Global Illumination

Entwicklung einer Global Illumination Szene mit Mental Ray in SOFTIMAGE|XSI

By: Ed Harriss
Übersetzung: Ertan Kazanova

Voraussetzungen für dieses Tutorial: SOFTIMAGE| XSI 1.0 oder höher.

In diesem Tutorial werden Sie lernen, wie Sie aus einer unbearbeiteten Szene wie der folgenden:

mit Hilfe von Global Illumination und Final Gathering zu folgender Szene gelangen:

Um den einzelnen Schritten des Tutorials zu folgen, benötigen Sie die Datei. GlobalScenezip (3.6meg)
Dieses File wurde mit Winzip komprimiert. Möglicherweise müssen Sie "zip" an das Ende der Datei anfügen, damit es mit Ihrem Komprimierungstool funktioniert.

Sobald Sie das Zip-File entpackt haben, werden Sie in der Database zwei Szenen finden:
Global und GlobalFinished. Diejenige, mit der Sie beginnen werden ist die "Global-Szene".
GlobalFinished ist die fertige Szene mit der Sie später Ihr eigenes Resultat vergleichen können.
Öffnen Sie die Global-Szene, indem Sie sie über das File Menü von XSI laden.
Die Szene besteht aus einem Licht, einem Kubus(Raum) mit einem Loch(Fenster) darin und einer Kugel.

Um Zeit und unnötigen Aufwand zu sparen, wurden bereits ein paar Dinge an der Szene voreingestellt:

1. Das Licht wurde platziert und so eingestellt, dass es Schatten wirft. 2. Der Wert des Ambient Light wurde auf 0 gesetzt.
3. Die Flächen des Raumes wurden texturiert.
4. Die Kugel wurde ebenfalls texturiert.

Nach Laden der Szene, ändern Sie Viewport B in eine Kamera Ansicht. Wählen Sie Cameras > Camera im Dropdown Menü.

Für die Funktion von Global Illumination müssen 3 Voraussetzungen gegeben sein.

1. Ein Licht, dass Photonen emittiert
2. Objekte, die mit den emittierten Photonen interagieren
3. Global Illumination Effekte müssen in den Render Options aktiviert sein

Schritt Eins: Definierung eines Photonen Emitters(Licht)

1. Selektieren Sie das Licht(global-illumination Quelle) and wählen Sie Modify > Shader in der Render toolbar. Dies öffnet die property page des Lichts.

2. Klicken Sie auf die Photon tab, um die photon properties des Lichts anzuzeigen

3. Define the light as a Global Illumination source by checking the Global Illumination check box.
This causes the light to emit photons.

4. Setzen Sie die Energy Intensity für das Licht auf 140000. Diese Option kontrolliert die Intensität des Global Illumination Effekts. Je höher der Wert, desto heller wird der Effekt. Je ferner die Objekte vom Licht sind, desto mehr Energie wird benötigt. Höhere Energiewerte beeinflussen nicht die Renderzeiten, sondern verstärken nur die Helligkeit des Global Illumination Effekts.

Energy Intensity Tips: Diese Info wird für dieses Tutorial nicht benötigt, sondern soll als nützlicher Hinweis für Ihre eigenen Global Illumination Szenen dienen.

Tip 1: Setzen Sie bei Ihren Render Tests die Energy Intensity sehr hoch (40,000 bis 50,000). Dies macht den Global Illumination Effekt sichtbarer und somit leichter einzustellen.

Tip 2: Die light fall off Einstellungen beinflussen den Energiewert der Photonen. Deaktivieren Sie sie während Render Tests(diese Einstellung befindet sich in der Light Attenuation Sektion der Light Property Page). Dies macht den Global Illumination Effekt ebenfalls leichter sichtbar und somit besser einstellbar. Wenn es später um das Feintuning der Szene geht, aktivieren Sie sie wieder und wählen "Use Light Exponent" und setzen den Light Exponent auf 1(diese Einstellung befindet sich in der General Sektion der Light Property Page). Dadurch bleibt der Global Illumination Effekt ausreichend hell, während Sie den Look Ihrer Szene verfeinern. Wenn Sie sich dem finalen Look nähern, setzen Sie den Light Exponent Wert auf ca. 2. Dies macht den Global Illumination Effekt weniger wahrnehmbar, aber realistischer.(eine wichtige Sache,.... da in CG Lighting subtile Effekte der Schlüssel zum Erfolg sind.)

5.Setzen Sie die Zahl der Emitted Photons auf 20000 für den Global-Illumination Effekt.Dieser Wert gibt die Zahl der Photonen an, die das Licht ausstrahlt. Niedrigere Werte (ca. 1000), bewirken sehr fleckige Szenen, aber rendern schneller, somit sinnvoll für kurze Tests. Hohe Werte erzeugen saubere Global Illumination Effekte, aber rendern deutlich langsamer und sind besser für finale Renderings geeignet.

