VRAY_оптимизация и разбор принципов быстрого рендеринга  (Прочитано 17722 раз)

Рис. 01

Упрощенная диаграмма рейтрейсинга:

Основные лучи испускаются из камеры в сцену, пересекаются с геометрией и испускают вторичные лучи для просчета сцены.

Понимание Частоты Дискредитации Элемента Рендера

Рис. 02

Частота дискредитации(SampleRate) элемента рендера (справа), отображает сколько основных образцов берется с каждого пиксела рендера(слева).

Сцена пример - Понимание работы V-Ray

Рис. 03

Базовый Рендер
1min & 8max Subdivs = Image Sampler (AA)
8 Subdivs = Lights, GI, и Materials каждый.

Тестовая сцена - Вариант #1 - Увеличено AA Max Subdivs

Рис. 04

Вариант #1 Render - Увеличено AA Max Subdivs
1min & 100max Subdivs = Image Sampler (AA)
8 Subdivs = Lights, GI, and Materials each.
0.005 = Noise Threshold.

Тестовая сцена - Вариант #2 - Увеличено Light / GI / Materials Subdivs

Рис. 05

Рендер по Варианту #2 - Увеличено Lights, GI, and Materials Subdivs
1min & 8max Subdivs = Image Sampler (AA)
80 Subdivs = Lights, GI, and Materials each.
0.01 = Noise Threshold.

Рис. 06

Слева рендер по Варианту #1 и справа рендер по Варианту #2.
Внизу эти же рендеры, увеличенные до 400%, чтобы лучше рассмотреть шумы.

В базовом рендере, когда мы видели, что хотя грани обьектов были четкими и чистыми, шум в основном был сконцентрирован в зонах отражения и тени. Итак, если вы помните, чему мы научились раньше: Основноые образцы(АА) используются для вычисления геометрии, текстур, глубины и размытия в движении в сцене. Тогда как дополнительные образцы используются для вычисления источников освещения, GI, матералов и тд.

Итак в случае уменьшения шума в базовом рендере выбор между Вариантом #1 и #2 очевиден! Зачем использовать калькулятор вместо молотка? Семплер изображения(АА) уже сделал работу, для которой он предназначен - вычислил детали геометрии (грани обьектов) чисто и четко. Поэтому вместо сбора дополнительных основных образцов для уменьшения шума - лучше использовать дополнительные образцы в DMC Sampler (Lights / GI / Materials Subdivs), так как он может хорошо сделать работу, для которой он предназначен - чистка шума в зонах света, тени, GI, отражениях и преломлениях. Это и есть ответ!

И теперь мы начинаем понимать почему "Универсальные настройки V-Ray" в 1min и 100max в большинстве случаев неэфективны для рендера сцены - фактически они и не являются наилучшими! Универсальные настройки V-Ray сделаны для того, чтобы пользователям, которых не беспокоит оптимизация настроек рендера и понимание работы V-Ray было легко работать с V-Ray. Это просто автопилот V-Ray. Они позволяют контролировать качество рендера изменением только одного значения - уровня шума(noise threshold). Если в рендере слишком много шума, просто понизьте это значение и V-Ray продолжит собирать основные образцы(АА) со сцены, пока не достигнет значения уровня шума, что в свою очередь гарантирует хорошего качества рендер с минимальным пониманием принципа работы V-Ray. Но этот рендер никогда не будет настолько чистым и быстрым, чем тогда, когда вы потратите время на понимание его принципов работы и баланса который необходим для каждой сцены между семплером изображения и DMC Sampler.

И вдобавок - рендер по Варианту #2 все еще можно оптимизировать! Используя дополнительные трюки описанные в процедурах в конце этого урока, мы можем сократить время рендера с 5.58 минут до 4.53 минут, совсем чуть чуть подняв уровень шума! Финальный рендер просчитывается в 2.7 раза быстрее по сравнению с рендером по Варианту#1!

Вот еще один пример оптимизации, на этот раз с более производственно ориентированной сценой...

