【推荐】讨论渲染器[转帖][分享]

鼯鼠

现在业界争论得最多的光照渲染不外两种:
1、全局照明 Global lllumination 简称GI
2、光能传递

Finalrender是一个GI渲染器的代表，类似的还有V-RAY等；
Lightscape是一个典型的光能传递技术的代表。类似还有巴西、mental_ray等

local lllumination (局部照明）

也就是MAX中默认的照明方式，光线只对它击中的物体进行照明计算，而其它的地方则是阴影区，根本不会有任何光线，但现实中不是这样的，光线经过无数次反拆射是会照亮整个区域的。这也就是大家所觉得MAX 的灯难打，光强弱太黑了，光强大又爆光了!

下面的图就是MAX本身渲染器所计算出来的，对于光线没有击中的地方是不会计算的，我们所看到的就是，太暗! 我们的眼镜告诉我们—这是不真实的!

这是一种正确的光线计算方法，灯光发射出光线后，在物体表面反射又发射出多条光线，这样经过若干次反射后，场景就符合直实世界的光照。这样就可以实现一个灯照亮一个房间的效果!!!

下面的就是打开了GI效果的FR渲染的测试图片，我们可以清楚的感觉得到。场景在大量光线的漫反射中显得很自然。这就是GI效果!

光能传递算法是LS的算法，他采用工程热力的方法来处理光的照射方案。
我个人觉得应是将光模拟成一种能量----辐射能，这些能量在物体表面不断的反射计算的一种方法。这个过程也就是光能传递运算，也就是LS最酷的一点!!!

全局照明和光能传递都是物理上正确的光照方法!!!至于说哪个强，我们还是让别人讨论去吧!

VRay GI caustics我没有用过。大约在2000年的时候就出来了。当时看了一下他的例子，感觉很不错。只是一直没有时间详细了解。用别人教程里渲染好的PP给大家看看，让大家有一个直观地认识。

鼯鼠

坦白地说FINAL RENDER我也没有认真用过。
现在最新的版本是1.6。使用很简单，但是要用好就很难了。

快速多功能新渲染器FINAL RENDER有那些特性？

--加强3DS MAX 4.2的渲染功能
--高级、快速的全局照明系统
--两种全局照明渲染引擎可选
--完全支持分散光线追踪特效
--建立在全局照明基础上的、现实性非常强的散焦效果
--真实体积光次表面光线发散（3S）
--高级自适应的像素次取样技术以抗锯齿
--真正支持HDRI图象（无须灯光用背景图象即可照明场景）
--建立在3DS MAX 4.2内部的快速光线追踪系统
--“懒惰”数据处理技术，只有需要的数据才会被预处理以加快速度
--建立在自然基础上的景深光线追踪式摄像机特效。
--特别快的光线追踪式柔和阴影。
--准确、现实感很强以图象为基础的照明系统
--对3DS MAX的明暗器（SHADER）类型与界面完全支持
--真实准确的运动模糊阴影
--崭新、增强了的，基于现实的材质模型
--对粒子灯光提供了增强与优化支持
--真正的局部灯光发生器（基于物体的灯光，你可以把一个圆柱体变成一个光源）
--基于自然的漫反射模糊光线追踪方式
--许可免费的网络渲染支持！
--支持材质烘烤（TEXTURE BAKING）与灯光贴图的创建
--实时、交互式的体积光效果（特别快！）
--自然可信，基于能量方式的光子追踪
--彩色体积阴影
--彩色阴影贴图
--完全支持渲染特效的界面
--完全支持标准的渲染云素（如反射、漫反射等）
--反射与折射散焦效果
--另外，完全支持气效光（如雾）
--体积光中的光线追踪阴影
--彩色阴影贴图存到硬盘中
--加强了光线追踪式的阴影
--崭新的圆柱体式局部灯光类型（大家期待已久的！）
--光线追踪式局部灯光体积阴影
--新的体积光能量图
--体积光比3DS MAX内部的体积光快10倍以上！

[此贴子已经被作者于2003-10-9 0:05:51编辑过]

