燈光緩存渲染引擎解讀

作者簡介：

張迺剛

現任力方國際數字科技有限公司（華北地區）藝術總監，力方國際天津公司總經理;

個人作品入選CGTalk、3DTotal、Raph精品畫廊，並獲得CGTalk五星精品獎;

2009年出版個人書籍《3ds Max/VRay 印象超寫實建築效果圖表現技法》;

更多個人作品請關注http://blog.163.com/zng_c

注：本文內容選自《3ds Max/VRay 印象超寫實建築效果圖表現技法》

由於本案例將使用Light Cache（燈光緩存）渲染引擎進行渲染，因此首先向讀者介紹一下Light Cache的相關知識。

Light Cache（燈光緩存）也使用近似計算場景中的全局光照信息，它采用了Irradiance map和Photon map的部分特點，在攝像機可見部分跟蹤光線的發射和衰減，然後把燈光信息儲藏到一個三維數據結構中。它對燈光的模擬類似於Photon map，而計算範圍和Irradiance map的方式一樣，僅對攝像機可見部分進行計算。雖然它對燈光的模擬類似於Photon map，但是它支持任何燈類型，也就是說，它對燈光的模擬是類似於光子貼圖的，但計算範圍和發光貼圖的方式是一樣的，僅對攝影機中的可見部分進行計算。雖然它對燈光的模擬類似於光子貼圖，但它對燈光沒有局限性。

注意：由於Light Cache燈光緩存特殊的計算方式，在使用燈光緩存時，盡量不要將材質色彩的RGB值設置到255，這樣會導致追蹤路徑過長從而增加渲染時間。

展開Indirect Illumination（GI）卷展欄，打開場景中的間接照明，如圖5-52所示。

 
 
圖5-52  打開間接照明

Indirect Illumination（GI）中全局光照分為Primary bounces和Secondary Bounces，Primary bounces中有4種GI渲染引擎，如圖5-53所示。

 
 圖5-53  一次反彈中的4種GI渲染引擎

Secondary Bounces中有3種GI渲染引擎，如圖5-54所示。

 
圖5-54  二次反彈中的3種GI渲染引擎

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這裏著重介紹Light Cache 燈光緩存渲染引擎，這種引擎在牆角處的效果會更好，層次會更細膩。Light Cache燈光緩存是建立在追蹤攝影機可見的許許多多光線路徑的基礎上，和發光貼圖正好是相反的，是逆向的．它對燈光沒什麼限製隻要燈光被VRay支持它就支持．在做預覽時是很快的．它可以單獨完成對整個場景的GI照明，也可以配合別的貼圖做二次反彈．一般我們在Secondary Bounces 次級漫射反彈中使用Light Cache 引擎，這種方法在室內場景中已經被高手廣泛應用了，同樣在室外表現中也是好的方法，無論是場景表現還是建築表現我們都可以使用它。當使用了 Light Cache燈光緩存後在 VRay渲染器中就會出現新的Light Cache麵板。注意如果不激活燈光緩存引擎，那麼Light Cache專用麵板是不會出現的，如圖5-55所示。

 
5-55  Light Cache參數麵板

1. Calculation parameters（計算參數）：用來設置Light cache的基本參數，比如細分、樣本大小、單位依據等。

（1）Subdivs（細分）：用來決定Light cache的樣本數量，值越高，樣本總量越多，渲染效果越好，渲染時間越慢。

提示：在Light Cache參數麵板中Subdivs參數是非常重要的，它控製了Light Cache的采樣，該參數值越大越能得到好的畫麵效果，同樣渲染速度會變慢，Subdivs的意義是確定有多少條來自攝像機的路徑被追終，路徑的數量是Subdivs參數的平方值如果Subdivs設置為 300 那麼被追蹤的路徑數量就是300×300=90000條路徑，如果Subdivs設置為1000的話 那麼被追蹤的路徑數量為1000×1000=1000000條路徑。

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不同Subdivs值的測試渲染效果對比，圖5-56所示，

  
 
圖5-56  不同Subdivs值的測試渲染效果對比

（2）Sample size（樣本大小）：用來控製Light cache 的樣本大小，比較小的樣本可以得到更多的細節，但是同時需要更多的樣本。

Sample Size 樣本尺寸他的意思是控製燈光緩存中樣本的間隔，較小的值得到的是樣本之間距離比較近，較大的數值能使樣本之間的距離比較遠，較小的數值可以保護燈光銳利的細節將有效的控製產生的噪波，並占用更多的內存，根據燈光緩存Scalle模式的改變，這個參數可以使用為世界單位，也可以使用相對圖像的尺寸。

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不同Sample Size值的測試渲染效果對比，圖5-57所示。

  
  
圖5-57  不同Sample Size值的測試渲染效果對比

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（3）Scale（單位依據）：主要確定樣本的大小依靠什麼單位，這裏提供了兩種單位Screen和World。

