Создание рефлективной каустики

Каустика - это блики света, которые видны на каком-либо объекте после того, как свет был отражен или переломлен через другой объект. Обычный пример рефлексивной каустики - солнечные зайчики на стенах, отраженные от водной поверхности бассейна. В этом уроке мы попробуем сделать этот эффект с ментал рэем.

Каустика - это блики света, которые видны на каком-либо объекте после того, как свет был отражен или переломлен через другой объект. Обычный пример рефлексивной каустики - солнечные зайчики на стенах, отраженные от водной поверхности бассейна. В этом уроке мы попробуем сделать этот эффект с ментал рэем.

МР моделирует рефлексивную каустику, генерируя фотоны от источника света, отражая их от поверхности и рисуя легкие блики на поверхности, на которую свет отражен. Этот эффект подпадает под общую категорию косвенного освещения, в которую также входят рефрактивная (переломляющая) каустика и глобальное освещение.

Для визуализации рефлексивной каустики мы должны иметь в сцене хотя бы один материал, содержащий карты Raytrace, Flat Mirror, или Reflect/Refract в слоте Reflection свитка Maps редактора материалов.

Сначала откроем сцену swim_pool.max из папки 3dmax\tutorials\mental_ray. Сцена состоит из плавательного бассейна, стен, лестницы и бокса, который служит водной поверхностью. Сцена освещена осветителем типа Target Spot Ray с Traced Shadows, также присутствует Target Camera. При отсутствии этой сцены нетрудно самому сделать нечто подобное.

Вот что получилось у меня.

Теперь сделаем эту синюю поверхность немного более похожей на воду. Для этого откроем редактор материалов, выберем материал, присвоеный воде и в свитке Maps на слот Reflection назначим карту Raytrace. Рендерим.

Выглядит немного получше. Вода отражает окружающую среду, а карта рельефности разбивает эти отражения. Но в реальности вода отражала бы свет на стенки бадьи и помещения. Это и есть рефлексивная каустика.

Попробуем заставить воду генерировать каустику. Выбираем объект, который представляет воду, щелкаем правой кнопкой мыши и идем Properties > mental ray, ставим галочку возле Generate Caustics, жмем кнопку ОК.

Объекты возвращают каустику по умолчанию, но не производят ее. Чтобы генерировать каустику, объекты должны иметь отражающий или переломляющий материал, как например, вода.

Следует обратить внимание на то, что источники света установлены на производство фотонов. Таким образом, в большинстве случаев мы только должны явно определить объекты, которые должны произвести каустику. В некоторых случаях, чтобы предмет не был освещенным отраженными фотонами, мы можем выключить Receive Caustics. Теперь добавим энергию света. Вибираем осветитель, идем в панель Modify > mental ray Indirect Illumination, оставляем включенным Use Global Settings и поднимаем значение Energy до 30,0.

Обратите внимание: выключая Use Global Settings, мы можем создать уникальное поведение света при вычислении косвенного освещения. Для большинства ситуаций, однако, в этом нет необходимости. Чтобы корректировть поведение света, можно использовать три контроля множителя.

Заданный по умолчанию уровень энергии для того, чтобы производить каустику не всегда достаточен, чтобы иметь видимый результат. Когда дело обстоит так, следует увеличить Energy, или для отдельного осветителя, или для полной сцены. Как с radiosity в сканлайне, требуемый уровень энергии зависит от измерений сцены. В отличие от radiosity, к сожалению, с mental ray нет никакого установленного правила для того, чтобы определить нужный уровень энергии. Мы должны найти нужное значение опытным путем.

Далее открываем окно Render Scene, идем в Indirect Illumination > Caustics, включаем эффект (Enable) и рендерим.

Слишком ярко. Первым делом я уменьшил Energy до 5, чтобы получить более приемлемый результат.

Заданный по умолчанию размер визуализированных фотонов базируется на степенях сцены: один фотон - 1/100 максимального радиус сцены. (Заданный по умолчанию радиус каустических фотонов меньше, чем заданный по умолчанию радиус фотонов глобального освещения.) Иногда это дает хорошие результаты, но иногда меньшие фотоны помогают достичь большей детализации.

