Elara for 3ds Max教程系列7:光照引擎

介绍

Elara是一个多功能的渲染器,支持使用不同的引擎解算全局照明(Global Illumination,简称GI,包含直接照明和间接照明),每个引擎适合不同的应用场景。

Light Integrator(光照积分器)

Light Integrator圈展栏中的参数用于设置GI的解算方式,界面及参数的中文翻译见下图。

以下分别介绍每个参数的用途。
  • Engine(渲染引擎)

设置当前用于解算GI的引擎。目前有两种引擎可以选择:

Hybrid Path Tracer – 使用混合了Path Tracing和Distribution Ray Tracing的无偏(Unbiased)算法。该算法无需预先构造GI缓存,无需额外存储空间,立即开始最终图像的采样和渲染,并且渲染出的动画不闪烁,适合大型室外场景、电影场景的渲染。

GI Cache – 使用基于点云(Point-cloud)的有偏(Biased)算法。该算法在最终图像的渲染开始前,会进行多遍的场景预采样以构造GI缓存(GI Cache)。最终图像的渲染会插值GI Cache以减少计算量,并且让图像更快的收敛(消除噪点)。该算法非常适合室内场景的快速渲染,收敛到同样图像质量的情况下往往速度是Hybrid Path Tracer的20倍甚至更多。

只有在选择了GI Cache引擎后,GI Cache圈展栏内的参数才起实际作用。相比较而言,Hybrid Path Tracer引擎的参数较简单,没有单独的引擎参数圈展栏。

  • Environment emits GI(环境光照)

用于选择环境背景(Environment Background)是否产生GI效果,对场景产生真实的照明。当关闭该选项的时候,环境背景只会对镜面反射/折射有影响,对漫反射无照明贡献。效果对比见下图。

开启Environment emits GI

关闭Environment emits GI

通常如果场景中已经使用了Skylight(天光)或者Portal Light(门户光)光源,建议关闭该选项以避免重复照明。注意这时候环境照明效果是作为直接光进行采样,质量受灯光上的样本数目控制(Light Samples)。

如果没有创建Skylight或Portal Light,可以开启该选项以实现环境照明效果。但是注意这时候环境照明效果是作为间接光进行采样,质量受间接光的样本数目控制(Indirect Samples)。如果使用了GI Cache,还会受GI Cache的参数影响。

  • Indirect Depth(间接光深度)

限制间接光的最大追踪深度,主要包含了漫反射、模糊反射、SSS及体积接收到间接光的反弹深度。该深度越大,GI的效果越接近物理精确的结果,但是需要的渲染时间也会有一定的增加。Elara使用了混合的Path Tracing技术和Russian Roulette技术来保证增加追踪深度对渲染时间的影响不会过大,但是注意影响依然存在。

以下对比了不同深度设置对室内场景GI效果的影响。

Indirect Depth = 0

Indirect Depth = 1

Indirect Depth = 2

Indirect Depth = 3

由于光照能量随着深度持续衰减,可以看到深度越深,对效果的影响越微弱。所以,对于室外场景的渲染,该深度通常没有必要大于2;对于室内场景的渲染,该深度通常没有必要大于5。

  • Total Depth(全局深度)

限制了包含漫反射、模糊反射、SSS及体积接收到的间接光、反射、折射、透明等所有反弹类型的最大深度。以下对比了该参数值对折射/透明效果的影响。

下图左侧的物体是两面镜子相对摆放,中间的物体是四张玻璃平行放置,右侧的物体是四张透明的薄板

Total Depth = 0

Total Depth = 1

Total Depth = 2

Total Depth = 10

  • Light Cutoff(灯光裁剪)
当灯光对当前采样点的亮度贡献值低于该值时,灯光贡献会被忽略以减少计算(减少了shadow ray)。对于灯光数目很多的场景,提高该值可以让渲染时间缩短,但也可能会造成有价值的灯光的丢失。
  • Light Quality(灯光采样质量)

Elara中每个灯光上都可以设置该灯光的采样数目(Light Samples)。为了方便控制,Elara还支持使用Light Quality来对场景中所有灯光上的Light Samples进行全局的缩放。以下对比了不同Light Quality参数值的效果。

Quality = 0.1

Quality = 0.5

 

Quality = 1

Quality = 2

  • Random Lights(随机采样灯光数)

对于灯光很多的场景,例如灯火通明的城市夜景、或室内光源很丰富的室内场景,如果对所有灯光都逐个进行采样,渲染会很慢。Elara通过引入Random Lights选项,限制了最大的随机采样灯光数,并且对于不同的采样点,自动的把更多样本集中在对该采样点贡献更明显的灯光上(该算法称为Many-Light Importance Sampling,即多光源重要性采样),让灯光非常多的场景也可以快速渲染。

通常建议保持默认参数值16,即最大随机采样约16个光源。当该参数值设置为0的时候,会强制Elara逐个采样所有灯光,对灯光很复杂的场景渲染会很慢,不建议使用。

  • Caustic(焦散)

控制是否计算反射和折射产生的焦散效果(焦散指的是从光源发出的光线,经过多次镜面反射或折射,最终到达漫反射表面被人眼看到的现象)。

Elara使用的是基于Path Tracing的算法,该算法对于焦散的计算并不十分有效,容易产生高亮的噪点,所以默认设置下焦散是关闭的。对于绝大多数的室内外场景,通常焦散效果并不重要,建议关闭焦散,让图像更快的收敛。

关闭Caustic,此时阴影自动使用了透明阴影计算

开启Caustic,此时阴影自动变为不透明,通过焦散照亮阴影部分

 

注意只有在使用了ER Standard材质或VRayMtl的时候才有可能产生焦散效果,其它材质不支持焦散。