Schritt 2: Transmitters und Receivers,

1. Selektieren Sie die Kugel.

----	2. Rechts-klick auf den Selection button im rechten Selection panel

3. Wählen Sie Viewing Properties vom drop-down Menü.Dies öffnet den Visibility property editor.

4. Klicken Sie auf die Visibility tab. Daraufhin werden die render-visibility options angezeigt.

5. Selektieren Sie die Global Illumination transmitters and receivers Kästchen.Das Objekt wird nun sowohl Licht reflektieren, als auch reflektiertes Licht empfangen. Wenn es mehrere "visibility tabs" in der Viewing Properties property page gibt, klicken Sie jede an und selektieren Sie dort alle Global Illumination transmitters und receivers check-boxes.

Die rote Kugel wird nun rotes Licht zurück in die Szene abgeben, da Sie sie als transmitter definiert haben.
Sie wird ebenso Licht empfangen, das von anderen Objekten in der Szene refektiert wird, da sie auch als receiver definiert wurde.

Wiederholen Sie dieselben Schritte für die Wände des Kubus

1. Selektieren Sie den Raum(Kubus)

----	2. Rechts-klick auf den Selection button im rechten Selection panel.

3. Wählen Sie Viewing Properties vom drop-down Menü.Dies öffnet den Visibility property editor.

4. Klicken Sie auf die Visibility tab. Daraufhin werden die render-visibility options angezeigt.

5. Selektieren Sie die Global Illumination transmitters and receivers Kästchen.Das Objekt wird nun sowohl Licht reflektieren, als auch reflektiertes Licht empfangen. Wenn es mehrere "visibility tabs" in der Viewing Properties property page gibt, klicken Sie jede an und selektieren Sie dort alle Global Illumination transmitters und receivers Kästchen.

Der Raum wird nun Licht zurück in die Szene schicken, da er als transmitter definiert wurde.
Ebenso wird er Licht empfangen, das von anderen Objekten in der Szene(z.B. der Kugel) reflektiert wird, da er als receiver definiert wurde.

Schritt 3: Aktivieren Sie Global Illumination und Final Gathering für die render region.

1. Öffnen Sie eine render region in dem Viewport mit der camera view(Viewport B).Drücken Sie die Q Taste auf Ihrer Tastatur und ziehen Sie von links nach rechts ein Fenster über den viewport.Dies ermöglicht das gleichzeitige Betrachten des renderings während man an der Szene arbeitet.

Tip: Global Illumination Effekte brauchen unter Umständern viel Zeit zum Rendern. Wenn Sie einen älteren Computer haben, sollten Sie die auto refresh Funktion für die render region abschalten. Dadurch wird die Szene nicht jedes Mal neu gerendert, sobald Sie etwas verändert haben.

Wenn es notwendig ist, drücken Sie den render region Knopf und deaktivieren Sie Auto refresh.

Editieren der Render options:

2. Wählen Sie Render > Region > Options in der Render toolbar, um den View Rendering Options property editor zu öffnen.

Oder

Rechts-klick auf die render region. In dem sich öffnenden Menü Wählen Sie Properties, um den View Rendering Options property editor zu öffnen.

3. Drücken Sie die Optimization tab,
4. Selektieren Sie Grid als Acceleration Method. Das Ändern der acceleration method von BSP auf Grid beschleunigt das Rendern mit global illumination.Wichtig: Ab Version XSI 2.0 entfällt dieser Schritt, da es nur einen neuen BSP Algorithmus gibt.

5. Klicken Sie auf die Photon tab,
6. Selektieren Sie die Global Illumination check box. Der gewählte Effekt ist nun in der render region sichtbar.

(Falls Sie auto refresh deaktiviert haben drücken Sie den refresh button, um die render region zu aktualisieren.)

Ihr Bild sollte nun ungefähr so aussehen:

Noch nicht so toll, oder?
Der Global Illumination Effekt benötigt noch ein wenig Feintuning.
Es muss noch Final Gathering hinzugefügt werden.

Feintuning Ihrer Szene.

Die Global Illumination Effekte in Ihrer Szene sind gesetzt, aber es müssen noch weitere Werte eingestellt werden, um wirklich gute Resultate zu erzielen.

Unter der global illumination check box gibt es zwei "tuning" Einstellungen:
Accuracy und Radius.

