Irradiance Cache

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Mit ARCHICAD 21 wurde eine neue Irradiance-Cache-Methode eingeführt. Diese Methode hat folgende Vorteile gegenüber anderen Methoden:

Kleine Details wie z. B. Kontaktschatten – d. h. diejenigen, die dort erzeugt werden, wo sich Objekte begegnen, an den Kanten von Ecken etc. – haben eine deutlich höhere Qualität (wenn die richtigen Einstellungen bei der Qualität eines reinen QMC-Renderings verwendet werden).

Neue Algorithmen beschleunigen das Rendern.

Die Irradiance Cache-Methode (Altformat) ist weiterhin verfügbar. Siehe Irradiance Cache (Altformat) (CineRender Globale Beleuchtung).

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Verbessertes Rendering von Kontaktschatten (z. B. in den Regionen, die in dem Bild auf der linken Seite markiert sind).
Modell von Steen Winther.

Anmerkung: Alle Bilder auf dieser Seite wurden mit Irradiance Cache als primäre und sekundäre Methode gerendert.

Was ist ein “Irradiance Cache”?

Beim IR-Rendering werden verschiedene Vorberechnungen durchgeführt; hierbei wird die Szene analysiert, um die wichtigsten indirekten Beleuchtungsregionen zu ermitteln (die “Schattierungspunkte”; dies sind die bei den Vorberechnungen angezeigten Punkte, die bei Verwendung niedrigerer Dichtewerte sichtbar werden).

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Helligkeits- und Farbwerte für die Schattierungspunkte (oberes Bild) sind interpoliert, um eine homogene Lichtverteilung sicherzustellen (unteres Bild).

Die Helligkeit und die Farbwerte für diese Schattierungspunkte werden im Irradiance Cache als so genannte “Einträge” gesichert. Diese Irradiance Cache-Einträge werden beim abschließenden Rendering interpoliert zur Unterstützung von Pixeln, die zwischen Schattierungspunkten mit indirektem Licht liegen.

Nachteile

Beim Interpolieren zwischen der begrenzten Anzahl von Schattierungspunkten können Details von Licht und Schatten verloren gehen (jedoch bei weitem nicht so stark wie bei der alten Methode). In dieser Hinsicht bietet QMC immer noch einen Vorteil.

Bedenken Sie, dass der QMC-Modus die beste GI-Qualität hinsichtlich Licht- und Schattenverteilung bietet (und leider auch die langsamste Methode ist). Irradiance Cache versucht immer ein Ergebnis zu erzeugen, das so nah wie möglich an QMC herankommt.

Im Allgemeinen tendiert Irradiance Cache am ehesten dann zum Flimmern, wenn sehr helle und kleine Polygonlichter verwendet werden. Große, homogene Lichtquellen (z. B. ein Himmel, der zur Beleuchtung verwendet wird, von dem Licht gleichmäßig von vielen Seiten emittiert wird,) sind besonders IR-freundlich.

Hinweise: 

Die folgenden Einstellungen finden sich auch in den neuen Umgebungsverdeckungs-Einstellungen. Das Grundprinzip, nach dem sie funktionieren, ist das gleiche (AO hat jedoch eine Speicherdichte von 1).

Wenn Sie fleckige Ergebnisse erhalten, können diese in den meisten Fällen durch Verwendung eines höheren Speicherdichte-Werts eliminiert werden. Die Verbesserung der Einstellungen der sekundären Methode wird Abhilfe schaffen.

Speicherdichte

Die meisten der folgenden Einstellungen werden nur zur Feinabstimmung verwendet. In den meisten Fällen reichen die Speicherdichte-Einstellungen Niedrig, Mittel und Hoch in Verbindung mit den unten aufgeführten entsprechenden Einstellungswerten aus. Der Vorschau-Modus bietet eine Schnell-Vorschau für das endgültige Ergebnis. Individuell erscheint, sobald der Wert für die Speicherdichte manuell geändert wird.

Im Allgemeinen darf der Wert für die Speicherdichte nur geändert werden, wenn beispielsweise ein harter Schatten eines Polygonlichts (z. B. GI Portale) angezeigt werden soll (und Sie die langsame Option Pro Pixel erzwingen nicht verwenden wollen).

Min. Rate / Max. Rate

Beim Rendern mit Irradiance Cache werden verschiedene Vorberechnungen zuerst berechnet (die Phase, in der Rechtecke erscheinen, die sukzessive kleiner werden). Während dieser Phase wird die Verteilung der Schattierungspunkte ermittelt. Dies ist ein adaptiver Prozess, in dem eine bestimmte Betonung auf kritische Bereiche gelegt wird: Ecken, Schattenkanten etc. Der Unterschied zwischen Min Rate und Max Rate definiert die Anzahl von Vorberechnungen.

