Какой рендер выбрать? Часть 2

Brazil

Brazil несколько менее популярный biased-рендер, но не менее функциональный, чем vRay. Что является тому причиной - сказать сложно, однако он по-прежнему используется как рядовыми пользователями, так и крупными студиями при производстве спецэффектов.

Интерфейс рендера, также структурирован и логичен, как у vRay, хотя и отличается от него немного. Так же, как и vRay, Brazil имеет свой собственный тип источника света и собственный тип камеры. В процессе исследования интерфейса рендера можно заметить несколько интересных функций, отсутствующих, например, в том же vRay. Так, начиная рассматривать вкладки по порядку сверху вниз, мы можем заметить, что Brazil позволяет выбирать блоки, которые можно рендерить отдельно друг от друга, этот режим называется Select Buckets Mode (см. рис.). На этой же панели можно заметить ещё одну полезную функцию, которой мне, например, иногда не хватает - переключатель выбора количества процессоров для рендеринга, Multithreading Options -> Threads. Следующая, несомненно полезная для диагностики вкладка - это Render Pass Control, содержит многочисленные опции управления отдельными слоями, говоря проще и короче - включением или выключением рендеринга, например отражений/преломлений, или для замены некоторых пассов на собственные или предустановленные.

Далее - вкладка Image Sampling, отвечающая за антиалиасинг, содержит только один алгоритм, в отличие от vRay, это так называемый Adaptive Undersampling. В этой же вкладке содержатся элементы управления эффектом глубины резкости камеры (Depth of Field).

Вкладка Exposure/Color Clumping управляет экспокоррекцией и диапазоном яркостей, но в отличие от vRay не имеет передаточных функций и по умолчанию распределяет яркости в сцене по линейному закону (сравните рис.), это бывает необходимо иногда для того, чтобы более равномерно распределить освещённость в сцене и уменьшить засветы вокруг ярких источников света.

Ray Server. Здесь содержится алгоритм, за который лично я люблю этот рендер - Ray Trace Acceleration - управление оптимизацией движка трассировки лучей. Пример: сцена содержит 3.2 миллиона полигонов, машина слабая - Celeron 2.8GHz, RAM 400Mb. При использовании Default Ray Tracing Acceleration или для сравнения - MentalRay, 3DSMax возвращает сообщение об ошибке на половине процесса подготовки, переключаем на High Perfomance Acceleration, не меняя настроек - время рендера сцены составило 18 мин, общий расход памяти - 2.3Gb. немного меняем настройки и время сокращается до 8 мин! расход памяти - 1.3Gb. Эффект очевиден и думаю, это не предел!

Luma Server. Здесь я остановлюсь немного подробнее, т.к. это главный контрольный пункт настройки Global Illumination. Brazil несколько менее разнообразен в плане алгоритмов глобального освещения, но зато эти алгоритмы дают превосходные результаты. Их всего 2, причём, в отличие от vRay, здесь мы не увидим раздельных алгоритмов для первичного и всех остальных отскоков лучей. Итак - это алгоритмы прямого расчёта - Quasi-Montecarlo и метод фотонных карт. Метод Монтекарло в Brazil не отличается скоростью от других рендеров и позволяет использовать интерполяцию методом Adaptive Undersampling (раздел Shade Rate). В принципе, если появляется необходимость в использовании глобального освещения, то здесь нас поджидает следующий сюрприз этого рендера - включая Indirect Illumination, мы тем самым включаем сперва алгоритм QMC, и этого может оказаться достаточно, но при необходимости - метод фотонных карт подключается дополнительно. Эти методы работают в дальнейшем совместно, в целом повышая качество рендера по сравнению с отдельным применением QMC.

Photon Map Server контролирует работу генератора фотонов и в отличие от vRay содержит большее число контролирующих параметров, что компенсирует некоторое однообразие алгоритмов GI. Я не знаю как выглядит исходный код этого генератора или изначальные настройки подобраны настолько добротно, но создается впечатление, что метод фотонных карт Brazil работает быстрее, чем vRay при одинаковом уровне качества, на сколько конечно, позволительно такое сравнение.

