Radiosity-Maps

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Bei Verwendung der Sekundärmethode sind Radiosity-Maps eine schnelle und bedienerfreundliche Funktion, die sich besonders gut für Vorschau-Renderings eignet.

Vereinfacht ausgedrückt, wird während des Renderns die Beleuchtung von Polygonen (durch Lichtquellen, Flächenlichter und Himmel) intern in Form spezieller Texturen berechnet (Radiosity-Maps), bevor die tatsächliche GI-Berechnung durchgeführt wird. Auf diese Radiosity-Maps wird dann während der tatsächlichen GI-Berechnung zurückgegriffen, um das Rendern zu beschleunigen. Diese Methode hat mehrere Vor- und Nachteile.

Vorteile:

Die GI-Berechnung läuft schneller ab.

Radiosity-Maps können gespeichert und wiederverwendet werden.

Nachteile:

Der tatsächliche Strahltiefewert (Anzahl der indirekten Lichtreflexionen) beträgt 1 (bei Flächenlichtern und/oder Himmel beträgt er 2), wodurch das Rendering verdunkelt wird. Dies kann bis zu einem gewissen Grad durch Erhöhen des Gammawerts ausgeglichen werden.

Es ist mehr Speicher erforderlich.

Bei Verwendung vereinfachter Geometrie (z. B. Wände aus einem einzelnen Polygon und ohne Stärke) sickert möglicherweise Licht durch. Dies kann durch eine realistischere Modellierung vermieden werden, indem z. B. Wände eine Stärke erhalten.

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In dem Beispiel oben wurde die Render-Zeit erheblich verringert und dennoch ein ähnliches Ergebnis erzielt.
Durch die Verwendung von Radiosity-Maps werden die Ecken und Schatten leicht dunkler (die Strahltiefe verringert).

Tipps:

Radiosity-Maps können sichtbar gemacht werden. Legen Sie dazu unter der Einstellung Modus die Option Schattierung fest.

Radiosity-Maps sollten über eine möglichst gleichförmige Lichtverteilung verfügen.

Map Dichte

Benutzen Sie diese Einstellung, um die Auflösung der Radiosity-Map festzulegen. Je höher der Wert ist, desto kleiner sind die Texel (die kleinen Quadrate, für die eine einheitliche Farbe/Helligkeit bestimmt wird) und desto höher ist die Qualität der Radiosity-Map (bei entsprechend längeren Renderzeiten und höheren Speicheranforderungen).

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Sie können Texel ohne komplexe Berechnungen sichtbar machen, indem Sie unter der Einstellung Modus die Option Texel festlegen und das Projekt rendern.

Wenn die Texel zu groß sind und Licht durchsickert, kann dieses Problem durch Verringern der Texelgröße vermindert werden.

Licht-Mapping

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Einfach betrachtet, funktioniert die Licht-Mapping-Methode wie folgt: Eine Reihe von Samples wird aus dem Blickwinkel der Kamera in die Szene emittiert. Diese Samples werden häufig reflektiert (je nach dem Wert für die maximale Tiefe), es sei denn, das Sample trift nicht zuerst den Himmel oder es trifft auf gar nichts. Die beim Auftreffen auf die Geometrie berechneten Farben werden ausgewertet. Das Ergebnis sind komplette Sample-Ketten, die sehr schnell berechnet werden können (auch für eine große Anzahl von Reflexionen) und die andere Sample-Ketten berücksichtigen – schneller als alle anderen GI-Methoden. Die berechneten Farben werden in einem Zellenmuster gesichert (oder als Datei, falls gewünscht, die später wieder verwendet werden kann) und dann mithilfe der primären Methode verfügbar gemacht, die beim Erfassen von Licht wiederum die Licht-Map mit einer Sample-Tiefe von mehr als 1 verwendet.