鼯鼠

鼯鼠

lightwave的渲染器类似于3dmax自身的渲染器，属于线性扫描，对光线的处理类似于GI

关于Renderman,MentalRay,Lightscape,Brazil,FinalRender的算法讨论
众所周知，Renderman,MentalRay,Brazil,FinalRender,Lightscape都是一流的渲染器，孰优孰劣，大家都在网上讨论了很多了。这次我想从它们的算法入手进行分析，看它们在算法上的优劣，希望能让大家对它们有更深入的了解，从而改进对渲染器的使用。
　　首先，每一个渲染器都基于一套基本的求解算法，这些算法的名称大家都已耳熟能详了。基本渲染算法有三种：Scanliner(扫描线)、Raytrace(光线跟踪)、Radiosity(辐射度)。Scanliner与Raytrace都为大多数软件所采用，而Radiosity就只有BMRT与Lightscape采用。Scanliner最早被开发，应用亦最广泛。其中Renderman的REYES(Render Everything You’d Ever Seen)算法是Scanliner的最极致的发挥，但也表示Scanliner已经走到了尽头了。Raytrace的应用越来越广泛，它最初用来求解非漫反射面之间的光能传递，即反射与折射的模拟。后来分布式光线跟踪与双向光线跟踪得到长足发展，特别是先进的有限元采样算法得到发展后，光线跟踪也被应用于漫反射面的光能传递求解。MentalRay的Global Illumination、Brazil、FinalRender就是很好的例子。其中，分布式光线跟踪的算法决定了软件输出的质量。MentalRay假定每个元面都有一张PhotonMap(在双向光线跟踪算法的创始人Arvo(ARVO1986)的论文中叫Illumination Map)，在PhotonMap上投射光线采样，然后把PhotonMap像Texture一样贴在元面上。所以MentalRay必须设定光线的大小(Radius)以方便在PhotonMap上采样。这样保证了速度，但要在有丰富经验的人调较下才能渲染出高质量的图片。Brazil直接用半球体采样，用立体方位角投射到元面表面，类似于Radiosity算法的立方体采样，但Brazil通过控制辐射残差来加快速度，也牺牲了质量，所以在采样不足的情况下，Brazil渲染的质量是最差的。FinalRender用有限元采样，同时保证了速度和质量。有限元是一种结合Radiosity的采样方法。Radiosity是在80年代末发展起来的渲染算法，它采用热力学的辐射积分式：B=E + p$B(x’)[coscos(x’)/pi*r^2]*HID(dS,dS(x’))dA(x’)，其中x’为源元面，x为目标元面，B是x的辐射度分量，E是x的源能量，p是x的漫反射系数,$是对元面x积分，HID是遮挡函数(x与x’之间有遮挡为0，没有则为1)，dA是x的面积。可以看到，Radiosity是通过对整个场景的表面都求解辐射度来达到模拟光能传递效果。Lightscape的求解过程就是Radiosity的Shooting过程，它采用空间四叉树算法来加速求解，所以速度比较快。Radiosity渲染基于物理学理论，其渲染效果真实，是Raytrace所不能比拟的，但从视觉效果上考虑，现在Raytrace和Radiosity不相上下，在速度上，Raytrace更占绝对优势。而且，Refract(折射)、caustic(焦散效果)是Radiosity无法模拟的(所以Lightscape也带了Raytrace渲染器)。