Материалы Brazil имеют не только большое количество настроек для управления различными эффектами, но и настроенные на максимально удобное использование шейдеры, имитирующие некоторые реальные материалы (стекло, металл и т.д.). Перечислю кратко возможности материалов Brazil:

Равно, как и материалы рендера vRay, материалы Brazil имеют настройки таких свойств поверхности, как Glossy Reflect\Refract, Subsurface Scattering, Absorbtion, Dispersion. последнем надо сказать пару слов, т.к. в предыдущем рендере этого нет. Dispersion - это явление, при котором белый свет, проходя через прозрачный материал разлагается на спектр, проще говоря - появляется радуга; часто применяется при рендеринге ювелирных изделий. В целом настройки материалов более разнообразны, чем у vRay, что позволяет более гибко настраивать тип желаемой поверхности, давая возможность визуализатору получить даже поверхности несвойственные реальному миру, что, конечно же можно считать положительной стороной. Обратной же стороной медали будет по-началу сложность в понимании всего разнообразия настроек и коэффициентов...

Кроме собственных материалов рендер Brazil имеет ещё и собственный тип источников света множество настроек которого просто просто заставило бы написать отдельную статью. Могу лишь сказать, что в Brazil Light имеются не только настройки типа распределения потока света (Omni, Spot, Area), но и распределение фотонов, настройки Area Light, затухания и прочее и прочее...

Резюме: несомненно, такое количество разнообразных настроек самого рендера, материалов и источников света должно было сделать Brazil невероятно популярным рендером....однако...мои тесты показали один серьёзный минус этого рнедера - это соотношение скорость/качество. Для получения хорошего качества картинки требуется повышать некоторые параметры, что сильно замедляет рендеринг. Хотя, конечно и крупные студии используют Brazil для рендеринга коммерческих проектов ("Губка Боб, квадратные штаны"). Следует также предупредить, что, как и в случае vRay при использовании Brazil лучше работать с его собственными источники света и материалами для корректного функционирования алгоритмов GI.

(+): очень высокая гибкость настройки, дополнительные шейдеры.

(-): низкая скорость, на момент написания статьи самая последняя версия рендера не имеет различных альтернативных механизмов расчёта GI.

finalRender

Также, как и предыдущий - этот рендер относится к типу biased, а значит для получения корректного и точного результата придётся сделать несколько тестовых рендеров. Впрочем, в целом, я бы сказал, что этот рендер будет несколько быстрее, своего предшественника (На момент написания этого раздела вышла версия finalRender Stage-2, так что именно эта версия будет описана). Итак по порядку.

Интерфейс по сравнению с предыдущими версиями претерпел некоторые изменения, так, если большинство внешних подключаемых рендеров имеет только одну собственную вкладку с разделами, то finalRender теперь имеет несколько вкладок, каждая из которых несёт в себе настройки определённой категории.

Вкладка finalRender содержит управляющие элементы антиалиасинга, MTD(Micro-Triangle Displasement, об этом позже), распределённого рендеринга и т.д. Поясню, что тако MTD. Micro-Triangle Displacement - это логическое развитие технологии Displacement, имеющее прогрессивный, запатентованный алгоритм. Основная изюминка его и отличие от прочих "конкурирующих" рендеров в том, что дополнительные разбиения геометрии происходят только в момент рендеринга очередного блока (Bucket), в то время как остальные рендеры сначала проводят процесс разбиения с резервированием памяти, а затем рендер. Таким образом технология MTD позволяет экономить память при более высокой степени разбиения. В остальном это всё тот же Displace.

Вкладка Raytrace, раздел Camera. Здесь сгруппированы настройки эффектов камеры - DoF, Motion Blur, Color Mapping и выбор типа камеры. О всех этих эффектах уже было сказано достаточно в предыдущих разделах статьи, добавлю лишь, что настроек здесь больше, чем в любом предыдущем рендере. Далее - раздел Raytrace, в котором находятся настройка глубины переотражений\преломлений, а также тонкая доводка поведения этих лучей. Вкладки Accelerator Engine и Adaptive Mulpile Ray Sampler в целом управляют "движком" рендеринга, спомощью этих настроек можно сбалансировать скорость и\или расход памяти.

Вкладка IndirectIllumination содержит все разделы, касающиеся GI.

Сюда относятся эффекты каустики, собственно GI (вне зависимости от выбранного алгоритма) и раздел тонкой настройки поведения лучей вторичного освещения.

