě že nastavíme hodnotu -1, pak se bude prošetřovat plocha pro oblast 2x2 pixelu, v případě hodnoty -2 4x4 pixelu a tak dále. Přesnost se tak snižuje. Výpočet probíhá od nejméně přesného k nejpřesnějšímu zadanému v rozsahu, který definujeme hodnotami Min. míra a Max. míra.

Důležité jsou ale také (vlastně zejména) hodnoty analýzy velikosti poloměrů vzorků. Ty jsou pro celou scénu nastavené na 12% s minimální hodnotou 3% a celkovou hustotou 85%. Tím zajistíme skutečně hustou strukturu IR vzorků, které tak poskytnou velmi přesný výsledek. Čím nižší hodnoty poloměrů budou (je dobré myslím zachovávat poměr, který zde je – tedy min. poloměr je cca 1, k tomuto nastavení se ale ještě dostaneme), tím přesnější výsledek ale delší čas výpočtu. A samozřejmě obráceně. Tyto hodnoty jsou v tomto případě skutečně klíčové...

Poslední hodnotou, respektive parametr, který musíme upravit je na stránce Detaily. Zde je položka Kaustika z odrazu. Tu musíme samozřejmě zapnout.

A můžeme si tedy vyzkoušet render...

Není špatný, ale pravdou je, že efekt kaustiky je poměrně mdlý a chtělo by to jej zvýraznit... Jak na to? Pokud zvýšíme hodnotu primárního odrazu, zvýšíme celkové osvětlení scény, které je jinak poměrně dobře vyvážené. To asi není ideální cesta. Musíme render na druhou stranu tedy ztmavit abychom mohli více exponovat stopu kaustiky. K tomu nám velmi dobře poslouží parametr gammut, který stáhne celkovou světlost GI součásti výpočtu, přičemž se nám díky vyšší hodnotě primárního odrazu zvýrazní exponovaná plocha GI kaustiky.

Že chcete ještě více efekt zpřesnit? Dobrá, není to zase tak složité (toto uvádím jen pro úplnost, jinak jsem s nastavením spokojený :-)). Musíme si ale uvědomit, který parametr musíme upravit. Kaustika se nám projevuje v oblasti, kde jsou použity hodnoty hlavního poloměru, pokud snížíme hodnotu poloměru, bude distribuce IR vzorků hustší a tím bude také přesnější interpretace GI kaustiky. Jenže nic není zadarmo, samozřejmě se tak prodlouží poměrně výrazně výpočet. Pokud zadáme parametr Poloměr z 12% na 4% (a minimální poloměr byl nastaven na stejnou hodnotu), prodloužil se výpočet cca 4x. A to je prodloužení výrazné.

Jak tedy na nastavení naší scény? Nakonec jsem použil vyšší hodnotu primárního odrazu, kdy jsem zadal hodnotu 300%. S ohledem na vyšší hodnotu jsem snížil hodnotu gammutu na 0.66. Výsledek je uveden níže. Jen podotýkám, že jsem v odrazu vypnul podlahu...

Všimněme si, že jsme se dnes prozatím vůbec nebavili o nastavení vzorkování iluminačních ploch. Je tomu tak proto, že jednoznačně nejsnazší je pro nás situace v případě, že ponecháme (pro kaustiku z odrazu) hlavní iluminační plochu nastavenou na režim „normální“. Ostatně můžeme si vše vyzkoušet.

Všimněme si, že v případě IR metody GI je při stále stejném nastavení parametrů GI v případě reflekční kaustiky nejefektivnější metoda „normální“, převzorkování se prakticky neprojevuje a obě metody QMC jsou výrazně přeexponované. Při snížení hodnoty gammutu zjistíme, že dynamická interakce scény je poměrně chudá, jinými slovy bychom kaustiku pohledali. Tedy režim „normální“ je v tomto ohledu tím pravým... Mimochodem, pamatujete, jak jsme si kdysi říkali v případě GI portálů a iluminačních ploch, že i režim „normální“ má svůj důvod k existenci?

A ještě jeden parametr jsme neudali. Intenzitu iluminační plochy. Je poměrně vysoká, 1200...

A toto je tedy výsledek

Kaustika z refrakce

Kaustiku z refrakce jsme mohli již vidět v dřívějším článku v příkladu s diamantem, určitě si na tento příklad pamatujete... Tento typ kaustiky je na rozdíl od příkladu předešlého ve výchozím nastavení GI aktivní a tak jej asi budeme potkávat častěji než typ první, a možná to ani nebudeme vědět...

Podstatné je v případě refrakční kaustiky vědět několik věcí. Předně se zdá, že tento typ kaustiky není až tak závislý na nastavení (ve smyslu řádového prodloužení výpočtu), tak jako typ reflexní. Kaustika samozřejmě výpočet prodlouží, ale změna typu vzorkování nemá tak zásadní vliv a tak máme v ruce poněkud širší možnosti definování, než v případě kaustiky z odrazu. Jenže, jenže i zde platí, že typy vzorkování založené na metodách QMC se nesetkají ve spektru refrakční kaustiky s úspěchem. Nejlépe na tom je (v tomto ohledu) metoda převzorkování, která dá řádově čistší výsledek než metoda vzorkování „normální“.

Stejně jako jsme začali u předchozího testu s výčtem interakcí, tak nyní učiníme to samé. Ve valné míře se ale budeme opakovat, protože zde platí zcela to samé. Tedy výsledek je závislý na mnoha parametrech, od gammutu, intenzity GI, intenzity iluminační plochy, polohy, ale také (a to zásadně) velikosti. Velikosti nikoliv ve smyslu iluminace, ale výsledného vykreslení světelné stopy. Ostatně na níže uvedeném příkladu je tento jev velmi dobře patrný.

Co si tedy říci k poslednímu uvedenému příkladu? Podstatné je, jak jsme zmínili, nastavení iluminační plochy, její velikost zejména a samozřejmě že intenzita. V tomto příkladu je intenzita cca 1200, v případě že je plocha větší, je logiky intenzita nižší a obráceně. Vzorkování je ideální nastavit na volbu „převzorkování“, kterou docílíme přesnějších výsledků než v případě volby „normální“. Nastavení GI je v zásadě shodné s příkladem předešlým.

A to je v dnešním díle vše. Příště se již GI zabývat nebudeme, respektive budeme, ale ze zcela jiného pohledu. Z pohledu cachování a následného využívání GI v rámci optimalizace pracovního procesu. Obrázky tak uchváceni jistě nebudeme, ale jedná se o problematiku extrémně zajímavou a zejména efektivní a tudíž ji nesmíme pominout.