Caustics в VRay

Вместо вступления

Выдалась свободная минута, и я предлагаю Вам заняться освоением каустических эффектов (Caustics effects) в VRay Render. В этом уроке Вы познакомитесь с рефрактивной каустикой произведенной Vray.

Особенности генерации каустики в Vray

Как Вы уже знаете, Vray позволяет визуализировать каустические эффекты или для краткости каустику. Как и многие другие визуализаторы, Vray просчитывает каустику, основываясь на данных предварительно просчитанной карты фотонов. Для того чтобы визуализировать каустику, в Вашей сцене должны быть как объекты - генераторы каустики, так и объекты воспринимающие эти эффекты. Эту информацию о сцене Vray получает, читая установки Object settings и Light settings раздела System группы Render Parameters. Параметры раздела System, в частности управляют генерацией карты фотонов. Вторая особенность состоит в том, что для получения каустики необходим яркий источник света, вы не удивлены, но что Вы скажете, узнав, что Вам придется работать со значениями Multiplier источников света в диапазоне от 10000 до 300000!!!

Тестовая сцена

Для обучения нам потребуется, какая ни будь сцена со стеклянными объектами. Скачайте http://www.darc.ru/Lib/Lessons/VRCaustics/vr_caustic_test1.zip тестовую сцену созданную мной для этого урока.

Для имитации стекла я создал материалы, установив значения Specular Level равным 110, а Glossiness 100. Как и многие другие визуализаторы, Vray имеет как свой reflect/refract материал, так и reflect/refract карту. Данном случае не важно, что использовать - материал или карту. Я использовал карту, назначив ее на 100% refract и установив следующие значения параметров, см.рис. ниже.

Как Вы уже догадались, цвет Filter color определяет окраску нашего стекла (на просвет), поэтому устанавливать цвета Ambient, Diffuse, Specular в основных параметрах материала Standart, не нужно.
Сделайте несколько таких raytrace материалов, установив у каждого различные значения Filter color, Вы ведь хотите получить красивый результат? Назначьте полученные материалы объектам сцены.
Еще одна Важная особенность "каустических" сцен - все объекты должны точно прилегать друг к другу в местах соприкасания. Поэтому при размещении объектов сцены пользуйтесь привязкой , в противном случае Вы получите не правильную картину каустики!
В деле получения каустики следуйте такой последовательности действий: Сцена, проверка сопряжения поверхностей, постановка света, настройка каустики, настройка теней, сглаживание.
И так, у Вас есть сцена, пока без источников света, отрендерим ее.

Добавьте источник света в сцену. Конечные настройки моего источника света приведены ниже на скриншотах.
HSV 0:0:255; Shadow On, Decay None

Еще раз напоминаю - приведенные на скриншотах значения параметров конечные! Мы же начнем с самого начала и постепенно дойдем до этих параметров.

Все опыты проводились на PIII-733, 256RAM, Y2K, 3DS MAX R4.0, VRay 1.07
Отрендерим сцену, параметры сведем в таблицу.

Параметры

Формат кадра	183х161
Shadow (Omni01)	Off
Decay	None
Multiplier (Omni01)	1.0
Caustic subdivs (Omni01 local settings)	---
Caustics multiplier (Omni01 local settings)	---
Caustics (globall settings)	Off
Multiplier (globall settings)	---
Search dist.	---
Max photons	---
Min. rate (Adaptive subdivision)	-1
Max. rate (Adaptive subdivision)	2
Time rendering (min:sec)	00:06

Включаем генерацию каустики. Для этого выделите, затем нажмите Ctr+R (или кнопку Render), прокрутите список до группы параметров System. Разверните список:

Нажмите на кнопку "Light settings…", откроется окно:

поставьте галочку против Generate caustics (теперь источник света Spot01 будет генерировать фотоны каустики). Нажмите кнопку Close.
Значение Caustics multiplier сейчас должно быть 1,0!
Также укажем визуализатору, что надо визуализировать каустику (а так, мы только карту фотонов просчитаем). Для этого в основном окне, открывшемся по нажатию Ctr+R, найдите раздел Caustics Разверните список:

Поставьте галочку против On - теперь каустика будет генерироваться. Примечание, если Вы в процессе работы больше не будите менять расположение источника света, то поставьте галочку против Dont delete map on render end. Первоначально строк с информацией о карте фотонов и ее размере у Вас не будет.
Также отметьте опцию Adaptive subdivision, не меняя значения параметров!

Включение этой опции необходимо для работы автоматического адаптивного "сглаживания". Включение этой опции позволит несколько сократить время визуализации по сравнению с вариантом Fixed rate.

Настройка каустики (Caustics)

Продолжим рендеринг. Параметры, которые необходимо будет изменять, я свел в таблицы.