Оптимизированный рендер (справа) просчитывается на 35% быстрее чем при универсальных настройках (слева) и имеет меньше шума и выше качество. Также заметьте, насколько аккуратнее стали отражения - заметно на полу напротив выхода в холл.

 

Ключем к хорошей оптимизации рендера является правильное определение аспектов сцены, дающих шум и применением правильного семплера с достаточным количеством образцов. Некоторые сцены будут требовать больше основных образцов, другие - больше дополнительных образцов. Вот основное руководство:

Условия в которых семплеру изображения(АА) понадобится больше основных образцов для устранения шума:

• Множество геометрических деталей типа волос, травы, листьев и тд.
• Очень детальные текстуры типа волн, мелких детальных бамп мап и тд.
• Сцены с большой глубиной и множеством размытий в движении.

Условия, в которых DMC Sampler понадобится больше дополнительных образцов для устранения шума:

• Множество источников света отбрасывающих тени.
• Материалы с сильными отражениями и преломлениями.
• Сцены с высоким GI - в основном внутренние части помещений.

Шум, производимый семплером изображения(АА) легко заметить на глаз. Он выражается в ступенчатых, недостаточно чистых гранях обьектов, плохо проработанных деталях текстур или эфекту муара, грануляции в глубине сцены или размытия в движении.

Шум, производимый DMC Sampler немного сложнее увидеть и сложнее понять что его причиняет. Но зато у нас есть некоторые инструменты, которые дают нам возможность его увидеть - V-Ray's Render Elements: Lighting, Global Illumination, Specular, Reflection, and Refraction. При просмотре в различных видах рендера мы можем быстро определить и проверить уровень шума производимый различными аспектами сцены.

Итак, теперь мы имеем четкое представление работы семплеров V-Ray и того как определить источники шума в нашей сцене и теперь мы можем следовать пошаговому руководству, которое поможет вам оптимизировать любую вашу сцену.

Основная идея этой процедуры заключается сначала в настройке семплера изображения (АА) до уровня, достаточного для четкого просчета геометрии, текстур, глубины и размытия в движении, а затем подстройкой аспектов DMC Sampler (Lights/Specular/Shadows, GI, Material Reflection/Refraction) по отдельности для устранения шума. Итак мы начинаем с настроек V-Ray по умолчанию и выводим наш рендер на самый базовый уровень для начала оптимизации:

1. В свитке In V-Ray's Global Settings - отключите 'Lights', и установите 'Default Lights' в ON.
2. Затем отключите 'Reflection/Refraction' и 'Glossy Effects'.
3. В V-Ray's GI (Indirect Illumination) - отключите Global Illumination.
4. В V-Ray's Render Elements -добавьте: SampleRate, Lighting, Global Illumination, Specular, Reflection, Refraction.
5. На выбор: Уменьшите размер рендера для того, чтобы в процессе оптимизации просчет занимал меньше времени.
   С такими настройками ваш рендер будет простым дифузным рендером.

   




Настройка семплера изображения (AA):

6. Постепенно поднимайте значение Image Sampler (AA) Max Subdivs до тех пор, пока все грани геометрии, текстуры, глубина и размытие в движении не станут четкими и чистыми. Просматривайте SampleRate Render Element for на предмет красных зон и старайтесь их уменьшить увеличивая значение Image Sampler (AA) Subdivs Max до тех пор, пока они не останутся только на гранях объектов и деталях текстур. Как только вы достигли нужных результатов (четкие и чистые грани и четкие детали) настройка Image Sampler (AA) завершена.



Настройка Lighting / Shadows / Speculars сцены:

7. В свитке V-Ray's Global Settings - Включите 'Lights', и установите 'Default Lights' в OFF.
   С этого момента в вашем рендере присутствует нормальное освещение и тени, но только дифузные материалы.

   

   
   Заметьте, что шум (а также большее количество красных пикселов в SamplerRate render element) появился снова на рендере, так как вы включили освещение.
8. Увеличивайте значение Subdivs ваших источников света пока шум в зонах света и теней не станет допустимым и чистым. Легче всего заметить эффект от вносимых изменений в настройки при просмотре рендера в режиме Освещения. При увеличении значения Subdiv красные пикселы опять будут собираться ближе к граням обьектов и текстур, тогда как остальные зоны станут более синих и зеленых оттенков, что значит, что нужно меньше образцов семплера изображения (AA).
   