Accuracy: Sie repräsentiert die Anzahl der Photonen, nach denen Mental Ray, in dem durch den Radius(nächster Absatz) definierten Bereich, schaut. MR nutzt jedes Photon, das er sieht, um den Look dieses Bereichs zu definieren. Niedrige accuracy Werte führen zu körnigen Bildern, hohe accuracy Werte ergeben weiche, präzisere Resultate, die jedoch länger zum Rendern benötigen. Wenn Sie den accuracy Wert höher setzen als den Wert der, von allen Lichtern der Szene, emittierten Photonen, wird die Szene niemals gerendert, da die Photonenkalkulation nicht beendet werden kann.

Radius: Dies ist die Größe(in Softimage Einheiten) des von den Photonen erzeugten Effekts, wenn sie auf ein Objekt treffen. Höhere Werte produzieren gößere Effekte, aber in der Regel weniger akkurate Ergebnisse(es sei denn, Ihre Szene ist sehr groß und Sie haben wirklich hohe accuracy Werte benuzt). Große Radien kombiniert mit niedrigen accuracy Werten geben Ihnen eine gute "quick und dirty" Vorschau Ihrer Szene(ausgezeichnet für Testrenderings). Kleine Radien in Verbindung mit hohen accuracy Werten führen zur genauesten und besten Repräsentation des finalen Bildes, aber benötigen sehr viel mehr Zeit.

Die Grundeinstellung für den Radius ist 0. Lassen Sie sich nicht von dem niedrigen Wert täuschen. Es werden nicht wirklich Photonen mit einem Radius von 0 produziert. In diesem Fall sind sie eher in der Nähe von 1.3(Radius). Da es die "Grundeinstellung" ist, ist 0 der einzige Wert, der den Radius nicht akkurat repräsentiert. Der Wert 0 zwingt SOFTIMAGE|XSI dazu, den vermeintlich besten Wert selbst zu wählen, und nicht selten erhält man damit bereits gute Ergebnisse.

Global Illumination allein kann dazu benutzt werden, um Bilder von guter Qualität zu erzeugen. Falls Sie jedoch Global Illumination mit Final Gathering kombinieren, können die Ergebnisse noch realistischer und überzeugender sein, als nur durch den Einsatz von Global Illumination.

7. Aktivieren Sie Final Gathering, indem Sie die Final Gathering Check Box anklicken.

Final Gathering kalkuliert Beleuchtung durch die Strahlen, die von den Objekten in die Szene abgegeben werden und nicht von den Lichtern.

Wie Global Illumination, hat auch Final Gathering eine Einstellung für accuracy. Dieser Wert definiert wie viele Stahlen jedes Pixel des Bildes zu dem Gesamt-Look der Szene beiträgt.

Die Radius Einstellungen beschreiben den Bereich um jedes Pixel, der für indirekte und direkte Beleuchtung gesampled wird. Eine gute Kombination von niedrigen Min Radien und hohen Max Radien, kann zu überzeugenden Ergebnissen führen. Persönlich bevorzuge ich es für beide Einstellungen äußerst niedrige Werte zu benutzen, wenn die final renderings anstehen(ca. 0.02 und 0.01, oder noch niedriger, wenn Sie die Zeit dazu haben.

Wichtig: Ab XSI 2.0 befindet sich bei den Final Gathering Einstellung ein neuer Button namens Auto compute. Wenn Sie diesen Knopf anklicken berechnet XSI selbständig die optimalen Min, Max Werte in Relation zu der Größe Ihrer Szene. In diesem Fall betragen sie 2,5 für den Min Radius und 25 für den Max Radius.

Ihr Bild sollte nun so aussehen:

Wir kommen dem Ziel schon näher, aber das Bild ist angefüllt mit Artefakten.
Mit ein bisschen mehr Tuning wird es deutlich besser aussehen.

8. Setzen Sie die Global Illumination Accuracy auf 50

9. Reduzieren Sie den Global Illumination Radius auf 0.5

10. Setzen Sie die Final Gathering Accuracy auf 200
11. Für XSI 1.5: Setzen Sie den Final Gathering Min Radius auf 0.05
12. Für XSI 1.5: Setzen Sie den Final Gathering Max Radius auf 0.5 (für XSI 2.0 drücken Sie einfach den Automatic Compute button)

Abhängig von der Geschwindigkeit Ihres Computers, könnte es eine Zeit lang dauern, bis dieses Bild gerendert ist.
Jetzt wäre der richtige Augenblick für eine Pause. =)

Ihr Bild sollte nun so aussehen:

Sieht doch recht gut aus. Sie könnten noch Artefakte erkennen, wenn Sie das Bild groß genug rendern. Indem Sie die Final Gathering accuracy anpassen, die Min/Max Radien runtersetzen und die Anzahl, der in die Szene emittierten Photonen erhöhen, werden diese Artefakte normalerweise eliminiert.

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