Добрый день, дорогие читатели! Сегодня мы добрались до очередной главы из цикла «3d визуализация сегодня». И речь пойдет о множественной выборке по значимости при визуализации источников света, кроме того, ниже приведено несколько практических советов. Приятного чтения!

Содержание:

Введение: выбор средств визуализации
1. Актуальные вопросы
1.1 Глобальное освещение
1.2 Трассировка лучей против точечных решений
1.2.1 Физически правдоподобное освещение и затенение
1.2.2 Выборка по значимости и множественная выборка по значимости (MIS)
1.3 Освещение, основанное на изображении
1.3.1 Опыт Pixar, полученный при создании «Университета монстров» и инструмент Splat
1.3.2 Опыт, полученный при создании фильма «Великий Гэтсби»
1.3.3 Опыт сотрудников компании ILM
1.4 Интерактивность
1.5 Визуализация с использованием графического процессора (GPU)
1.6 Рендер-фермы и облачная визуализация
1.7 Открытый исходный код
1.7.1. Формат данных OpenEXR 2

Если вы перешли на систему трассировки лучей то, одним из ключевых аспектов является «стремление к улучшению этих быстрых умных лучей». Но что это значит?

Учитывая, что множество лучей понадобятся для успешной реализации некоторых частей сцены, выборка идеально подходит для увеличения частоты, там, где это необходимо, не тратя усилия впустую. Это художественно важное осуществление выборки. Выборка по значимости (IS), как можно понять из названия, осуществляет выборку там, где это действительно важно.

В данный момент в этой отрасли существует четыре уровня:

1. Ненаправленные brute-force визуализаторы, которые не имеют IS;
2. Визуализаторы, которые используют IS только для влияния света на окружающую среду или световой купол, например, Modo;
3. Визуализаторы, которые используют IS как для освещения, так и для материалов. И разумно уравновешивают оба параметра, например, RenderMan. Осуществление множественной выборки по значимости (MIS) может считаться «формой искусства»;
4. Визуализаторы  с продвинутой MIS — заключаются в применении ряда других решений, таких как SSS. Например, Arnold.

Понятие MIS не новое. Эрик Вич впервые обсуждал ее в своей докторской диссертации, в Стэнфордском университете, в декабре 1997 г. За этим последовала ключевая презентация SIGGRAPH в следующем году. Эта работа настолько значима, что основатель Arnold Маркос Фахардо говорит, что перечитывает ее каждый год или два, “… и что удивительно, с тех пор, как он издал ее, каждый исследователь читал эту дисертацию”, — отмечает Фахардо. «Вич настолько глубоко разбирается в визуализации, и что более поразительно, так это год издания — 1997″. В качестве отступления, Вич пошел на Google, чтобы разрабатывать алгоритмы Adsense, и заработал миллионы долларов США, согласно Фахардо, который был очень счастлив, видеть вознагражденного Вича.

Основная реализация этой новаторской работы по MIS в нынешних условиях визуализации сделана Кристофом Хэри совместно с Саймоном Премоузом из ILM (который был инженером-исследователем в ILM, затем в Dneg до недавнего времени).

Кристоф Хэри использовал MIS, для реализации мультфильма «Университет монстров», и эта формула Power 2 сработала, так же как и первоначально у доктора наук — Вича. Интересно, что это один из немногих случаев, в последнее время, когда программное обеспечение, используемое Pixar было немного не в ногу с общепринятым RenderMan. Еще недавно сознательно отмалчивающийся Pixar почти опередил график реализации команды RenderMan, но теперь все возвращается на круги своя. Таким был драматизм адаптации к новым подходам.

Чтобы понять силу MIS нужно лишь вернуться к первоначальной докторской Вича, которая по-прежнему актуальна сегодня.

Ниже приведен Рисунок из этой докторской, на котором слева показано, что IS делает выборку материалов с BRDF образцами, справа он выбирает источники света с точки зрения осуществления выборки. На обоих снимках есть 5 источников света, которые имеют одинаковые настройки, кроме настроек IS. Свет из-за кадра освещает 4 источника света и просто позволяет увидеть то, что находится в нашем пространстве. Если мы будем игнорировать верхний свет из-за кадра, то увидим, что все 4 источника света обладают одинаковой энергией, таким образом, поскольку размер источника света становится больше, освещение меняется от ярко-белого до бледного. Задняя панель глянцевая, передняя панель гораздо размытее.

veach

Заметьте, что при выборке BSDF крошечные точки света в левой части плохо выбраны и, следовательно, на шероховатой нижней плоскости в левом нижнем углу, появилось много шумов, но в том же самом BSDF источник света справа отражен хорошо, поскольку он большой и легко отражается из-за более высокого осуществления выборки на материале. И наоборот, если мы выступаем за выборку источников света, то шероховатая поверхность произведет хорошее распространение светового эффекта от яркого до очень слабого света, но большой источник света справа будет иметь много шумов. Ясно, что иногда мы хотим использовать BRDF (BSDF), а иногда и источники света — это зависит от того, на сколько рассеянны поверхности и на сколько большой источник света.

К счастью, это именно то, что делает MIS. Этот результат очень трудно повторить при помощи некоторых современных средств визуализации, так как, например, последняя версия RenderMan фактически ограничивает одно из решений визуализации (с помощью MIS). Это плохо… Так же и в Arnold… Но Вы можете воспользоваться моей секретной настройкой, отрегулировав V-Ray вручную (нельзя сказать, что V-Ray хуже, отнюдь нет, но все средства визуализации стремятся избежать такого количества шума в очевидно «неправильных» визуализациях).

Амид Раджаби разработал эту методику, описанную на рисунке ниже, для fxguide.com. Используя V-Ray, он управляет и источниками света/образцами BRDF и адаптивным DMC V-Ray (Детерминированное Осуществление выборки Монте-Карло).

amid

Результаты легко увидеть даже на маленькой картинке, показанной в статье, но если Вы нажмете на изображение выше и посмотрите на увеличенную версию, то еще лучше рассмотрите различия.

(Примечание: в связи с ограничением в восьмибитных изображениях, 4 ключевых источника света кажутся одинаковой яркости, независимо от их размера, но визуализации с плавающей точкой в результате уменьшаются в цене, поскольку становятся более крупными по размеру.)

Ниже приведен пример разницы использования значения выборки в визуализации Otoy’s Octane GPU.

Пример моментальной визуализации, использующей трассировку пути под-поверхностного рассеивания, на двух видеокартах (1 GTX 680 + 1 GTX Titan) с помощью отдельного приложения OctaneRender 1.20. Модель головы состоит из более чем 17 млн. треугольников, сканирована при помощи LightStage.

Автор:  Майк Сеймур
Источник: fxguide.com
Перевод: RAIT.kz — Статьи о компьютерной графике