На свитке Indirect Illumination, в группе Caustics, включаем Radius и удостоверимся, что это установлено заданное по умолчанию значение 1.0. Включение Radius позволяет нам управлять размером фотонов, которые создают каустику. Рендерим.

На сей раз, вместо размытых отражений, изображение содержит много маленьких белых точек, рассеянных всюду по сцене. Это - фотоны; или скорее, их отражения, отраженные от водной поверхности на бадью и близлежащие стены. Позиция каждого фотона определена углом эмитента фотона (источник света) с водной поверхностью, на которую он падает, учитывая искажения поверхности, вызванные картой рельефа или любой другой модификацией.

Эти маленькие фотоны не выглядят реалистичными, но они показывают, как mental ray производит каустику, и они могут быть полезным инструментом предварительного просмотра.

МР смешивает каустические фотоны только там, где они накладываются. Так для этой сцены, сокращая значение Radius, мы только сделали бы вид фотонов еще более пятнистым. Для более реалистических результатов нам надо увеличить радиус фотонов. Установим значение Radius на 5.0. и отрендерим.

Это изображение ближе к тому, которое использовало значение радиуса по умолчанию, но блики более ясно определены.

Обратите внимание: когда отраженные фотоны перекрывают друг друга, МР использует сэмплинг, чтобы сгладить неровности между ними. Можно откорректировать сглаживание, изменяя значение Samples.

На предыдущей картинке каустические блики немного шумные. Это из-за того, что мы использовали фильтр Box. Теперь попробуем поменять фильтр. На свитке Indirect Illumination, в группе Caustics, используя раскрывающийся список Filter, чтобы заменить тип фильтра на Cone и отрендерим.

Теперь каустические блики смешаны более гладко.

Мы можем уменьшить количество бликов, регулируя косвенные параметры освещения, и в окне Render Scene и на свитке "mental ray Indirect Illumination" в параметрах осветителя. Другие переменные включают элементы сцены и материалы; вобщем, мы должны экспериментировать, чтобы найти соответствующие параметры настройки для сцен и роликов.

Обратите внимание: в этой сцене, смещения для карты Noise можно анимировать, что приведет к изменению водной поверхности, и следовательно изменение каустических бликов. (Сцена swim_pool.max анимирована, готовый ролик называется reflective_caustics.avi и он находится в той же папке, что и остальные сцены \tutorials\mental_ray).

Сохранение карты фотонов в файл:

1. Можно сохранить карту фотонов для повторного использования, что ускорит просчет каустики при создании анимации. Как это делается? Идем в Render Scene > Indirect Illumination. В группе Global Light Properties, устанавливаем Caustic Photons = 1000.

При сокращении числа фотонов легче увидеть отдельные фотоны при рендеринге.

2. В свитке Indirect Illumination, в группе Photons (Caustics & GI), находим Photon Map. Нажимаем кнопку Save и сохраняем карту фотонов, дав ей какое-нибудь название (я назвал свою Water_P).

3. Сохранение теперь выбрано как активная опция для Photon Map. Это заставляет mental ray сохранять карту фотонов (образцы фотонов и отражений) в файл. Если условия освещения и отражения не изменяются, mental ray может использовать эту карту при рендеринге анимации, вместо того, чтобы просчитывать фотоны для каждого кадра. Это сэкономит значительное количество времени.

4. Рендерим.

Теперь появилось меньше фотонов, так как мы уменьшили их количество в 1-м пункте этой части. Также mental ray высчитал и сохранил файл карты фотонов, как мы определили в предыдущем шаге.

5) Для проверки можно вернуться Global Light Properties и установить Caustic Photons = 10000(значение по умолчанию). Затем идем в Photons (Caustics & GI) > Photon Map > Load и загружаем сохраненную карту фотонов. Хоть мы и удесятерили количество фотонов, при рендеринге МР выдаст количество фотонов, записанное в файл.

Так как при анимации этой сцены параметры карты Noise на канале рельефности материала воды будут меняться, следовательно, карта фотонов тоже изменится, поэтому ее для каждого кадра надо просчитывать заново.