第二，每个渲染器都有贴图的优化算法，这也是成败的关键，因为高级的渲染往往极依赖贴图，像一R些优秀的CG都“无图不欢”甚至“无图不成”，所以贴图的质量是十分重要的！Renderman的优化算法堪称第一！为什么？它用了先进的改良式B-spline(B样条)算法，克服了许多贴图变形的问题，尤其是在同等元面由于镜头焦距不一引起的走样(因为软件常常假设同一元面在画面上的分辨率是一样的，就导致当镜头对准元面中心，而元面两极z值直差超过了MipMap或Liner的极限，z值小的部分和z值大的部分之间的区域过度产生严重走样，MR2用z值细分元面解决了问题，但造成了运算量的不必要增加)。在渲染器多如牛毛的今天，很多标榜光能传递的软件都忽略了贴图算法的重要性，片面的加强实际上专业用户并不需要的功能，舍本逐末。也是因为如此，使用最原始的Scanliner的Renderman在今天能稳稳地坐在电影制作的第一把交椅上。　　　　贴图是渲染里一个复杂的大系，它包括原始图象的处理、合成，与几何物体坐标的互换，过程化的贴图以及过渡性的贴图(PhotonMap和ShadowMap等)。贴图也参加几何变换(Displacement)，灯光的定义(VolumeShader)以及镜头特效。　　Max向渲染器提供了贴图的原始处理，可以让渲染器直接使用它的输出而专心于画面的质量，它包括了图形学里的4X3种贴图投射方式：(平面、圆柱体、立方体、球面)～(表面向量、景物中心、中介面法向量)。其实真正有用只有：平面～中介面法向量、圆柱体～中介面法向量、立方体～中介面法向量、球面～景物中心、立方体～景物中心。所以不要盲目选择贴图方式。详细的贴图方式指引请参考《计算机真实感图形的算法基础》。Maya的贴图分为Normal和Project(Stencil不在贴图方式的讨论之列)，也就是UV和以上的四种贴图表面(平面、圆柱体、立方体、球面)，当然，它还包含了衍生出来的三角平面和摄象机平面。 　　Renderman提供了更详细的贴图方案，但对普通用户有用的只有ST(就是UV)和MayaUV(还是UV)。因为在Renderman里面要精确控制贴图必须写Expression。

所谓的UV，就是指曲面坐标。在我们看来，空间是三维的(用三个分量表示一个向量)，而在曲面上看来，空间是二维的，如地图上的经度和纬度一样。要指出曲面上的一点，就要用向量v(u,v)表示。而贴图则是平面的，要影射到空间的元面上必须用一种贴图影射(就是以上讨论的几种)：在曲面坐标上P(u,v)可以转换成贴图坐标T(s,t)，就是若曲面S(u[0,1],v[0,1])那贴图就是T(s[0,Tmax_x],t[0,Tmax_y])，然后求屏幕坐标E=Sp(u,v)=S’(u,v)=T(s,t)，得到屏幕的颜色为F(T(s,t))，F为加工的过程。在max中选择的贴图方式就是S’。　　这就是贴图在渲染器内的工作方式。
　　贴图的合成主要是Renderman的结点式思想，这点在Maya中的已经得到体现，相信我不用在讨论。但结点式Shader并不是Maya第一个使用，早在1984年，Cook(著名图形学家，提出了著名的Cook-Torrance光谱光照模型)就提出了左右结点的Shanding language。最初，Renderman就是这一思想的实验产物，可以说Shading language导致了Renderman的诞生。所以Renderman的贴图处理能力可以说是Renderman的看家本领了。
　　贴图的反走样：主要的方法有Liner(一次)、Quadric(二次)、Gaussian(高斯)、MipMap等。其中MidMap应用最广泛，从OpenGL到DirectX到MayaRenderer到Renderman的Script都可以看到它的身影。所以我们主要讨论MidMap(其他的请“望文生义”吧)。　　MidMap的工作方式是在内存中建立一张比源文件还要大的正方形查找表，也就是N X N的数组。大多少？例如：一张TIFF(256 X 256 X 24bit NoAlpha)的贴图，MidMap将打开一个(512X512)+1的数组。其排列为(用图形比较清楚):---------------------------------------------| | || | || | || R | G || | || | |---------------------------------------------| | | || R | G | || | | ||--------------------| B || R | G | | ||---------| B | || X | B | | |---------------------------------------------

使用的时候计算在匹配的分辨率下应使用哪一张Map。如此可见MidMap是一种的速度和质量可以达到最平衡的算法。所以Maya以MidMap为缺省方式。

lesson_2

不错啊~~

youlook

要在实践中提高！！

三藏

MAX6新集成的Mental ray也很不错。和MAX结合的很好，不输给XSI。不过可惜我还没有认真的去学。

蚊子

以下是引用三藏在2004-4-10 17:44:01的发言：
MAX6新集成的Mental ray也很不错。和MAX结合的很好，不输给XSI。不过可惜我还没有认真的去学。

学会了写教程!!