Elara for 3ds Max教程系列6:图像采样

介绍

Elara渲染器的底层混合了Path Tracing(路径追踪)算法和Distribution Ray Tracing(分布式光线追踪)算法。

算法会在图像上生成许多AA样本(Anti-Aliasing  Sample,单个像素可能包含多个AA样本),每个AA样本会发射出1条视线(eye ray),击中物体后,该eye ray会生成多条反射光线采样间接照明,即多个Indirect样本。Indirect样本包含了漫反射(Diffuse )和模糊反射(Glossy),Elara会自动决定两者之间的权重。

如果eye ray遇到了具有次表面散射(Sub-surface Scattering,即SSS)属性的材质,还会发射多个SSS样本用于采样次表面散射效果。

类似的,Elara通过Ray Marching算法采样体积,对于体积中的每个采样点,都会生成多个Volume Indirect样本用于采样体积接收到的间接照明。

经过上述计算后,每个AA样本会根据Filter(滤镜)设置被贡献到图像上。自适应采样功能会根据图像的收敛情况,自动决定图像上哪些区域需要继续增加AA直到达到最大限制,哪些区域可以提前终止AA采样。

Image Sampler(图像采样)

全局渲染面板的Image Sampler圈展栏包含了图像采样的相关参数,界面及其中文翻译如图所示。

以下分别介绍其中的各个参数,以及不同参数值的效果示例。

  • Initial (初始采样)

控制初始Pass,最低AA的采样数目。默认值-3表示8×8个像素会得到一个AA样本。

  • AA (全局采样)

控制最终图像上每个像素可以得到的最大AA采样数目。提高AA值会让整幅图像的所有效果的质量得到提升,但是对渲染时间的增加也是全局性的,会增加其它所有类型光线的数目。不同参数值的效果见以下对比图。

AA = -3,表示8×8个像素共享一个AA样本

 

AA = 0,等价于AA = 1,表示每个像素得到1个AA样本

AA = 4,表示每个像素最多得到4个AA样本

AA = 16,每个像素最多得到16个AA样本

AA = 64,每个像素最多得到64个AA样本

  • Indirect (间接光采样)

控制图像平面发射出的每条视线(eye ray)反弹出的间接光线数目。如图,红色光线是一条eye ray,蓝色光线是从eye ray分支出来的间接光线(indirect ray)。提高间接光采样对提高间接光导致的噪点(例如漫反射和模糊反射的噪点)很有帮助,并且避免了提高AA对渲染时间造成的全局影响。

如果只是间接光的噪声,可以通过indirect来消除;锯齿问题和间接光噪声都可以提高AA来解决,但是AA比indierct的耗时更大

以下对比了不同的AA和Indirect采样数目组合对图像质量的影响。

AA = 1, Indirect = 1

 

AA = 1, Indirect = 4

 

AA = 1, Indirect = 16

 

AA = 1, Indirect = 64

 

AA = 64, Indirect = 1

  • SSS (次表面散射采样)

用于控制次表面散射效果的质量,增大该参数值会增加每条eye ray发射出的SSS ray的数目,使SSS质量提高,但是渲染时间也会有一定的增加。

以下对比了不同AA与SSS样本的组合对图像质量的影响。

AA = 64, SSS = 1

 

AA = 64, SSS = 4

 

AA = 64, SSS = 16

 

AA = 64, SSS = 64

 

  • Volume Indirect (体积采样)

控制体积接收到的间接光的采样质量。注意增大该值会增加Ray Marching过程中每个体积样本上的间接光线数目,对渲染时间有明显的影响。

以下对比了不同的AA与Volume Indirect组合对渲染质量的影响。

AA = 16, Volume Indirect = 1

 

AA = 16, Volume Indirect = 4

 

AA = 16, Volume Indirect = 16

 

AA = 16, Volume Indirect = 64

  • Filter Type (滤镜类型)
 滤镜决定了最终得到的许多AA样本如何贡献到图像上的每个像素。Filter Type包含了以下几种滤镜类型,在相同半径的情况下,对图像有不同的过滤效果。

Box Filter

Triangle Filter

Catmull-Rom Filter

Gaussian Filter

Sinc Filter

当需要渲染出较为自然的图像,便于接近实拍的照片,或者与实拍的镜头素材进行合成的时候,通常推荐使用Gaussian Filter类型。

当需要生成较为锐利的图像边缘的时候,可以考虑使用Catmull-Rom Filter或Sinc Filter,但是注意这两种Filter类型都有负数值,可能会在图像上造成瑕疵。

  • Filter Size (滤镜大小)

滤镜大小控制图像的模糊程度,以下以Gaussian Filter类型为例对比了不同Filter Size的图像效果。注意这里的滤镜大小指的是滤镜的宽度(直径)。

Filter Size = 1

Filter Size = 3

Filter Size = 6

Filter Size = 9

  • Progressive (采样显示模式)

当勾选该选项时,Elara以多Pass的方式渲染图像,每个Pass会让图像质量得到部分提升,所有Pass渲染完成后才得到最终图像。这种方式通常被称为渐进式渲染(Progressive Rendering)。以下对比了开关该选项时不同的渲染过程显示效果。

启用Progressive模式

关闭Progressive模式(直接渲染最终帧)

  • Adaptive (自适应采样)

自适应采样控制像素之间颜色差异的阈值(Color Threshold),当图像上某个区域的颜色差异低于该阈值的时候,Elara认为该区域已经收敛,不需要在该区域继续增加AA样本。否则,Elara会一直增加新的AA样本直到达到最大AA样本设置。

该值越小,渲染效果中的噪点越少,但是渲染时间也越长。当该值为0的时候,表示关闭自适应采样,这时Elara总是渲染到每个像素都达到最大的AA样本设置。