Улучшенная  визуализация Maya с помощью mental ray

Система mental  ray  представляет собой  приложение  для  фотореалистичной  визуали­ зации,  которое создает физически  корректную модель света, размытости,  тумана, глуби­ ны резкости, солнечных зайчиков и т.д.

Система mental  ray —  передовой программный  продукт  для  визуализации  профес­ сиональных рекламных роликов  и  важный компонент  кинопромышленности.  Кроме то­ го, это еще один способ визуализации,  который  полностью интегрирован с Maya лишь в версии   8.5. Этот продукт использовался для  создания ряда фантастических и  ультрареа­ листичных  кадров   в   таких фильмах,   как  трилогия "Матрица" (The  Matrix),  "Братья Грим" (The Brothers Grimm),  "Посейдон" (Poseidon), "Халк" (The Hulk), "Терминатор-3" (Terminator 3) и др. В этой главе рассматриваются следующие темы.

•          Введение  в mental ray

•          Изучение параметров  визуализации

•          Специальные тонеры mental ray

•          Источники  света, тени  и  туман

•          Размытость в  mental ray

•          Непрямое освещение

•         Освещение, основанное  на анализе изображений, и  HDR I

•         Аппроксимация поверхностей  и  карты смещений

Введение в mental ray  

Автономный программный пакет mental ray (как и  многие другие пакеты для работы с трехмерной  графикой) интегрирован    в  Maya  и  обеспечивает  пре­

восходное качество изображений  и  реалистичные  видеоэффекты.   Система mental ray  ви­ зуализирует файлы сцен таких кинематографических  систем, как Maya, в  файлы  собствен­ ного 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 на панели ответа командной строки. Однако не все возможности Maya поддерживаются в  системе mental ray, и  визуализация  выполняется не так, как с по­ мощью программной  визуализации  Maya. Например,  применение тонеров дает другие ре­ зультаты,  триангуляция объектов — тоже иная. Кроме того, система mental ray не поддер­ живает  штрихи  системы Paint  Effect, если  они  не  преобразованы в  трехмерные  объекты.

Карты  нормалей,  аппаратная  визуализация   и   объемный  мех—  все  это  новые  средства Майя 8 и 8.5. На рис. 14.1 представлены параметры визуализации систем mental ray.

Puc. 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  Майя сама  выполняет все  преобразования  незаметно для  пользователя. Все, что нужно знать, — как в  Майя выбрать систему  mental ray и  запустить  визуализа­ цию. Хотя система mental ray накладывает  некоторые ограничения,  преимущества  зна­ чительно их  превосходят. Система mental  ray для Maya обычно загружается по умолча­ нию. Если это не так, то выберите пункт меню Windo w => Settings/Preference s => PIug-in Manage r (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  на пиктограмме в  строке состояния или  воспользо­ вавшись пунктом меню Windo w => rendering Editors => render Settings (Окно => Редакторы визуализации  =>  Параметры  визуализации).  В  раскрывающемся  списке render Using (Используемая система  визуализации) выберите  пункт mental ray (рис. 14.1). В резуль­ тате рядом с вкладкой Commo n (Общие) откроется вкладка mental ray, которая позволя­ ет задействовать  визуализацию с помощью системы mental ray.

Еще один простой способ задействования  системы mental ray заключается в  исполь­ зовании  раскрывающегося списка в  панели  render  View (Вид визуализации),  которая показана на рис. 14.2.

Рис. 14.2. Панель    render   View.  Раскрываю­ щийся  список  render   позволяет выбирать системы визуализации Майя

Систему  визуализации  mental ray можно легко установить  в  качестве  используемой по умолчанию.

1.    Откройте окно Preference s (Предпочтения), выбрав пункт меню Windo w => Settings / Preference s (Окно => Параметры/Предпочтения).

2.    В списке Categories (Категории)  выберите пункт rendering (Визуализация), а  затем выберите пункт mental ray в  раскрывающемся  списке Preferred renderer  (Предпочти­ тельная система  визуализации), как показано на рис. 14.3.

Рис. 14.3. Облегчите себе жизнь, ус­ тановив mental ray  в качестве сис­ темы визуализации, используемой по умолчанию

Система mental ray обеспечивает высокую степень контроля над процессом  визуали­ зации.  Окно  render Settings (Параметры визуализации)  позволяет управлять настрой­ ками  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  управле­  ния визуализацией с помощью системы mental ray.  Общие атрибуты, такие  как  формат изображений,  разрешение и  дополнение кадров, устанавливаются  на  вкладке Commo n (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  ис­ точник 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   Feature s   (Средства  визуализации)   вкладки mental      ray     окна      Render      Settings       (Параметры        визуализации),        представлен­ ный  на рис. 14.5,  позволяет быстро откорректировать  общие  настройки  визуализации. Переключатель первичной системы визуализации (Primar y renderer) контролирует об­ щее качество и  скорость визуализации.  Режим  визуализации Scanlin e (Построчно) —