Помимо множества дополнительных параметров тонкой настройки процесса рендеринга все перечисленные вкладки так или иначе повторяют уже выше сказанное о других рендерах. Однако о нескольких таких параметрах я расскажу чуть подробнее.

Вкладка finalRender, раздел General Options. Ничего необычного, кроме маленькой помощи для новичков - качество антиалиасинга теперь можно регулировать с помощью одного регулятора. Впрочем, для людей, имеющих опыт в использовании этого рендера можно использовать и более традиционные настройки. Кстати, в качестве алгоритм а антиалиасинга в finalRender применяется Adaptive Undersampling и работает он по точно такому же принципу, как и в vRay, за тем лишь исключением, что min и max семплы отображаются не степенью двойки, а натуральным числом (1, 4, 16, 1/4, 1/16).

Раздел Information Stump позволяет отображать на отрендериной картинке дополнительную информацию о параметрах и настройках рендера, что несомненно, удобно. Функция Dynamic Bitmap Pager, находящаяся в одноимённом разделе - позволяет снизить расход памяти на очень большие текстуры, подгружая части изображения непосредственно во время рендеринга.

Вкладка Raytrace. Depth of Field и Motion Blur - всё как обычно - совершенно "честные" алгоритмы, никакой имитации. А вот блок параметров Tint and Color-Mapping содержит помимо настройки передаточной функции и коррекции диапазона яркостей, и кое-что новое - это Tint, функция, позволяющая регулировать цветовой оттенок по направлению глубины камеры (что-то наподобие тумана). Чуть ниже в выпадающем списке можно выбрать тип камеры, используемой для визуализации; типы камер отличаются геометрией линз и могут быть использованы в различных вариантах визуализации (интерьер, экстерьер, архитектура, макро....)

В разделе Raytrace присутствуют настройки уникального подраздела движка рендеринга, называемого Geometric Sampling, который непосредственным образом связан с запатентованой технологией Ultra Blur. Geometric Sampling разделяет геометрию объектов во время рендеринга на множество маленьких треугольников, но, в отличии от Displace, это не приводит к искажению формы, а используется при вычислении вторичного освещения (GI), вычислении размытых отражений/преломлений и эффектов подповерхностного рассеяния (SSS).

Компания cebas разработала альтернативу при рассчётах Glossy-эффектов, назвав её Ultra Blur. Традиционные алгоритмы для получения размытых эффектов выпускают дополнительные лучи, которых требуется довольно много чтобы результат был не сильно зашумлённым. Некоторые алгоритмы, как тот, что содержится в vRay позволяет интерполировать результат между точно рассчитанными значениями. Конечно это не достаточно качественно, но в некоторых случаях этого вполне достаточно, зато выигрыш во времени будет значительным. Алгоритм Ultra Blur идёт ещё дальше. Вместо того, чтобы вычислять точные значения отражений\преломлений, а затем интерполировать точки между ними, Ultra Blur строит нормальное отражение, а затем размывает его обычным методом, таким, как в "фотошопе". Таким образом качество получаемой картинки остаётся на приемлемом уровне, а выигрыш во времени ещё больше, чем тот, что мы получем методом интерполяции. Но! Конечно есть свой минус - данная технология производит размывание в пределах одного треугольника, а значит, для качественного результата этих треугольников надо много, а это сразу увеличивает расход памяти.

Едем дальше. Вкладка Indirect Illumination, раздел Caustics. Каустика по-прежнему рассчитывается методом фотонных карт, однако! finalRender сделал "прорыв"в этом отношении. То, что довольно давно уже было доступно в vRay, теперь используется и в finalRender. Я говорю о так называемом методе GI-Caustics, методе, в котором каустика рассчитывается с помощью тех же лучей, что и основное GI. С одной стороны - это позволяет учесть все возможные виды каустики не только от прямого света, но и от переотражённого, а с другой - вычислять каустику приближённо (т.е. достаточно быстро), т.к. для вычисления GI как правило не используется очень большое количество сэмплов и\или очень высокие значения настроек.

Но и это ещё не все сюрпризы finalRender. Это один из немногих рендеров, позволяющий рассчитывать "объёмную" каустику. Объяснять не буду, проще показать результат.

Следующие два раздела посвящены настройкам небесного освещения. И наконец-то в этом рендере появился Physical Sky - тип "физически" корректного небесного освещения.