Screen：這個選項所選擇的比例是按照最終渲染圖的尺寸來確定的，靠近攝像機的樣本比較小，而遠離攝像機的樣本比較大。這個比例不依賴於圖像分辨率，渲染500和5000分辨率的圖的時候效果是一樣的。

在Sample Size參數值不變的情況下，Scale為Screen時渲染效果是不受圖像分辨率影響的，測試渲染效果如圖5-58所示。

  
 
7. 圖5-58  測試渲染效果（畫麵已被縮放過）

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（4）World（世界單位）：該選項會使場景在任何一個地方都是用固定的世界單位，經過實踐可以發現同樣的Sample Size參數值在Scale為world時，渲染1000和2000分辨率的圖的時候效果是不一樣的。

在Sample Size參數值不變的情況下，Scale為world時渲染效果是受圖像分辨率影響的，測試渲染效果如圖5-59所示。

 
  
8. 圖5-59  測試渲染效果（畫麵已被縮放過）

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（5）Store direct light（儲存直接光照）勾選此選項以後，Light cache 將保存直接光照信息。當場景中有很多燈時，使用這個選項會提高渲染速度。在使用發光貼圖或直接計算GI為初級反彈的場景時特別有用，因為直接光照明已經包含在燈光緩存中，而並不對每一個燈光進行采樣。

該選項默認是打開的，在實際的運用中發現在我們經常使用 irradiance map+Light Cache 的時候，打開和關閉Store direct light我們發現不會對生成Light Cache的速度有什麼影響，但是會對irradiance map的速度有影響，
打開和關閉Store direct light選項時測試渲染時間對比，如圖5-60 所示。

   
9. 圖5-60  打開和關閉Store direct light選項時測試渲染時間對比

觀察測試渲染時間對比，Store direct light選項會使計算irradiance map的時間比關閉的時候快1倍多，在很細微的觀察的時候會發現Store direct light關閉的時候在物體轉折的地方效果會好一點，不過效果微弱，實際工作中可以忽略不計。

（6）Show calc.phase: 勾選此選項後，可以顯示Light cache的計算過程和被追蹤的路徑，對渲染效果沒有任何影響。

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2. Reconstruction parameters（優化參數）：這裏主要是對Light cache的樣本以不同的方式進行模糊處理，該麵板中的參數在建築表現中不經常使用。

（1）Pre-filter：預過濾器，勾選的時候，在渲染前燈光緩存中的樣本會被提前過慮。他與下麵介紹的filter是不一樣的filter是在渲染中進行的。Pre-filter的工作流程是，一次檢查每一個樣本，如果需要就修改它，以便其達到附近樣本數量的平均水平。更多的預過濾樣本將產生較多的模糊和較少的噪波的燈光緩存，如果新的燈光緩存從硬盤上導入或被重新計算後，Pre-filter就會被計算。

（2）Filter：（過濾器），這個選項可以選擇燈光緩存在渲染過程中使用的過濾類型，分別為None，Nearest，Fixed。過濾器是確定在燈光緩存中以內插值替換的樣本是如何發光的。

① None：不使用過濾，關閉後最靠近著色點的樣本被作為發光值使用，關閉後速度最快，但是如果燈光緩存具有較多的噪波，那麼模型的轉角地方會出現明顯的黑斑，可以通過修改Pre-filter數值減少噪波如果隻是測試使用的話 none是最快的。

② Nearest（最靠近的）：這種模式過濾器會搜索最靠近著色點的樣本，並取他們的平均值。他對於使用燈光緩存次級反彈的時候是有很大作用的。他的特點是可以自適應燈光緩存的樣本密度，並且幾乎是以一個恒定的常量來計算的，燈光緩存中有多少最靠近的樣本被搜尋是由插補樣本的參數來控製的。

③ Fixed（固定的）：使用這種模式過濾器會搜尋距離著色點某一確定距離內的燈光緩存的所有樣本，並取平均數值。他可以產生較平滑的效果，其搜尋距離是由過濾尺寸參數決定的，較大的取值可以得到模糊的效果。

（3）Use Light Cache for glossy rays：打開後會讓燈光緩存和光澤效果一同進行計算，這樣有助於加速光澤反射效果。選擇後會有微弱的變化。

（4）Number of passes: 如果CPU不是雙核，筆者建議設置該參數為1。

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3. Mode：麵板是我們常用的麵板 如圖它類似於Irradiance map的Mode的功能，他是可以把燈光緩存計算保存為×.Vrlmap的文件。一般我們在出正式大圖之前會先渲染一個小分辨率下的Vrlmap文件，然後在渲染大圖時候調用，以便達到縮短渲染時間的效果，如圖5-61所示。

  
 
圖5-61  Mode麵板

渲染小圖儲存Vrlmap文件時可以勾選Auto save選項，設置一個儲存路徑如圖5-62所示。

 
圖5-62  自動儲存Vrlmap文件

這樣在渲染完小圖之後渲染大圖時就可以在From file調用Vrlmap文件，這樣可以最高效率，如圖5-63所示。

 
 
圖5-63  調用Vrlmap文件