Beachten Sie, dass das gerenderte Bild wegen der hohen Sample-Tiefe (höher als bei anderen GI-Methoden) häufig heller wird. Zur Kompensation dieser Helligkeit verringern Sie den Intensitätswert.

Diese Methode hat Vor- und Nachteile.

Vorteile:

Sehr schnelle GI-Berechnung (mit sehr hohen Sample-Tiefen)

Licht-Maps können gesichert und bis zu einem gewissen Grad wiederverwendet werden (diese hängen vom Blickwinkel ab)

Nachteile:

Licht-Lecks können auftreten (diese können minimiert werden durch Verringern der Werte der Samplegrößen und durch Nichtverwendung der Interpolation. Die Verwendung dickerer Objekte statt einzelner Polygonoberflächen ist ebenfalls hilfreich).

Licht-Map-Merkmale

Zunächst sehen wir uns an, wie eine gute Licht-Map aussieht (Sie können eine Licht-Map sichtbar machen, indem Sie den Modus zum Visualisieren einstellen):

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Oben links und oben rechts sind Licht-Maps mit schlechterer und besserer Qualität zu sehen. Gute Licht-Maps haben einen homogenen Lichtverlauf; im Gegensatz dazu erscheinen Licht-Maps mit schlechter Qualität heterogen. Nach dem Rendern ist der Unterschied nicht offensichtlich, da die primäre Methode viele Licht-Map-Muster mit zahlreichen Samples erfasst und Mittelwerte erzeugt. Dennoch liefert die primäre Methode auch mit den besten Einstellungen keine optimalen Ergebnisse, wenn die anfänglich berechnete Licht-Map eine schlechte Qualität aufweist. Dies ist unten links im Bild erkennbar, wo in den Bereichen um das Fenster und unter der linken Kugel ein Flimmern auftritt.

Licht-Mapping Einstellungen

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Die Funktionen Vorfilter und Interpolationsmethode können zum Entfernen des Zellenmusters und zum Glättern (beides mit einem schnellen Rendering) verwendet werden, um eine möglichst homogene Lichtverteilung zu erzielen.

Pfad-Zähler (x1000)

Neben der Einstellung der Speicherdichte ist der Pfad-Zähler (1000er) die wichtigste Einstellung für die Anpassung der Licht-Map-Qualität.

Der (1000er) Wert des Pfad-Zählers (der intern mit 1000 multipliziert wird) definiert die Anzahl der Samples, die für die gesamte Szene berechnet werden sollen. Es wird eine Sample-Kette mit einer Tiefe entsprechend dem maximalen Tiefenwert erzeugt.

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Links: Kleinere Pfad-Zähler-Werte (1000er). Rechts: Größere Werte

Je höher die Zahl, desto homogener ist die Lichtverteilung und desto länger wird die entsprechende Render-Zeit. Außerdem werden bei einem höheren Pfad-Zähler mehr Samples pro Zellenelement verwendet, und die Zufalls-Farbdivergenz (oben im Bild, ein Sample trifft zufällig auf eine schwarze Kante) der benachbarten Zellen wird kleiner.

Samplegröße

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Links: Hohe Werte für die Samplegröße, rechts: kleinere Werte

Verwenden Sie diese Werte zum Definieren der Zellengröße. Je kleiner die Zellen, desto genauer sind die Ergebnisse hinsichtlich der Details. Zu große Zellen führen schnell zu Licht-Lecks und sind hinsichtlich der Details weniger präzise (hier und da gehen Schatten verloren). Je nach der definierten Skala (siehe unten) kann die Samplegröße als absolut (Welt) oder relativ (Bildschirm) definiert werden.

Größe

Wählen Sie unter folgenden Optionen aus:

Bildschirm: Der Zellendurchmesser ist definiert als Bruchteil der Ausgabegröße. Ein Wert von 0,1 steht für eine Breite von 10 Zellen. Die Zellentiefe nimmt ab für die Geometrie in der Entfernung.