Что касается собственно GI, так это то, что среди четырёх алгоритмов, нет метода фотонных карт, что удивительно. И кроме того среди этих алгоритмов только один камеро-независимый - метод HyperGI. Суть его в том, что он равномерно разделяет геометрию сцены на треугольники (где-то это уже было...), затем вычисляет освещённость в узлах и сохраняет информацию в кэш. Такой алгорим достаточно прост, поэтому работает довольно быстро, но в месте с тем и довольно неточно...

Следующий метод - AdaptiveQMC. Вообще-то, я бы сказал, что это революционный метод, во всяком случае аналогов в других рендерах я не встречал. Суть его в том, что как метод QMC он рассчитывает освещённость очень точно и использует заданное визуализатором количество лучей для получения гладкого, незашумлённого результата. Отличие же заключается в том, что те точки поверхности, которые, грубо говоря, были пропущены - интерполируются. Соотношением точных и интерполированных точек можно управлять множеством параметров, на которых я не буду останавливаться. Кроме того имеются дополнительные элементы, управляемые регулятором Detail Detection. Эти элементы позволяет концентрировать лучи вторичного освещения в "критических" зонах, т.е. в местах "излома" геометрии, в местах сильного контраста в освещении и т.п. Рассчитанное вторичное освещение можно сохранить в памяти, поставив галочку в поле Reuse или в файл для дальнейшего использования. Небольшое удобство для непрофессиональных пользователях этого рендера сделано в виде простых регуляторов. которые позволяют регулировать одновременно множество параметров, что отражается на качестве/скорости рендеринга.

Метод Image более традиционен для finalRender и в чём-то похож на предыдущий, хотя содержит несколько меншее количество параметров с помощью которых можно управлять качеством и скоростью расчёта GI.

Метод Quasi Monte-Carlo работает абсолютно таким же образом, как одноимённый в vRay. Очень прямолинейный алгоритм, не использующий аппроксимаций и интерполяции, и как следствие - очень медленный.

Пару слов ещё хочу сказать о том, что вторичные отскоки (Secondary Bounces) расчитываются тем методом, который выбирается и для первичных, кроме метода AdaptiveQMC в котором можно выбрать из двух вариантов - Brute force и LightMaps. Brute force - алгоритм QMC, о котором было сказано выше уже достаточно; LightMaps - аналогичен алгоритму LightCash в рендере vRay.

Попробуем собрать данные об этих алгоритмах в одну таблицу.

Источники света. finalRender поддерживает большее количество типов источников света, чем в любом ранее описанном рендере. По порядку; кроме поддержки стандартных "максовских", есть и собственные специализированные источники света, как fRObjLight - специальный источник света, который использует в качестве излучающей поверхности любую геометрию. fRPartLight - источником света являются частицы. CylinderLight - цилиндрический источник света, не очень удобный. RectLight - источник света в виде прямоугольной плоскости. Но наиболее удобным в использовании, наверное, можно считать стандартные источники в сочетании с finalRender Shadows.

Коме этого можно использовать и самосветящиеся материалы, тем более, что(забегая вперёд) теперь есть для этого специализированный тип материала fR-Light. Правда для этого придётся использовать глобальное освещение.

Раз уж разговор зашёл о материалах, продолжим об этом. finalRender полностью поддерживает все стандартные материалы, но имеет и широкий набор собственных материалов.

Резюме: Наверное, самый обширный по инновационным технологиям из представленных здесь рендеров. В виду большого количества всевозможных опций, настроек, материалов и шейдеров, мне пришлось упустить некоторые нюансы, дабы не раздувать и так затянувшееся описание...Итак - можно сказать, что этот рендер - идеальный выбор для небольших студий и индивидуальных пользователей, т.к. содержит множество параметров, позволяющих контролировать каждую стадию рендеринга. Большое разноообразие материалов и шейдеров позволяет предусмотреть практически любой случай. К сожалению, не всё так идеально...есть баги, и порой весьма существенные, да и не все алгоритмы работают достаточно быстро...

Не думаю, что стоит сводить возможности рендера в таблицу, т.к. в finalRender имеется все технологии, описанные выше в любом из рендеров...