"самый дешевый", он может использоваться,  когда на сцене мало движений   и нет  отра­ жающих или  преломляющих поверхностей. Режим растрирования  (rasteriZe r  (rapi d Motion) ) предназначен для сцен с быстрыми  движениями  (но без отражений  или  пре­ ломлений), 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 raytracin g  (Трассировка лучей) части Secondar y Effects (Вторичные эффекты). Здесь расположены также флаж­ ки Final  Gathering ,  Caustic s  (Солнечные  зайчики) и Global  Illumination  (Глобальное  ос­ вещение),  обсуждаемые далее  в   этой  главе. В  нижней части  можно  также  установить приведение теней. Если  флажок Shadow s  (Тени) установлен, появляется возможность управлять размытием с помощью переключателя Motion Blur (Размытие).  Пункт Off от­ ключает размытость, при  выборе пункта No Deformatio n (Без деформаций) процессор визуализации  попытается сохранить форму поближе к  исходной, в  то время как  пункт Full  (Полная) обеспечит для размытости  полной учет искаженных  геометрических форм при быстрых движениях, но может увеличить время визуализации.

Раздел Anti-Aliasing Quality  

Раздел Anti-Aliasin g Quality (Качество  сглаживания) вкладки menta l  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.

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 Samplin g (Дискретизация) и Contrast Threshol d (Порог контрастности), которые находятся в раз-

деле Anti-Aliasin g Quality (Качество  сглаживания), задают способ сравнения цветов  на уровне ниже одного пикселя, обеспечивая выяснение значения  цвета для каждого  пиксе­ ля,  что  в   результате  позволяет добиться точной  визуализации   с  высоким   качеством сглаживания.

Pиc.   7 4 . 5 .     Раздел   Anti-Aliasing   Quality   обеспечивает доступ к большинству параметров,  позволяя корректиро­ вать  сглаживание тонеров при ви­ зуализации

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  пик­ селей в  системе mental ray. При  адаптивной дискретизации  (режим Adaptiv e Samplin g установлен по  умолчанию) система mental  ray  корректирует процесс   дискретизации (выборки  значений цветов)  на основании  требований  сцены.  Используя  ползунок  Мах Sample  Level (Максимальный уровень дискретизации),  можно  экспоненциально кор­ ректировать  процесс дискретизации;  установка ползунка в  позицию  2 обеспечивает  ми­ нимум одну и  максимум шестнадцать выборок на пиксель.  При  фиксированной дискре­ тизации  ползунок  Max  Sampl e  Level  задает точное  количество  выборок на  пиксель.

В режиме  Custo m  Samplin g (Специальная  дискретизация) ползунки  Min  Sampl e  Level (Минимальный  уровень  дискретизации) и  Ma x Sampl e 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 Мах  Sampl e  Level .  

Уровень   дискретизации    экспоненциально  увеличивает     количество  отбираемых фрагментов. При  отрицательных значениях это  называется недовыборка   (infrasampling), т.е.  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  про­ странства каждого  пикселя; это  называется  перевыборка  (oversampling), она  обеспечива­ ет более высокое качество визуализации.  Например,  одна выборка (2 в  степени  2) равна 4 выбираемым фрагментам, две  выборки  (степень 4) равны 16 фрагментам, три  выборки (степень 6) — 64  фрагментам, и  т.д., значение 2 всегда возводится  n-ю степень, завися­ щую 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 Threshol d  (Порог контрастности) определяют,  какой уровень дискретизации  следует использовать  между значениями  Min  Sampl e  Level  и Ma x Sampl e Level, используемыми для расчета значений цвета каждого пикселя. Эти на­ стройки  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 Threshol d (иначе говоря, контраст больше разрешенного), система mental ray продолжа­ ет увеличивать уровень  дискретизации  для  этой области  вплоть до достижения значения Max  Sampl e  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 фильт­ рации  кластера пикселей. Более высокие значения фильтрации  означают  использование более крупных кластеров  пикселей, что приводит к большей размытости. Поэтому высо­ кие  значения следует применять осмотрительно —  они  могут  чрезмерно размыть  изо­ бражение  и  замедлить визуализацию.

Раздел Sample Options

Оба флажка, Sampl e  Lock (Блокировка  выборки)  и  Jitter (Дрожание),  позволяют  так управлять расположением фрагментов, чтобы такие дефекты, как полосы, шум  или  мер-

цание, "растворились"  в  последовательностях  изображений. Установка флажка Sampl e Lock заставляет систему mental ray отбирать одни и  те же фрагменты,  сокращая шум или мерцание. Установка флажка Jitter заставляет  систему mental ray  смещать расположение фрагмента. Это полезно для сокращения таких полос, как  видимые переходы между зна­ чениями  градиента.