Diese Einstellung wird durch verschiedene Algorithmen beeinflusst, die andere Kriterien verwenden (beispielsweise erzeugen sehr kleine Samplegrößen-Werte größere Zellen, und Geometrien wie z. B. Kugeln haben kleinere Zellen) zur dynamischen Bestimmung der Zellengröße.

Welt: Die Samplegrößen-Werte können im Welt-Koordinatensystem als absolut ausgegeben werden. Die Samplegröße stellt den ungefähren Durchmesser einer Zelle dar; das bedeutet, dass die Zellendichte bei einer fernen Geometrie größer erscheint als bei einer näher liegenden Geometrie.

Direktes Licht

Das Aktivieren dieser Option beschleunigt das Rendering für Projekte mit einer hohen Anzahl realer Lichtquellen. Für die GI-Berechnung werden Oberflächen, die durch Lichtquellen beleuchtet sind, direkt in Licht-Maps platziert:

Das Aktivieren dieser Option beschleunigt das Rendering für Projekte mit einer hohen Anzahl realer Lichtquellen. Für die GI-Berechnung werden Oberflächen, die durch Lichtquellen beleuchtet sind, direkt in Licht-Maps platziert:

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Links: Direktes Licht deaktiviert; Rechts: aktiviert Der Lichtstreifen ist das von 120 Spots emittierte Licht.

Die Zunahme bei der Render-Geschwindigkeit kann erheblich sein, je nach Szene (vereinfacht gesagt, werden die bei der Berechnung der Licht-Map erfassten Informationen zur Lichtquelle später von der GI primären Methode wieder verwendet). Bei Verwendung von QMC+LM lassen sich sehr gute Ergebnisse bei moderaten Render-Zeiten erzielen.

Das folgende Bild wurde mit QMC+QMC gerendert (Speicherdichte 8) auf der linken Seite, QMC+LM (Direktes Licht deaktiviert) in der Mitte und QMC+LM (Direktes Licht aktiviert) auf der rechten Seite:

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Beachten Sie, um wieviel schneller und besser das direkte Licht gerendert wird. Die hohe Speicherdichte der Licht-Map erzeugt ein helleres und realistischeres Bild.

Vorschaupfade anzeigen

Diese Option hat keine direkte Auswirkung auf die Licht-Map. Wenn sie aktiviert ist, wird der eben berechnete Verlauf der Samples bei der Berechnung angezeigt, anschließend gemäß der Samplegröße in einer Zelle angezeigt und dann gemittelt.

Radiosity-Maps erstellen

Das Aktivieren dieser Option ist wie das Umschalten bei einem Turbolader. Wenn sie aktiviert ist, wird die Licht-Map berechnet und anschließend in eine Radiosity-Map umgewandelt, die intern zum Rendern benutzt wird. Dadurch wird die Render-Zeit erheblich verkürzt und die gleiche Qualität beibehalten (mit IR+LM und mit QMC+LM).

Nachteil: Radiosity-Maps erfordern viel Speicher für den gesicherten Cache auf der Festplatte sowie auch RAM-Speicher. Bei komplexen Projekten können Probleme auftreten. Das Rendern einer Licht-Map mit den richtigen Einstellungen ist ebenfalls sehr schnell.

Map Dichte

Diese Einstellung funktioniert wie die Radiosity-Map-Einstellung Map Dichte mit dem gleichen Namen, aber das Sampling ist wesentlich schneller. Hier können Sie die Texel-Größe einstellen.

Siehe Map Dichte für Radiosity-Map.

Sampling Unterteilung

Diese Einstellung funktioniert wie die Radiosity-Map-Einstellung Sampleunterteilungen mit dem gleichen Namen, aber das Sampling ist wesentlich schneller. Hier können Sie einen “Antialias”-Typ für die Texels einstellen.

Vorfilter

Markieren Sie dieses Kästchen zum Aktivieren der Vorfilter-Option.