(+): Очень гибкий в настройках и с широкими возможностями

(-): немного сыроват и не самый быстрый по скорости(если оценивать интегрально)

MentalRay

Когда-то, во времена 3DSMax версии 3 или около того, когда я впервые начал заниматься компьютерной графикой серьёзно, вышла версия MentalRay 2.1. На тот момент это был внешний подключаемый рендер, к тому же требовавший операционную систему серии NT. Заставить его работать у меня так и не получилось, но спустя какое-то время я установил себе 3DSMax-6, в котором впервые MentalRay стал стандартным встроенным рендером. Да, в своё время это было революцией в рендерах. С одной стороны этот рендер был более доступен и понятен конечным пользователям, чем RenderMan, с другой же стороны, концепция этого рендера позволяла создать для работы любой эффект, любой шейдер, любую функцию, используя SDK. В определённый период времени это был самый быстрый и в тоже время качественный рендер, особенно это касалось эффектов GI, в которых испольовался метод фотонных карт и прямого вичисления методом Monte-Carlo, который в MentalRay называется FinalGather.

Интерфейс, как и всё в этом рендере прост, лаконичен и понятен и состоит из нескольких вкладок.

Вкладка Renderer. В этой вкладке сосредоточены элементы управления антиалиасингом (раздел Sampling Quality), алгоритмом рендеринга, эффектами и шейдерами камеры, тенями и Displace. Раз уж я заговорил о шейдерах – следует рассказать о концепции MentalRay в целом. Не смотря на полную интеграцию с 3DSMax, этот рендер по-прежнему функционирует как отдельный модуль. Когда пользователь жмёт кнопку Render, происходит трансляция всей сцены во внутренний файл, который потом загружается в сам рендер, затем происходит процесс рендеринга с передачей данных обратно в 3DSMax. Сам же рендер построен по модульной схеме, в которой каждый блок, отвечающий за любую стадию процесса может быть заменён на собственный. Эти блоки называются шейдеры и по своей сути являются чем-то большим, чем шейдер в традиционном понимании. Простой пример – если вам нужен какй-то особый тип линзы камеры с эффектом, например, тепловизора, - позалуйста – пишем специальную функцию (как правило на языке программирования С++), компилируем и присоединяем в один из слотов раздела CameraShaders.

Вкладка Processing – управление глобальным распределением памяти, глобальным замещением материалов, экспорта в *.mi-файл, рендерингом по пассам и диагностическому и распределённому рендерингу.

Вкладка Render Elements – дополнительное средство для рендеринга отдельных слоёв изображения, используется в пост-процессинге и композинге.

Наконец – самая интересная вкладка – IndirectIllumination. Это «контрольный пост» управления вторичным освещением. Небольшое лирическое отступление – делов том, что на сегодняшний день рендер MentalRay неотделим от 3DSMax (я не говорю о версиях для других пакетов моделинга и анимации), то в данном случае я говорю о версии для 3DSMax-9. Итак – сперва раздел FinalGather – метод расчета вторичного освещения, основанный на алгоритме Quasi Monte-Carlo, правда от последнего он отличается наличием интерполяции точно рассчитанных опорных точках. По функционированию это напоминает метод AdaptiveQMC в finalRender, правда без такого большого количества настроек. Для ускорения настройки рендеринга имеется ряд пресетов(наконец-то!), ориентированных на качество результата. Ниже следует вкладка Caustics&GlobalIllumination, управляющая фактически работой фотонных карт. Следует сказать здесь же, что эффекты «честного» подповерхностоного рассеяния (SSS) считаются тоже фотонными картами, так что надо учитывать настройки глобальной карты фотонов. Сложно добавить что-то ещё – всё предельно просто и без особых изысков, как я и говорил уже не в этом изюминка рендера.

Свет. Все типы источников света, кроме некоторых фотометриков поддерживаются с любыми типами теней, из которых имеются и протяжённые (AreaLight), из фотометрических - нововведением является тип небесного и солнечного физически-корректного источника света. А вот GeometryLight поддерживается только при включённом FinalGather! Надо учитывать это при работе с самосветящимися материалами. Объёмные тени не поддерживают какой-либо интерполяции, кроме GoemetryLight, который, как уже говорилось считается методом FinalGather.

Материалы. Материалы специального типа у MentalRay, конечно же, есть, как и специальные шейдеры, которые подсвечиваются желтым цветом в окне выбора типа материала. Наверное нет смысля даже сводить все шейдеры и материалы в одну таблицу, отмечу лишь основные.