Der Wert 0 erzeugt eine Vollbildauflösung (Pixelgröße 1*1), und der Wert -1 erzeugt eine Pixelgröße von 2*2, -2 = 4*4 usw. Der Wert “Min. Rate” sollte immer kleiner sein als der Wert “Max. Rate”. Positive Werte sind jedoch ebenfalls möglich; dies erlaubt Sub-Pixel-Einträge (dies kann für den Subpolygon-Versatz hilfreich sein, wenn Details verloren gehen). I

Alles in Allem sind diese Einstellungen nicht so wichtig wie beim vorherigen IR. Die Render-Zeiten unterscheiden sich nur marginal und, solange die Werte angemessen sind (Max. Rate nicht kleiner als 0), unterscheiden sich auch die Render-Ergebnisse nur wenig. Werden negative Werte für Min. Rate verwendet und ist Max. Rate auf 0 gesetzt, sind Sie auf dem richtigen Weg.

Dichte

Dichte/Minimalabstand/Maximalabstand

Dichte: Allgemeine Schattierungspunktdichte. Der Dichtewert stellt die allgemeine Verteilung der Schattierungspunkte unter Berücksichtigung der beiden folgenden Punkte ein.

Minimalabstand: Schattierungspunktdichte in kritischen Bereichen (z. B. Ecken, Schatten).

Maximalabstand: Schattierungspunktdichte in nicht-kritischen Bereichen (z. B. planen Flächen).

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Ansteigende Dichtewerte von unten nach oben

Es ist sinnvoll, diese drei Einstellungen zusammen zu beschreiben, weil ihre Kombination bei der Definition der Schattierungspunktdichte in kritischen und nicht-kritischen Bereichen eng zusammenspielen:

Die folgende Abbildung zeigt die Auswirkungen der oben erwähnten Einstellungen:

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Unterschiedliche Variationen der Einstellung von Dichte, Minimalabstand und Maximalabstand

Tipps für ein sauber gerendertes Bild

Verwenden Sie eine hohe Anzahl von Schattierungspunkten in kritischen Bereichen.

Verwenden Sie in den verbleibenden Bereichen einen angemessenen Dichtewert.

Vergewissern Sie sich, dass jeder Schattierungspunkt so viele Samples wie möglich enthält.

Glätten

Im Allgemeinen werden Sie die Glättungseinstellung kaum ändern müssen.

Alle vorherigen beschriebenen Einstellungen umfassen das Positionieren und die Berechnung der Schattierungspunkte und die indirekte Beleuchtung wird an zahlreichen Stellen ermittelt. Diese Punkt-zu-Punkt-Verteilung der Helligkeit muss beim Rendern in eine planare Verteilung umgewandelt werden. Ein Glättungsalgorithmus führt dies wie folgt durch: Für jedes Pixel, das für ein bestimmtes Objekt gerendert werden soll, wird Irradiance Cache benutzt, um Einträge in der nahen Umgebung zu finden zur Interpolation ihrer Helligkeits- und Farbwerte.

Je höher der Glättungswert, desto mehr Schattierungspunkte werden beim Rendern eines bestimmten Pixels für die Interpolation verwendet. Diese Einstellung stellt einen Schwellenwert dar, der festlegt, ob ein bestimmter Cache-Eintrag in seiner Nähe verwendet wird. Kleinere Werte erzeugen im Allgemeinen ein schärferes (und häufig auch fleckigeres) Ergebnis, während größere Werte eine Interpolation über größere Bereiche durchführen; dies führt zu einer gleichmäßigeren Beleuchtung, aber es gehen auch mehr Details dabei verloren.

Farbverbesserung

Wenn der Wert dieser Einstellung angehoben wird, verbesserte sich die Renderqualität in Bereichen, in denen sich die GI-Beleuchtung abrupt ändert (z. B. GI-Schatten an hellen Polygonlichtern). Es werden zusätzliche Schattierungspunkte erzeugt (mit einer entsprechenden Zunahme der Render-Zeit).

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Ein höherer Farbverbesserungswert erzeugt einen stärker definierten Schlagschatten

Wichtig: Sie sollten die Speicherdichte genügend vergrößern, sodass die Lichtverteilung homogen ist, andernfalls führen fleckige Bereiche zu Bereichen, in denen sich die GI-Beleuchtung abrupt ändert.

Die GI-Kaustik profitiert ebenfalls von den höheren Farbverbesserungswerten:

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Kaustik-Rendering (rechts); dieses Ergebnis benötigte nur einen Bruchteil der Render-Zeit im Vergleich zu QMC

Bildgröße

Mit der Altformat-Version von Irradiance Cache wurde die Schattierungspunkt-Verteilung unabhängig von der Größe des gerenderten Bilds durchgeführt, d. h. die gleiche Vorberechnung wurde für ein Bild mit 80 x 80 Pixeln verwendet wie für ein Bild mit einer Auflösung von 1024 x 768. Die Aktivierung von “Bildgröße” passt die Schattierungspunktdichte an die Auflösung des Bildes an. Das bedeutet, dass für ein Bild mit einer sehr hohen Auflösung entsprechend mehr Cache-Einträge erstellt werden als bei einem Bild mit sehr kleiner Auflösung. Kleinere Bilder werden daher schneller und größere langsamer gerendert; dies bedeutet auch, dass mehr Details sichtbar sein werden.