Der Vorfilter stellt sicher, dass eine heterogene, fleckige Licht-Map (oder Radiosity-Map) in eine gleichmäßigere Map umgewandelt wird, bevor sie zum Rendern oder für eine der folgenden Interpolationen verwendet wird.

Dies wird pro Zelle durchgeführt. Je nach den Einstellungen wird aus den Farben benachbarter Zellen ein Durchschnitt gebildet und anschließend der Zelle zugeordnet. Dieser Prozess wird sehr schnell berechnet und hat praktisch keine Auswirkung auf die Render-Zeit.

Beachten Sie jedoch, dass eine Art von Verwischungs-Effekt erfolgt, der Details verschlucken und zu Licht-Lecks führen kann (diese können durch Verbessern des Pfad-Zählers (1000er) und der Samplegrößen-Einstellung kompensiert werden).

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Links ohne Vorfilter, rechts mit Vorfilter

Anmerkung: Sowohl der Vorfilter als auch die Auswirkung der Interpolationsmethoden werden beim Rendern immer neu berechnet.

Vorfilter-Samples

Verwenden Sie diese Einstellung zum Definieren der Größe des Radius für die aktuelle Zelle durch die Durchschnittsbildung der umgebenden Zellen.

Bei zu hohen Werten werden Details verschluckt, was zu Licht-Lecks führen kann.

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Auf der linken Seite sehen Sie einen kleinen Wert für Vorfilter-Samples, auf der rechten Seite einen größeren.
Beachten Sie, dass auf der rechten Seite Kontaktschatten und Licht-Lecks vorliegen.

Interpolationsmethode

Beim Rendern werden die Zellen der Licht-Map (bzw. der Radiosity-Map) tatsächlich interpoliert, sodass die Zellenstruktur aufgelöst wird, wenn die Einstellungswerte hoch genug sind. Dies erzeugt einen gleichmäßigeren Helligkeitsverlauf.

In Verbindung mit dem Vorfilter lassen sich sogar bessere Ergebnisse erzielen. Eine Interpolation erfordert jedoch zusätzliche Render-Zeit und bei großen Interpolationen ergeben sich dadurch entsprechend mehr Licht-Lecks.

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Der vorgefilterten Licht-Map auf der linken Seite wurde rechts eine Interpolation hinzugefügt.

Methode

Wählen Sie eine Methode für die planare Interpolation der diskontinuierlichen Farbgradienten (Zellen) aus:

Keine: Es wird keine Interpolation vorgenommen (die Kalkulation ist sehr schnell); Licht-Lecks werden minimiert, aber die primäre Methode für GI sieht die Zellen. Eine ausreichende Vorfilterung kann hierbei helfen.

Nächstes: Eine bestimmte Anzahl von benachbarten Samples (definiert durch den Sample-Zähler) wird ermittelt und es wird ein Durchschnitt ihrer Farben gebildet. Dies ist kein absoluter Wert, da er auch den Samplegrößen-Wert berücksichtigt. Die Sampledichte verringert den Radius, in dem die Samples liegen.

Fixiert: In Verbindung mit dem Samplegrößen-Wert wird ein fester Abstand um den zu berechnenden Punkt herum ermittelt, in dem Samples erhalten werden. Diese Methode erzeugt die am stärksten “verwischten” Ergebnisse.

Eine Illustration dieser Effekte sehen Sie in der folgenden Abbildung. (Zur besseren Illustration wurde kein Vorfilter verwendet):

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Vor der Interpolation

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Verschiedene Interpolationsmethoden und Einstellungen

Modus

Wählen Sie aus, welche Licht-Map angezeigt werden soll:

Visualisieren: Die primäre Methode für GI wird nicht berechnet, und es wird nur die sekundäre Methode angezeigt. Dieser Modus eignet sich zur Feinabstimmung einer Licht-Map vor dem Rendern.

Normal: Das abschließende Rendering muss IMMER im Normal-Modus durchgeführt werden.