   Заметка о Спекулярах: Качество Спекуляров в вашей сцене тоже контролируется значением Lights Subdivs. Основное правило - если свет и тени хорошего качества и чистые, спекуляр тоже будет чистым. Но на данный момент мы не можем об этом говорить, так как Отражения/Преломления (а также и спекуляры как часть их) на данном этапе оптимизации отключены. Поэтому на более позднем этапе оптимизации, если вы заметите шум на спекулярах - поднимите значение Subdivs источников света.



Настройка Global Illumination (GI) сцены:

9. В V-Ray's GI (Indirect Illumination) - включите Global Illumination.
   Я рекомендую использовать Brute Force как основной движок, и Light Cache как дополнительный движок, исключение составляют определенные случаи (по типу пролета камеры) где использование кешированного метода GI , например Irradience Map даст лучший результат.
   С этого момента в вашем рендере есть освещение, тени, GI но все еще только дифузные материалы.

   

   
   Заметьте, что шум (а также большее количество красных пикселов в SamplerRate render element) появился снова на рендере, так как вы включили GI.
10. Увеличивайте значение Subdivs в Brute Force GI до тех пор, пока шум в глобальном освещении не станет достаточно чистым - в этот раз используйте рендер в режиме глобального освещения для проверки шумов. При увеличении значения Subdiv красные пикселы опять будут собираться ближе к граням обьектов и текстур, тогда как остальные зоны станут более синих и зеленых оттенков, что значит, что нужно меньше образцов семплера изображения(AA).
    
    
    Заметка о волосах: Если в сцене используется VRayHairMtl , качество отражений и преломлений волос фактически контролируется значением Global Illumination Subdivs сцены. Вы можете определить это по тому, как отражения и преломления на волосах исчезают в рендере в режиме Отражений и Преломлений пока включен GI. Это потому, что отражения и прломления в VRayHairMtl полностью зависят от GI, и это же является причиной отсутствия отдельного значенияSubdivs в VRayHairMtl для отражений и преломлений. Итак, наступило время настройки качества отражений и преломлений.



Настройка Отражений и Преломлений в сцене:

11. В свитке V-Ray's Global Settings - Включите 'Reflection/Refraction' и 'Glossy Effects'.
    С этого момента в вашем рендере есть освещение, тени, GI и материалы с отражениями и преломлениями.

    

    
    Заметьте, что шум (а также большее количество красных пикселов в SamplerRate render element) появился снова на рендере, так как вы включили Reflections & Refractions.
12. Увеличивайте значение Subdivs в отражениях ваших материалов до тех пор, пока они не станут достаточно четкими и чистыми. Легче всего заметить эффект от вносимых изменений в настройки при просмотре рендера в режиме Отражения. При увеличении значения Subdiv красные пикселы опять будут собираться ближе к граням обьектов и текстур, тогда как остальные зоны станут более синих и зеленых оттенков, что значит, что нужно меньше образцов семплера изображения(AA).
13. Повторите этот шаг для значений преломлений в ваших материалах..

Теперь ваш рендер оптимизирован для идеального времени просчета исходя из качества (noise threshold), которое вы установили!

Если вы хотите уменьшить уровень шума, понизьте значение 'Color Threshold' в семплере изображения и увеличьте значения Lights / GI / Materials Subdivs до нужного уровня.