Рис. 2	Рис. 3
Рис. 4	Рис. 5
Рис. 6	Рис. 7

Таблица параметров к Рис. 2 - 7

Рис. 2 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay None Multiplier (Omni01) 5.0 Caustic subdivs (Omni01 local settings) --- Caustics multiplier (Omni01 local settings) --- Caustics (globall settings) Off Multiplier (globall settings) --- Search dist. --- Max photons --- Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 00:09	Рис. 3 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay None Multiplier (Omni01) 5.0 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:07
Рис. 4 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay None Multiplier (Omni01) 15000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:07	Рис. 5 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Squaer Multiplier (Omni01) 15000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:03
Рис. 6 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Squaer Multiplier (Omni01) 100000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09	Рис. 7 Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Squaer Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Рис.8	Параметры Формат кадра 183х161 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 200000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Как Вы уже поняли, весь фокус с каустикой в Vray заключается в использовании ярких источников света (Hight Value Multiplier Light Sources) и затухании света по мере распространения от источника (Обратно пропорционально квадрату расстояния).
В предыдущим опыте (см. рис. 7 мы получили слишком сильную засветку плоскости основания, исправим это, и перейдем на большее разрешение картинок.

Рис.9	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Параметры

Немного о параметрах управляющих каустикой в Vray.

Параметры управляющие каустикой в VRay подразделяются на локальные и глобальные. Локальные параметры воздейчтвуют только на выбранный объект и позволяют, например, определить, будет ли учавствовать этот объект в генерации и или передаче фотонов GI или Caustics.
Глобальные воздействуют сразу на все объекты сцены, например - включая или выключая генерацию каустики.

Список Caustics:

On - включить генерацию каустики,
Multiplier - множитель управляющий силой эффекта. Значение этого множителя влияет на все источники света в сцене, для которых в локальных установках прописана генерация каустики. Иными словами этот множитель - глобальный параметр. Действие этого множителя кумулятивно, это означает, что, установив для некоторого источника света локальный множитель эффекта, установкой глобального множителя локальные параметры не перезаписываются, но перемножаются! Это очень важное и замечательное свойство.
Search dist - указывает визуализатору дистанцию поиска точки вычисления следующего значения эффекта. Search dist - круг.
Max photons - максимальное значение фотонов участвующих в освещении данной точки. Например, в освещении данной точки поверхности участвуют 300 фотонов, но величина Max photons равна 60, а значит, только первые 60 фотонов будут участвовать в дальнейшем вычислении освещенности данной точки. Как Вы понимаете, чем больше фотонов учитывается, тем более точно можно воспроизвести эффект, но тем дольше будет просчитываться сцена. Также хочется отметить, что увеличение данного параметра далеко не всегда оправдано - все зависит от геометрии сцены и месторасположения источников света.
Caustic subdivs в группе параметров System. Данный параметр регулирует выборку фотонов использующихся для просчета каустики. Большее значение ведет к более сглаженному эффекту, но гораздо дольше просчитывается. Очень важный, локальный параметр!

Влияние изменения параметров на визуализацию

Проследим - как влияет изменение параметров на визуализацию, а заодно попытаемся улучшить нашу картинку (см. рис. 9)

Вот, к чему привело уменьшение величины выборки фотонов с 1500 до 300 (локальные установки для Omni01).

Рис.10	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 300 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 1.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Вернем Caustic subdivs в исходное состояние - 1500. Но увеличим значение Multiplier до 3.0 (локальные установки для Omni01). Эффект стал более отчетливым.

Рис.11	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 3.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Уменьшим величину Search dist. до 1.0 - ясно теперь, за что отвечает этот параметр?

Рис.12	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 3.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 1.0 Max photons 60 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Давайте, точнее, вычислим каустику - каустический блик от желтого кольца слишком яркий. Увеличим значение Max photons до 200. Редерим.

Рис.13	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 3.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 5.0 Max photons 200 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Ok, теперь каустика от желтого кольца стала более реалистичной.
Но, мало светлых отсветов вокруг ярких каустических областей, см. левый нижний угол около сиреневого кольца. Увеличим радиус (Search dist) до 20

Рис.14	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 3.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 20.0 Max photons 200 Min. rate (Adaptive subdivision) -1 Max. rate (Adaptive subdivision) 2 Time rendering (min:sec) 01:09

Эффект стал более размытым. Теперь обратите внимание на недостаточное сглаживание (синяя трубка левый край) на рис. 14, выше. Исправим это. Для этого увеличим значения Min rate и Max rate в группе Image sampler (Antialiasing), установив их в 1 и 4 соответственно. Рендерим.

Рис.15	Параметры Формат кадра 366х320 Shadow (Omni01) On Decay Inverse Square Multiplier (Omni01) 150000 Caustic subdivs (Omni01 local settings) 1500 Caustics multiplier (Omni01 local settings) 3.0 Caustics (globall settings) On Multiplier (globall settings) 1.0 Search dist. 20.0 Max photons 200 Min. rate (Adaptive subdivision) 1 Max. rate (Adaptive subdivision) 4 Time rendering (min:sec) 07:19

Вполне приемлемо.
Если, кто считает, что каустические эффекты, показанные на предыдущем рисунке слишком яркие для такого освещения сцены, просто уменьшите Multiplier (локальные установки для Omni01) с 3.0 до 1.5. Вот, что получится в итоге:

Вам останется только улучшить тени, но эта тема выходит за рамки этого урока.
Удачи и терпения.