Рендеринг | реалистичные материалы и освещение

взято с 3dyuriki.com

Опубликовано yuriki

перевод Андрей Пшеничный

Это четвёртая часть большой статьи о современном положении дел с рендерингом:

Опрофессиональном рендеринге.

О глобальном освещении.

О глобальном освещени на основе облака точек

1.2.1. Физически правдоподобные материалы и освещение.

Главное направление на сегодняшний день – переход к модели, где свет и материалы основаны на реальной физике. Маркос Фаярдо (Marcos Fajardo) из Solid Angle – компании, стоящей за рендерером Arnold – отметил, что все большИе производственные студии в мире либо уже пришли к этому, либо находятся в процессе перехода. «Процесс идет по всей индустрии, и это что-то. Я работаю с этим уже последние лет десять, или около того, и я действительно рад видеть, что это происходит – наконец-то.» Фаярдо можно назвать одним из величайших защитников и активистов глобальных перемен в индустрии. Solid Angle — действительно в авангарде масштабного движения к path traced GI с физически правдоподобными материалами и освещением для производственных решений (то есть когда бюджет меньше, а сроки еще более сжаты).

В основе популярности «честных» методов лежит желание разом поймать двух зайцев: и упростить жизнь художникам по свету, и добиться еще более реалистичной картинки.

В некоторых старых технологических цепочках художник мог получить сцену в несколько сотен источников света (где каждый источник выполнял свою роль: один для блика на одном материале, другой для зеркального отражения на этом материале, третий и четвёртый для бликов и отражений на втором материале, плюс еще десять для имитации глобального освещения и т.д. [примечание автора блога]), с крайне сложными шейдерами, собственноручно написанными на С++, а в коде было полно трюков и ухищрений. Художники по свету часто просто сидят, включая и выключая источники света, один за другим — чтоб просто понять, какой из них зачем.

Большинство компаний не рассчитывает на то, что внедрение физических источников света и материалов сделает быстрее сам рендер, но есть ожидание, что это существенно упростит работу художника. Час работы которого, честно говоря, в несколько десятков раз дороже часа рендера.

Изображение из Iron Man 2 (Железный человек 2).

Но сохранение энергии (energy conservation или energy preservation в VRay - это, если грубо, когда количество падающего света (энергии) равняется отраженному свету (блик+зеркальные отражения) + поглощение. Т.е. чем больше света поглотил материал (т.е. материал проявил свой цвет), тем меньше света будет на блике и слабее будут отражения [примечание автора блога]) и физические материалы и свет — не только для новых рендереров, основанных на path tracing. Не так давно ILM использовала их для Iron Man 2, см. наше большое интервью 2011 г. с Беном Сноу, ILM.

По его рассказу, процесс начался фактически еще до Iron Man 2, с фильма Terminator: Salvation:

Terminator использовал новый, более приближенный к реальности инструмент освещения. Не везде — в паре эпизодов с главным героем. Переход к новому инструменту спровоцировал на ILM настоящий холивар. Многие и так были вполне довольны своими инструментами и приемами, и говоря по справедливости, использовали их очень эффективно. Так что в конце концов подход в Железном Человеке 2 оказался смешанным, и при работе над фильмом художники могли использовать любимые читы и трюки, настраивая свет физически некорректным способом.

Команда ILM внедрила для Iron Man 2 систему сохранения энергии:

Новая система использует принцип сохранения энергии, то есть свет ведет себя намного ближе к реальности. Это означает, что количество света, отраженного или рассеянного на поверхности, не может превышать количество света, падающего на эту поверхность.

Например, понятия бликов (specular highlights) и отражений в мире CG традиционно были разными концепциями и имели раздельное управление, так же, как для диффузного и заполняющего (ambient) света. Предположим, согласно старой модели, что у нас есть три направленных вниз источника света (то есть три луча, каждый из которых оставляет пятно света на поверхности). Тогда, с увеличением размера блика, он будет оставаться таким же ярким, как если бы оставался маленьким. «Эта модель отражений, которую мы многие годы использовали на ILM, дает повышенную яркость когда свет падает под малыми углами (по касательной к поверхности), поэтому реально трудно предсказать, что получится», - говорит Сноу.

Старая модель освещения (сверху) и система с сохранением энергии ILM (снизу).

В новой системе с сохранением энергии нормировочная функция для расчета бликов не отличается поведением от отражений. Если блик увеличивается, его яркость уменьшается. Раньше система требовала, чтоб художник помнил о том, что нужно подкручивать яркость, когда блик становится больше. Конечно, хороший художник это помнит и сможет все настроить в процессе работы, но разные материалы на одной и той же модели могут вести себя по-разному, и обязательно будут вести себя по-разному при разном освещения. И каждый раз нужна ручная правка.

Новая модель стала настоящим прорывом и распространяется по всей индустрии со скоростью лесного пожара. Целые системы рендера настраиваются сейчас под работу исключительно с физическими материалами и светом.

Но она сделала кое-что еще: ускорила работу ILM c image based lighting (IBL - освещение на основе изображений). Об этом в продолжении (которое скоро будет).

P.S. Изображение на заглавной картинке сделал американский VFX-художник Akin Bilgic с помощью Maya + ZBrush, рендерил в VRay, текстуры в Mari. Оригинал здесь.