• В примерах этого урока я держал количество источников света, GI, материалов одинаковым просто для того, чтобы проще было обьяснить концепцию. Но важно помнить, что в каждой конкретной хорошо оптимизированной сцене значения Subdiv будут разными, исходя из конкретных нужд и аспектов сцены..
  Например: Материал, имеющий только 5% отражений вряд ли потребует большого количества образцов для того, чтобы сделать шум незаметным, так как 95% финальной картинки будут содержать дифуз и преломления материалов. И наоборот, тот же материал на 95% состоящий из отражений потребует большего количества образцов, для того, чтобы сделать шум в финальном рендере незаметным. То же самое касается и глянца - чем более глянцевый материал - тем больше нужно образцов для устранения его шумов. То же самое и с источниками освещения, чем он больше, чем его тени мягче - тем больше надо образцов, чтобы сделать его шумы в рендере незаметными.
• Держите значение DMC Sampler's Adaptive Amount setting ниже 1.0. Есть много примеров, когда увеличение его значения до максимального в 1.0 давали непредсказуемые результаты. Значение по умолчанию в 0.85 подходит в большинстве случаев.
• Экспериментируйте с отключением зависимости значения Image Sampler Color Threshold value от DMC Sampler's Noise Threshold снятием пометки в 'Use DMC Sampler Threshold' чекбоксе в свитке V-Ray's Image Sampler. Затем увеличивайте значение Color Threshold понемногу, чтобы помочь Image Sampler с определением шумов производимых источниками освещения, тенями, GI, материалами в геометрии и деталях текстур. Увеличивание этого значения может привести к повторному появлению шумов в рендере, поэтому вам придется компенсировать их либо поднимая значение Subdivs вторичного движка, либо смириться с небольшим шумом, и более высокой скоростью рендера. Для того, чтобы понять, стоит ли этим заниматься в каждой конкретной сцене, понадобятся эксперименты.
• Поэкспериментируйте с отключением Image Filter в Image Sampler если в сцене нет большого количества детальных повторяющихся текстур. V-Ray's Image Sampler (AA) на хорошее определение и сглаживание деталей- но дополнительное фильтрование допустимо.
• Поэкспериментируйте с отключениемFilter Maps в свитке V-Ray's Global Settings, или понизьте значения фильтрации/размытия в каждой текстуре, используемой в сцене до значений 0.1 или 0.2. Особенное внимание обратите на отключение фильтрации карт прозрачности в, например, материалах листьев и тд. Отключение или уменьшение значений фильтрации/размытия текстур может привести к увеличению скорости рендера, но сделает текстуры более четкими (резкими), а также может привести к излишнему использованию памяти, дополнительных артефактах, типа мерцаний.
• При использовании Light Cache как второго движка GI - включите 'Use for Glossy Rays' и 'Retrace Threshold' для ускорения вычислений глянцевых материалов.
• При использовании V-Ray 3.0 - попробуйте включить семплер Embree в чекбоксе'Use Embree' в свиткеV-Ray's System. Во многих сценах рейтрейсер Embree может дать значительное ускорение рендера без потери качества.
• Уменьшите V-Ray's Bucket Size до значений, например, 32x32 или 24x24, чтобы избежать остановки индивидуальных бакетов в тяжелых частях рендера, тогда как остальные бакеты завершают остальную сцену, что заставляет процессор использовать только часть своих ресурсов для завершения просчета. V-Ray 3.0 динамически уменьшает Bucket Size при при завершении рендера, чтобы избежать этого случая.

В завершение - важно помнить, что каждая сцена индивидуальна и таким образом имеет свои требования к обоим семплерам V-Ray. Настройки, оптимизирующие одну сцену могут привести к сильным ухудшениям в рендере другой сцены - поэтому помните: Ваши настройки и возможность оптимизации могут быть разными в разных сценах. Немного тренировок, терпения, экспериментов дадут вам интуитивное понимание того, какие настройки нужны определенной сцене.

Надеюсь, этот урок помог вам разобраться с оптимизацией настроек рендера V-Ray. Если у вас возникнут вопросы или проблемы с пониманием определенных моментов, можете обращаться ко мне.

Благодарю тех, кто мне помогал:

Toni Bratinevic и John O'Connell за информацию, которой они поделились с обществом на эту тему.

John Rouse и Nicolas Nandi за их помощь в проверке процедур, приводимых в этом уроке.

Peter Guthrie за разрешение использовать и его сцены в качестве примеров.

Удачи в будущих проектах!