На практике при  проверочной визуализации  для параметра Min Sampl e Level  реко­ мендуется использовать значение -2 и  значение 0 — для параметра Max Sampl e Level. Установите  все ползунки Contrast Threshol d в  значение 0.1 или выше   и выберите зна­ чение Box Filtering (Фильтрация блоков) в раскрывающемся списке Filter (Фильтр ) раз­ дела Multi-Pixel Filtering (Многопиксельная фильтрация).

При  реальной   визуализации  для  параметров  Min  Sampl e  Level  и   Max  Sampl e  Level  обычно выбирают значения между 0 и 2, а для параметра Contras t Threshol d — значение между о. 1 и  о . 05. Используйте  многопиксельную  фильтрацию (Multi-pixel  Filtering) по Гауссу (Gauss ) или Митчелу (Mitchell) . Если нет необходимости использования канала прозрачности, оставьте параметр Alph a  Contras t  (Контраст  прозрачности) равным 1, чтобы  предотвратить замедление визуализации.    В   раскрывающемся списке  Quality  Presets  (Предустановленное   качество),   расположенном вверху   окна   render   Settings (Параметры визуализации),  можно  увидеть,  как  Maya учитывает  соответствующие  зна­ чения для разных установок  качества визуализации, от черновой до рабочей или  высоко­ качественной.

Раздел raytracing

Раздел raytracin g (Трассировка лучей) окна  render Settings (Параметры  визуализа­ ции) предоставляет доступ к элементам управления, задающим  и  ограничивающим трас­ сировку лучей (рис. 14.6). По умолчанию система mental ray  инициирует визуализацию по методу построчного сканирования.

Рис. 14.6. Раздел raytracing позволя­ ет оптимизировать трассировку лу­ чей во время визуализации. Правиль­ ные значения этих параметров позво­ ляют сократить время визуализации

При  визуализации  методом построчного сканирования  сцена  преобразуется в  двух­ мерную плоскость просмотра с точки  зрения камеры, которая впоследствии  использует-

ся для анализа цветовых значений  каждой видимой точки  в  этой спроецированной плос­ кости  просмотра.

Визуализация  методом построчного сканирования  используется для сокращения за­ трат 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 по­ строчного 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 сканиро­ вания, 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   refraction s (Преломления) определяют  максимальное количество изменений  направления  одного луча. Эти параметры ограничивают количество  лучей, которые  можно использовать, что позволяет сократить издержки  на визуализацию.  Когда  количество отражений  луча дос­ тигает значения параметра reflection s (Отражения), остальные отражения для данного лу­ ча не учитываются.  Если  существует окружающий тонер, то по достижении  предела отра­ жений цвет его  точки  возвращается  для  отражения как  результирующий.  Параметр refraction s  (Преломления) ограничивает  проникновение  и   изменение  направления луча  при  его  проходе  через  поверхность,   кроме  случаев, когда  значение коэффициента  преломления  (Index Of refraction — IOR )  равно 1. Значение IOR,  равное 1, рассматри­ вается как обычная прозрачность и  визуализируется  с  использованием  алгоритма по­ строчного сканирования,  поскольку  луч не изменяет своего направления  при  прохож­ дении  сквозь объект.

Параметр Max Trace Depth (Максимальная  глубина трассировки) действует как  об­ щее ограничение трассировки по сумме значений reflection s (Отражения) и refraction s (Преломления). Это  значение ограничивает  количество   возможных  отражений и   пре­ ломлений  одного   луча.   Например,  если    значение  параметра   Max   Trac e   Depth (Максимальная  глубина трассировки) равно 3, то любые  комбинации  отражения и  пре­ ломления лучей ограничены 3 лучами (1 отражение, 2  преломления).  Параметр Shado w Trace Depth (Глубина трассировки  теней), подобно параметрам reflection s (Отражения) и  refraction s (Преломления), ограничивает количество трассированных теней на сцене. При  нулевом значении этого параметра тени  не появляются, при  значении  1 — тени  по­ являются, при  значении  2 или  больше тени  появляются также и  в  отражениях. Эти  па­ раметры являются глобальными  для сцены,  но их  также необходимо задавать локально. Для источника света, отбрасывающего  трассированные тени, необходимо  увеличить зна­

чение параметра ra y Depth Limit (Предельная глубина луча) в  списке raytrac e Shado w Attributes (Атрибуты трассированных теней) редактора атрибутов для источника света.

Ползунки reflectio n  Blur Limit (Предел размытия  отражения)  и   refractio n Blur Limit (Предел размытия преломления)  определяют размытие при  от­

ражении и  преломлении. Чем выше их значения, тем более расплывчатыми  выглядят от­ раженные или  преломленные объекты при  визуализации.

Параметры других разделов окна render Settings (Параметры визуализации) обсуж­ даются позже, когда придет время использовать их.

Источник: Кундерт-Гиббс, Джон,  Ларкинс, Майк,  Деракшани, Дариус, Кунзендорф, Эрик,  и др., Освоение Maya  8.5.:  Пер.  с англ.  – М.:  ООО  «И.Д.  Вильямс», 2007.  – 928  с.:  ил.

По теме:

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий