rendering_de.html

Rendering ist der Prozeß der aus Szene, Objekten und Lichtern 2D Bilder erstellt, oder auch eine Serie von 2 D Bildern. Das 2D Bild das man vom Rendern erhält wird aus den Positionen und Parametern der in der Szene enthaltenen Objekte berechnet. Das Programm oder der Programmteil der das macht wird Rendering engine genannt und davon gibt es in Art of Illusion 2 als Standard: Die Raster- und die Raytracing Engine. Zusätzlich gibt es einen Vector Renderer als Plugin... Die beiden erstgenannten sind in Abschnitt 6.3 and 6.4 beschrieben.

6.1 Kameras

Kameras sind es die uns eine Kameranasicht zur Verfügung stellen von der aus das gerenderte Bild erstellt wird. Eine Szene kann soviele Kameras wie Sie wollen, - und die Kamera die Sie benutzen wollen kann aus dem Dropdown Dialog in den Rendersettings gewählt werden.
6.1.1 Camera Optionen

Bevor wir in die Details des Renderings gehen, sollten wir uns noch den Optionen des Kamera Dialogs zuwenden. Doppelklicken auf die Kamera (in der Objektliste), oder rechter Mausklick und Objekt bearbeiten öffnet einen Dialog, der so aussieht:

Es gibt 3 Parameter die für jede Kamera gesetzt werden können:

Blickfeld (Field of View) Das ist der vertikale Winkel den die Kamera "einsehen" kann. Dieser Wert geht von 0° bis zu 180°. Der horizontale Winkel wird vom eingestellten Seitenverhältnis (Aspect ratio) bestimmt. Es können interessante Effekte mit verstellen dieses Parameters erreicht werden. Die Beispiel unten wurden erreicht indem der Blickwinkel und die Zoomstufe variiert wurden:

Sichtweite (Depth of Field) Das ist die Entfernung zu beiden Seiten der Brennweite (des Fokus) die im Fokus (also "scharf") bleibt. Alles was außerhalb dieser Entfernung bleibt ist aus dem Focus. Das hat nur dann einen Effekt im gerenderten Bild wenn im Raytracer Dialog die Sichtweite angeschaltet wird (im Augenblick wird das nur vom Raytracer und nicht vom Rasterrenderer unterstützt).

Brennweite (Focal Distance) Das ist die Entfernung die perfekt im Fokus ist. Wie mit der Sichtweite (Depth of Field) hat das nur dann eine Wirkung wenn es im Raytracer Dialog angeschaltet wird.

Mit Kamera Filtern beschäftigen wir uns im nächsten Abschnitt.

6.1.2 Kamera Filter

Kamerafilter sind eine Möglichkeit einen Postprozeß zu dem gerenderten Bild hinzuzufügen, d.h. es wird ein 2D Effekt ähnlich wie in einer Bildbearbeitung angefügt. Kamerafilter können über den Kamera Optionen Dialog aufgerufen werden. Auf den

Knopf klicken öffnet den Filter Dialog wie hier:

Zur Linken ist eine Liste, die die zur Verfügung stehenden Kamerafilter anzeigt. Zur Zeit (April 2007) sind 14 Filter erhältlich die man auswählen kann. Um einen Filter anzuwenden bitte in der Liste auswählen und auf Hinzufügen>> klicken. Das fügt den ausgewählten Filter zur rechten Liste. Filter in der rechten Liste werden auf das Bild angewandt in der Reihenfolge von oben nach unten. Sie können soviele Filter in der Liste haben, wie Sie möchten und die Reihenfolge in der Sie angewandt werden jederzeit ändern indem sie mit den Hinauf und Hinunter Buttons umschichten. Die Filter können mit Löschen aus der rechten Liste wieder entfernt und damit unwirksam gemacht werden.

Filter in der rechten Liste auswählen macht die Parameter derselben verfügbar und sichtbar im unteren Panel. Zum Beispiel der Glühen Filter, dessen Parameter Radius, Intensität und Form.

Zur rechten im Dialog ist eine Vorschau des gerenderten Bildes. Die Renderparameter für dieses Vorschau können unter Configure Preview eingestellt. Dieses bringt den bekannten Raytracing/Renderer Dialog hervor.

Die meisten Filter sind selbsterklärend und eine Vorschau wird im Dialog angezeigt, so das die Effekte feingetrimmt werden können.

Das Beipsiel unten zeigt einen Sepia Effekt - erreicht durch Saturation, Tint und Helligkeitsfilter.

Ein weiteres Beispiel hier unten zeigt die Benutzung des Outlinefilters (und des Blur/Verwischenfilters). Der Outlinefilter malt Linien um Objektkontouren die sich in Ihrer Dicke einstellen lassen. Es gibt 4 Parameter für diesen Filter: Dicke (Thickness) - das ist die Dicke der Outline, dann Change Cutoff and Distance Cutoff, die bestimmen wie und wann Linien erstellt werden. Die Farbe (Color) ist die der Außenlinie.

Der Exposure correction filter ist sinnvoll bei Global Illumination Szenen einsetzbar. Er appliziert eine Gamma Korrektur am gerenderten Bild, was dunkle Bereiche deutlich verbessern kann, wie hier unten gezeigt: (Anm. Stand April 2007: Es gibt inzwischen einen HDR Exposure Correction Filter)

Die Parameter für jeden Filter können auch animiert werden. Siehe hierzu Animation Abschnitt für weitere Details.

6.2 Umgebungseinstellungen (Environment Settings)

Unterschiedlichste Umgebungseinstellungen können unter Szene -> Umgebung eingestellt werden. Das bringt folgenden Dialog hervor:

Ambient Farbe bestimmt die Farbe und die Intensität des Umgebungslicht das von allen Seiten gleichmäßig kommt.

Umgebung (Environment) Dies bestimmt die Hintergrundfarbe welche eine Farbe oder eine Textur sein kann. Um eine Farbe auszuwählen einfach durchgängige Farbe (Solid Color) aus dem Dropdownfeld wählen und das darunterliegende Farbfeld anklicken um eine Farbe zu bestimmen. Um eine Textur zu setzen, einfach Textur unscharf (Texture Diffuse) oder Textur Aussehend (Texture Emissive) aus dem Menü wählen. Klicken Sie auf

um eine Textur auszusuchen - oder neu zu erstellen. Die ausgesuchte Textur wird auf eine gedachte Sphere vom Radius 1 gemapt und die Farbe auf jedem Punkt der Sphere (egal ob die diffusen oder die reflektierenden Anteile der Textur) bestimmt das Licht das aus der Richtung kommt. Das wird als Hintergrund bei gerenderten Bildern benutzt und wird auch von spiegelnden Objekten reflektiert und, - (wenn Global illumination "enabled" ist)diffus reflektiert von anderen Objekten.

Nebelfarbe (Environment Fog) erstellt einen gleichförmigen Nebeleffekt. Die Nebelfarbe (Fog Color) bestimmt die Farbe des Nebels mit Hilfe der normalen Farbauswahl. Die Lichtmenge die es bis zur Kamera schafft von einem entfernten Punkt in der Entfernung rvon der Kamera ist gegeben durch e ^-r/d wobei d die Nebelentfernung ist. Objekte die dichter an der Kamera als d ist werden relativ unbeinflußt sein vom Nebel. Die besten Effekte erreicht man wenn die Nebelfarbe der Umgebungsfarbe gleicht.

6.3 Raster Engine

Ein Vorteil oder "der" Vorteil der Rasterengine über die Raytracingengine ist Geschwindigkeit, aber Sie sollten wissen das die Rasterengine weder Refelktionen noch Schatten erstellen kann. (Stand April 2007: Daran wird gearbeitet).

Ein Raster Renderer arbeitet indem er Dreiecke auf den Bildschirm malt. Jedes Objekt wird in Dreiecke zerlegt, so das nicht ohnehin der Fall ist. Eine Transfomation wird durchgeführt um jedes Dreieck in seiner Position im Bild genau zu bestimmen, dann wird es gefüllt. Die Farbe eines Punktes in diesem Dreieck wird bestimmt über die Textur an diesem Punkt und das Licht das selbigen erreicht. Es gibt 2 Standard Methoden die von Art of Illusion unterstützt werden: Gouraud Shading und Phong Shading.

Gouraud Shading funktioniert, indem das Licht das jeden Eckpunkt des Dreieckes erreicht gemittelt/interpoliert wird um eine Annäherung des Wertes für jeden Pixel. Phong Shading indessen interpoliert um die Oberflächennormale für jeden Punkt zu finden, und das zu benutzen um das komplette Licht das diesen Punkt erreicht zu bestimmen. Gouraud Shading ist schneller aber weniger akkurat und weniger für glänzende Oberflächen geeignet.

Die Rasterengine kann - wie bereits erwähnt - keine Schatten und Reflektionen rendern - Sie müßen auf den Raytracer umschalten, um das zu bewerkstelligen.

Um nun die Szene mit der Rasterengine zu rendern, wählen Szene -> Szene rendern und wählen den Raster Renderer aus dem Dropdown Menü im erscheinenden Dialog:

6.3.1 Raster Rendering Optionen

Die Breite (Width) und Höhe (Height) bestimmt die Größe des 2D Bildes das erstellt wird.

Die ausgewählte Kamera bestimmt welche Ansicht gerendert wird. Diese Ansicht kann im Editor angesehen werden, indem die entsprechende Kamera in einem Ansichtsfenster aus dem Dropdown gewählt wird.

Sie können auswählen, ob Sie nur ein Single Image oder ein Movie rendern möchten. Die Movie Option produziert eine Serie von nummerierten Einzelbildern, die in vielen Grafik-Videopaketen zu einem Video zusammengesetzt werden können. Siehe Animation für weitere Einzelheiten zum Rendern eines Movies.

Der nächste Abschnitt in dem Dialog, also Startzeit (Start Time), Endzeit (End Time), Frames/Sek und Bilder/Frame (Images/Frame) ist komplett der Animation gewidmet - mit Ausnahme eines "langzeitbelichteten" Einzelbildes. Schauen Sie dazu in diesen Abschnitt für weitere Details.

Oberflächengenauigkeit (Surface Accuracy) bestimmt mit welcher Genauigkeit/3D Auflösung die Geometrie in der Szene gerendert wird. Je niedirger der Wert, desto höher die Auflösung. Der Wert stellt die Disceditierung da, mit der die Dreiecke die tatsächlichen Formen abformen. Behalten Sie aber im Hinterkopf das dieses Mehr an Genauigkeit zusätzliche Renderzeit bedeutet. Hier sind einige Beispiele die den Effekt der Oberflächengenauigkeit mit verschiedenen Werten darstellen: Es sollte quasi nie nötig sein die Oberflächengenauigkeit unter 0.005 zu setzen.

Schattierungsmethode (Shading Method) ist entweder Gouraud, Phong oder Hybrid - die beiden ersten sind oben bereits behandelt worden. Die Hybrid Option benutzt eine Kombination aus beiden - Gouraud für die diffusen Reflektionen und Phong für die Glanzlichter. Das ergibt Resultate die alsin der Mitte zwischen Geschwindigkeit und Qualität liegen. Ein einfaches Beipspiel ist hier unten zu sehen:

Übergeordnete Abtastung (Supersampling) ist eine Methode des Anitaliasing - es produziert weichere Kanten, indem es die ganze Geometrie ("Alles") oder die Kanten ein zus#ätzliches Sampling erfahren - insbesondere schräge Kanten sind bekannt für diese sog. "jeggedness" Treppenstufen. Der Bereich der "Supergesampled" wird ist entweder 2x2 Pixel groß oder 3x3 Pixel.

Transparenter Hintergrund (Transparent Background) Diese Option erstellt einen transparenten Hintergrund der als Alphakanal gespeichert wird (wenn im TIFF Format gesichert wird). Ein 2D Bildbearbeitungsprogramm oder Videoprogramm ermöglicht dann diese Selektionen (Alphakanäle, Masken) zu benutzen.

Weiterhin gibt es Erweiterte (Advanced) Einstellungen. Auf diesen

Button klicken zeigt dann folgenden Dialog an:

Texturglättung (Texture Smoothing) fügt allen Texturen in der Szene ein Antialiasing zu, um Details die kleiner als ein Pixel im Endbild sind zu glätten. Das verhindert Probleme mit Unter- oder Übersmoothing im Renderer oder der Textur. Ein Wert von 1 ist der Standardwert. Werte größer als 1 smoothen mehr - Werte kleiner als 1.0 weniger.

Genauigkeit für entfernte Objekte reduzieren (Reduce Accuracy for Distant Objects) Wenn diese Option angewählt ist, wird entfernten Objekten eine geringere Oberflächengenauigkeit zugewiesen als den nahe an der Kamera stehenden. Das garantiert optimale Performance ohne sichtbare Verluste hinnehmen zu müssen.

Rückflächen ausschließen (Eliminate backfaces) Die Dreiecke, die von der Rasterengine "gemalt" werden, haben eine Vor- und eine Rückseite. Normalerweise kann man die Rückseiten nicht sehen und man kann den Rendervorgang beschleunigen, indem man die Rückseiten nicht rendern läßt. In manchen Fällen, z.B. bei transparenten Objekten oder innerhalb eines Objektes kann man eben diese Rückseiten sehen und diese Option sollte in solchen Fällen nicht angewählt werden.

Generate High Dynamic Image - when diese Option ausgeschaltet ist, wird das Bild in RGB farben ausgegeben. Diese Limitierung kann mit dem Häkchen aufgehoben werden - so können Bilder mit Gleitkommagenauigkeit generiert werden. Das ist natürlich nur sinnvoll wenn das Speicherformat diese Fülle an Farben unterstützt - was nur bei *.hdr der Fall sein dürfte .

6.4 Raytracing Engine

Ein Raytracer "schießt Strahlen" von der Ansicht in die Szene. "Er" entscheidet welche Farbe ein Bildpunkt annimmt, indem er eine gerade Linie von der Kamera zu der Bildfläche in der der Pixel liegt schießt und sieht ob etwas im Weg dieses Strahls liegt oder nicht. Wenn etwas im Weg liegt bestimmt das die Farbe des Pixels - wenn nicht dann das Objekt das als nächstes "getroffen" wird. Wenn das Objekt transparent ist, wird unter Berücksichtigung des eingestellten Brechungsindex der Strahl gebrochen und verfolgt dann in dem anderen Winkel weiter die Farbe des entsprechenden Bildpunktes. Wenn ein Objekt glänzend ist wird eine "Reffelktionsrichtung" festgestellt und der Srahl so weiterverfolgt - und wenn dann dieser Strahl auf ein Objekt trifft werden mehr Strahlen in diese Richtung geschickt.

Um nun die Szene mit der Raytracing-Engine zu rendern, wählen Szene -> Szene rendern und wählen den Raytracer aus dem Dropdown Menü im erscheinenden Dialog:

6.4.1 Raytracer Basic Rendering Options

Oberflächengenauigkeit (Surface Accuracy) bestimmt mit welcher Genauigkeit/3D Auflösung die Geometrie in der Szene gerendert wird. Je niedirger der Wert, desto höher die Auflösung. Der Wert stellt die Annäherung da, mit der die Dreiecke die tatsächlichen Formen abformen. Behalten Sie aber im Hinterkopf das dieses Mehr an Genauigkeit zusätzliche Renderzeit bedeutet. Hier sind einige Beispiele die den Effekt der Oberflächengenauigkeit mit verschiedenen Werten darstellen: Es sollte quasi nie nötig sein die Oberflächengenauigkeit unter 0.001 zu setzen.

Antialiasing Aliasing wird der Effekt genannt der schräge liegende oder gebogene Kanten treppenartig aussehen läßt. Das ist stellenweise durch zu wenige Strahlensamples verursacht. Antialiasing wird die Technik genannt die diesen Effekt mildert oder behebt, indem extra Strahlen an den Stellen genutzt werden die empfindlich sind für Treppenkantenbildung. Art of Illusion ermöglicht 2 Stufen von Antialiasing - Medium und Maximum und weiterhin kann die Anzahl der zusätzlich benutzen Strahlen zwischen 4 bis 1024 geändert werden. Ein höherer Wert verbessert das Ergebnis - verlängert natürlich auch die benötigete Zeit des Renderns. Welche Werte man einstellen muß hängt sehr vom Bild und den verwendeten Features ab. Das untere Beispiel zeigt 2 Levels von Antialiasing - jedes mit verschiedenen Min./Max. ray Einstellungen:

In den meisten Situationen reichen Min-4, Max-16 Strahlen (Rays) aus um ein gutes Antialiasing darzustellen. Weitere Strahlen sind aber für Effekte wie weiche Schatten, Sichtweite (Depth of Field) und Glanz/ Lichtdurchlässigkeit durchaus notwendig um die Effekte überzeugend darzustellen. Das Minimum kann generell weit unter dem Maximumwert gesetzt werden.

Sichtweite (Depth of Field) Wenn diese Option gesetzt ist kommt die Brennweite (Focal distance)und die Sichtweite aus den Kamera Optionen mit ins Spiel. Hiiermit können fotografische Schärfentiefe Effekte erreicht werden. Nur Geometrie die sich in der Brennweite +/- Sichtweite befindet wird scharf dargestellt. Je weiter ein Objekt von diesem Bereich entfernt ist, desto mehr wird es unscharf (blurred). Die Brenn- und Sichtweite wird gesteuert in den Kamera Optionen. Das untere Beipsiel zeigt einige Bilder mit verschiedenen Paramtern für die Kamera:

Glanz/Lichtdurchlässigkeit (Gloss/Translucency) Glanz ist hier ein Begriff für die unscharfen (blurred) Reflektionen die von dem Texturparameter Rauhigkeit verursacht werden. Lichtdurchlässigkeit ist die Variation des durchgeführten Lichts durch ein Objekt basierend auf dem Parameter Wolkigkeit (Cloudiness) - ebenfalls in den Texturen zu Hause. Sehen Sie in Uniform Texturen für weitere Einzelheiten. Das Bild hier unten zeigt ein Beipsiel für Glanz (Gloss) ein einer etwas metallischen Oberfläche. Bitte beachten Sie, das die Min Rays/Pixel und die Max Rays/Pixel für höhere Rauhigkeitswerte (Roughness) auch höher eingestellt werden müssen, um weichere Resultate zu bekommen:

Weiche Schatten (Soft Shadows) Mit dieser Option kann man realistischere Schatten mit weichen Rändern erzeugen. Scharfe Schatten entstehen häufig durch die tatsache das dioe Lichtquellen unendlich klein sind. Man kann den Radius der Punktlichter und Spotlichter anpassen - damit wird der entstehende Schatten weicher. Bitte beachten Sie, das die Min Rays/Pixel und die Max Rays/Pixel höher eingestellt werden müssen, um weichere Resultate (Scchatten) zu bekommen. :

Der Raytracer Dialog erlaubt weitere Effekt die über diese 3 Knöpfe zu erreichen sind:

6.4.2 Ausleuchtung (Illumination - Global Illumination, Caustics and Subsurface Scattering)

Der

(Ausleuchung) Knopf ermöglicht einen Dialog aufzurufen, in dem Effekte wie Globale Illumination, Caustics und Subsurface Scattering eingestellt werden können:

Globale Ausleuchtung (Global Illumination)

Globale Ausleuchtung (Global illumination) (GI) ist eine Methode um von Flächen widergestrahltes Licht zu simulieren. In der Praxis bedeutet es, das Flächen die nahe beieinanderliegen auch einander mit Licht "bewerfen" - so sie denn selber auch beleuchtet werden - also etwas zum "Werfen" haben. Im unteren Beipspiel scheint ein Spotlicht genau auf die rote Kugel. Links ist die Szene ohne GI gerendert mit einem Punktlicht über der Kugel - es gibt kein rotes Licht das von der Kugel auf die Boxwand übertragen wird - wie man es in der Realität erwarten kann. In der Mitte ist GI angeschaltet und ein roter Hauch der von dem "gescatterten" Licht der Kugel kommt ist auf der Boxwand zu erkennen. Die Menge an gestreutem (gescattertem) Licht beruht auf dem Ambient Color Optionen und den Diffuse Farbe Einstellungen des Objekts von dem das Licht gestreut wird.

Wenn GI benutzt wird ist es auch möglich den Umgebungs Hintergrund als Lichtquelle zu benutzen - wie rechts gezeigt.

Diese Technik ist sehr wirkungsvoll wenn man das Licht eines bewölkten Tages darstellen möchte - wie im Bild unten - oder eine Innenraumszene mit goßen Lichtquellen (Sonne ect.).	Zudem wird mit eingeschaltetem GI auch Licht von emissiven Texturen abgegeben. Das emmitierte Licht kann mit der Funktion "Gewichten" (Scale) verstärkt werden. Siehe hier für weitere Einzelheiten.

Global Illumination kann sehr realistische und beeindruckende Effekte erzeugen in Zusammenarbeit mit Bild-basierendem Licht (Image-Based-Lighning IBL). Das wird erreicht indem man ein Bild als Hintergrundtextur setzt und das als Lichtquelle benutzt. Das ist noch effektiver wenn High dynamic range oder radiance (*.hdr) Bilder benutzt werden.

GI Beleuchtung sinnvoll nutzen bedeutet die Balance zwischen verschiedenen Faktoren einhalten. Generell: HaltenSie die diffusen Farben dunkler als normal und die Umgebungsfarbe nahe schwarz, hellen Sie die Lichtquellen auf und benutzen Sie viele Rays/Pixel um ein glatteres Bild zu erzeugen.

Es gibt 4 Methoden in Art of Illusion um GI Beleuchtungen wie in der Optionenliste oben zu erzeugen: Monte Carlo, Ambient Occlusion, Photon Mapping oder Hybrid.

Die Monte Carlo Methode fügt gesteutes Licht zum Raytracing Algorithmus hinzu - ebenso diffus reflektiertes. Dies Lichtstrahlen werden in allen Richtungen emittiert und können - wenn genug max. Rays/pixel involviert sind das Licht das von anderen Quellen als den normalen Lichtquellen kommt sehr gut wiedergeben. Die Glattheit/Feinheit des Bildes wird bestimmt durch die Anzahl von Lichtstrahlen die im Raytracer Dialog gesetzt werden, bzw. mit dem Parameter Rays to Sample Environment im Ausleuchtungsdialog. In jedem Fall gilt das das Bild besser wird je mehr Rays genutzt werden. Der Unterscheid ist das die Anhebung der Min/Max Rays im Raytracer Dialog die Anhebung aud den ganzen Rendering Prozeß bedeutet, während die Anhebung der Rays to Sample Environment nur die Strahlen meint die genutzt werden um die GI zu evaluieren - was in einem schnelleren rendering resultiert bei gleichem GI Rauschanteil.

Wenn Hintergrundbilder für IBL (Image-based-Lightning) genutzt werden ist auch das Smoothing (Glättung) für das Bild wichtig. (Siehe Zusätzliche Glättung für Globale Ausleuchtung).

Ambient Occlusion ist eine simplere Version von Monte Carlo GI. Während Monte Carlo weiter alle Strahlen verfolgt die gestreut und wiedergestreut werden bis sie die Szene verlassen oder zu dunkel werden - kalkuliert Ambient Occlusion diese diffusen zwischen-Reflektionen nicht. Deshalb gibt es hier kein "Farbbluten" (Color bleeding). Dennoch erlaub Ambient Occlusion Szenen mit der Umgebung alleine zu beleuchten oder von emissiven Objekten, so wie in den Monte Carlo vs. Ambient Occlusion Bilden hier unten - Ambient Occlusion ist auch schneller.

Photon Mapping ist ein weiterer Weg um GI zu kalkulieren. Mit dieser Methode wird eine GI Photonenmap erstellt aus den Pfaden individueller Photonen einzelner Lichtquellen und emissiven Objekten. Die Anzahl Photonen die hier verfolgt /ausgesendet werden wird mit der Gesamtzahl Photonen gesetzt. Wie Sie vielleicht erwarten wird das Photonen map akkurater je mehr Photonen eingestellt werden. Aber natürlich wird je nach Einstellung auch mehr Arbeitsspeicher und Zeit zum Rendern benötigt.

Die Photonmap wird dann benutzt um das Licht an jedem Punkt der Szene zu berechnen. Spezieller: Um das Rauschen zu reduzieren wird das Licht mit Hilfe eines gewichteteen Mittels aus einer Menge Photonen um den Punkt herum bestimmt. Die Anzahl von Photonen die in dieser Berechnung um einen Punkt herum genutzt werden wird wird mit dem Parameter # To Estimate Light im Ausleuchtungsdialog gesetzt. Wenn dieser Wert erhöht wird , wird das Rauschen verringert, aber es kommt zu einem blurring (Verschmierung) durch die Photonmap. Das kommt dadurch das man größere Bereiche über die größere Anzahl der benötigten Photonen zusammenfasst um ein Mittel zu bilden. Artefakte können ebenfalls entstehen - speziell an scharfen Ecken. Diese Effekte können etwas eingedämmt werden indem die Anzahl der Total Photons angehoben wird.

Das Bild hier unten zeigt die Variationen der Bildqualität die mit dem Verstellen der 2 Photonenparameter erreicht wird. Wie Sie sehen gibt die Steigerung der Total Photons eine schärfere, genauere Map, während die Erhöhung der # To Estimate Light Rauschen reduziert, aber das "Blurring" verstärkt.

Die letzte Methode nennt sich Hybrid Methode. Diese ist eine Kombination aus Monte Carlo und Photonmapping. Die MC Methode wird für die Lichtstrahlen benutzt bevor sie diffus reflektiert werden, die Photon Methode wird für die diffus reflektierten Lichtstrahlen benutzt. Bei dieser Methode wird die Photonmap nur von diffus verstreuten Lichtstrahlen "gesehen", was bedeutet das die Genauigkeit der map nicht so hoch sein muß wie beim Photonmapping selbst. Das kann man hier unten sehen; die Bilder sind relativ unempfindlich für die Variation in der Photonenanzahl:

Caustics

Wenn diese Option im Ausleuchtungsdialog angeschaltet ist, wird eine andere Photonmap generiert, die nur Lichtstrahlen berücksichtigt die spiegelnd reflektiert oder mindestens einmal gebrochen (refraktiert) wurden. Das ermöglicht realistische Caustic-Effekte wo Licht gebündelt wird und Muster und Lichtpunkte erzeugt. Genauso wie beim Photonenmapping für Globale Ausleuchtung (GI) macht die Anzahl der Total Photons die Caustic map genauer. Die Erhöhung der # To Estimate Light reduziert das Rauschen - aber die Map beginnt weichgezeichnet ("geblurt") zu erscheinen wenn die Anzahl zu hoch ist.

Streuung durch Materialien

Wenn Sie Objekte mit streuendem Material haben, sollte das Licht auch hindurchscheinen - bis in eine gewisse Tiefe oder sogar ganz hindurch. Die Methode die benutzt wird kann hier eingestellt werden. Es gibt 3 Möglichkeiten um Streuung innerhalb eines Materials darzustellen: Single Scattering oder Photon Mapping oder beides.

Single Scattering:
Ein vereinfachter Ansatz wird hier zur Hilfe genommen mit dem Rechenzeit auf Kosten der genauigkeit gespart wird - wodurch der Effekt möglicherweise nicht so realistisch empfunden wird. Wenn ein Lichtstrahl durch ein streuendes Material durchwandert, sendet es an jedem punkt einen Strahl zu jeder Lichtquelle aus um zu sehen ob dieser blockiert wird. das funktioniert ganz gut bei Materialien di enur wenig streuen - wie z.B. Licht in einem staubigen Raum. Hier wurde ein Quader der den raum füllt erstellt - mit einer komplett transparenten Textur versehen und dem material das unten zur Linken gezeigt wird. Das Material ist halbtransparent und hat einen hohen Streuungswert, indem man die Streufarbe noch skaliert hat.
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Photon Mapping:Diese Methode simuliert Subsurface Scattering (SSS), welche hochbedeutend ist um realistisch Materialien wie Wachs, Haut, Milch, Marmor ect. abbilden zu können. Diese Methode erstellt eine Volumen-Photonmap indem alle Objekte mit streuenden Materialien "beschossen" werden und man läßt die Strahlen dann im Objekt umherreflektieren, bis sie herausspringen bzw. bis sie enden und man schaut wo das passiert.

Das ist langsamer als die Single Scattering Methode - es sein das eine Menge Lichtquellen vorhanden sind - in diesem Fall kann diese Methode sogar schneller sein. Allerdings ist es nicht so gut für die Fälle wie den Sonnenstrahl im staubigen Raum, da die Kanten des Strahls dann nicht so klar definiert erscheinen wie im oberen Beispiel. Hier unten ist der Versuch Wachs mit den gezeigten Texturen und materialien darzustellen . Die Szene besteht aus einem einfachen Objekt das mit einem Punktlicht innerhalb einer transparenten, aber selbstleuchtenden Kugel beleuchtet wird. Der Selbstleuchteffekt der Kugel hat eher einen visuellen als einen Beleuctungseffekt. Mit Single Scattering wird der recht unrealistische Effekt neben dem Setup-Bild erreicht. Aber mit dem Gebrauch von Photon Mapping mit verschiedenen Einstellungen sind die Ergebnisse um einiges besser.

Both benutzt eine Kombination des Standardraytracing für einfache Streuungen und Photonmapping für multiple Streuungen. Theoretisch gibt das die besten Ergebnisse, aber es ist auch die langsamste Methode.

6.4.3 Erweiterte Optionen (Advanced Settings)

Wie auch bei der Raster Engine, so gibt es auch im Raytracer Erweiterte (Advanced) Einstellungen. Aud den Button

klicken, liefert folgenden Dialog:

Um zu verstehen was die Optionen hier bedeuten müßen wird den Raytracing Prozeß genauer betrachten. Der Raytracer sendet Strahlen aus der Kameraebene (Bildschirm) durch jeden Pixel im Bild und schaut nach, ob es Kollisonen und Interaktionen mit Objekten auf dem Weg gibt. Wenn der Strahl ein transparentes Objekt trifft, werden mehr Strahlen ausgesendet, welche wiederum mehr Strahlen aussenden ect. Dieser Prozeß bildet einen "Baum" der aus dem einen Lichtstrahl entsteht, der seineszeichens für immer weiterlaufen kann.

Um diesen Prozeß nun irgendwo zu stoppen gibt es 2 Parameter: Max Lichtstrahl-Baum Tiefe (Max Ray Tree Depth), welcher die max. Anzahl von Ebenen vorgibt und die Min. Lichtstrahlintensität (Min Ray Intensity), welche den Prozeß stoppt, wenn die Intensität des Lichtstrahls unter diesen Wert fällt. Er wird dann auch nicht mehr viel zu der Farbgebung eines Pixels beitragen. Diese Parameter stellen häufig einen Balanceakt zwischen der Renderzeit und der Qualität dar.

Sie müssen den Wert der Max Lichtstrahl-Baum Tiefe erhöhen wenn z.B. viele Reflektionen oder transparente Objekte in der Szene sind. Im unteren Beispiel ist ein roter Zylinder der zwischen 2 parallelen Spiegeln platziert ist, dies sollte eine unendliche Spiegelung produzieren. In solch einer Situation muß man - um ein bestimmtes Ergebnis (mehr Spiegelungen) zu erreichen - die Max Lichtstrahl-Baum Tiefe erhöhen - wie hier gezeigt.

Material Schrittgröße (Material Step Size) Dies ist eine Möglichkeit die Integration der Schrittweite von Materialien in einer Szene zu kontrollieren. Dies wird normalerweise vom Programm selbst gesteuert - kann hier aber "überstimmt" werden. Kleine Werte führen zu längeren Renderzeiten - können aber für feine detailierte Materialien notwendig sein. Höhere Werte resultieren in verkürzten Renderzeiten - können aber Blurring-Effekte generieren. Normalerweise kann man die Standardwerte eingestellt lassen.

Texturglättung (Texture Smoothing) wendet Antialiasing auf alle Texturen in einer Szene an, um Details die kleiner als ein Pixel sind zu entfernen. Dies geschieht um Probleme mit Über- oder Unterglättung im Render oder in der Textur zu vermeiden. Ein Wert von 1 ist die Standardeinstellung. Werte größer als 1 glätten mehr und Werte kleiner 1 glätten weniger.

Zusätzliche Glättung für Globale Ausleuchtung ermöglicht zusätzliche Glättung von Texturen im rauschanfälligen Global Illumination Verfahren. Der Bedarf an Glättung richtet sich nach der Intensität der in den Texturen und im Environment verwendeten Texturen (Bitmaps). Die Glättung wird aufgebracht nachdem die Lichtstrahlen wenigstens einmal diffus reflektiert worden sind. Umgebungsmaps (Environment maps) können eine höhere Glättung haben, da die Strahlen die von einer Environmentsphere ausgehen quasi sehr weit weg von den Objekten entstehen. Diese Entfernung bedeutet das jeder Punkt auf einer Fläche sehr viel von der Umgebung "sieht" - somit hat zusätzliche Glättung wenig negativen Effekt. HDR Bilder benötigen sogar mehr Glättung (Wert von 1000 oder mehr) um das Rauschen aufgrund der zusätzlichen Intensität im finalen Rendering zu unterdrücken. Die unteren Beispiele zeigen die Auswirkung der Glättung für ein HDRI environment map - beachten Sie das sich mit dem Smoothing hier auch die Farbe des Bildes ändert da die Umgebung "geblurrt" wird.

Genauigkeit für entfernte Objekte reduzieren (Reduce Accuracy for Distant Objects) Wenn diese Option gecheckt wird, wird Objekten die weiter entfern sind eine geringere Oberflächengenauigkeit zugewiesen als den nahen Objekten. Das bietet max. Performance ohne große Unterschiede in der Qualität des Ergebnisses.

Russisches Roulette Abtastung (Russian Roulette Sampling) ist eine andere Möglichkeit reflektierte oder transmittierte Strahlen zu verfolgen. Anstelle die Intensität aller dieser Strahlen zu erhöhen, lotet dies Verfahren die Möglichkeit aus das ein Strahl überhaupt entsteht. Nehmen Sie z.B. eine Textur die eine specularity (Glanz) von 0.2 hat. Der normale Raytracing Prozeß würde alle Strahlen mit dem Faktor 0.2 multiplizieren. Russian Roulette Abtastung produziert Strahlen von der Intensität 1 - aber nur nur 20% der Zeit. Das hat den Vorteil das nicht so viel Zeit damit verbracht wird Strahlen zu verfolgen, die wenig zur Farbe eines Pixels beitragen. In der Praxis ist dies Verfahren schneller - prodduziert aber mehr Rauschen. Der Hauptvorteil ist eine zügigere Vorschaumöglichkeit für Bilder die eine GI Beleuchtung einsetzen. Für finale Bilder ist es möglicherweise das Beste diese Option abzuschalten.

Die untenstehenden Bilder verdeutlichen den Unterschied von Qualität und Renderzeit zwischen dem Standard Raytracer ohne und mit Russian Roulette Abtastung:

Standard Raytracer - Render Zeit 12m 46s

Russian Roulette Sampling - Render Zeit 10m 01s

Rausch Reduzierungsfilter anwenden (Apply Noise Reduction Filter) wird benutzt um Rauschen im Bild weichzuzeichnen (blurren) - und zwar als Post Prozeß nach dem Rendering. Der Filter arbeitet "intelligent" um nur dort weichzuzeichnen wo es benötigt wird, während er die "Features" des Bildes (Details ect.) erhalten soll. Filterdurchläufe (Iterations of Filtering) bestimmt wie stark das Bild weichgezeichnet wird. Je größer die Anzahl der Durchläufe - je mehr wird weichgezeichnet. Ein Beispiel ist hier unten zu sehen. Alle Bilder sind mit Min Rays 4, Max Rays 32 gerendert und verschiendenen Anzahlen von Filterdurchläufen. Wie zu sehen ist kann der Filter effektiv Rauschen entfernen und dabei Details beibehalten. Jedoch kann man auch hier übertreiben.

Zum Schluß sind da noch die Ausgabe Optionen die mit dem Dialog eingestellt werden der bei Druch auf diesen Knopf

erscheint.

Transparenter Hintergrund (Transparent Background) Diese Option produziert ein Bild mit einem durchsichtigen Hintergrund, d.h. es fügt einen Alphakanal hinzu - der aber nur gespeichert wird, wenn im *.tif, *.bmp gespeichert wird. EIn 2D Bildverarbeitungs oder Videoeditierprogramm kann die Alphainformation z.B. als Maske nutzen.

High Dynamic Range Image generieren. Wenn diese Option ausgeschaltet ist wird, werden die Pixel in Rot, grün und blau Kanälen mit dem Range 0-255 gerendert. Das limitiert das Bild auf 16 Mio. Farben ("True Color"). Wenn diese Option angeschaltet ist werden Gleitkommawerte für die Farben produziert - was die Farbgebung unendlich erweitert. Das ist natürlich nur dann sinnvoll, wenn in einem Format gespeichert wird, das diese Gleitkommawerte unterstützt. Also z.B. HDR.

6.5 Gerenderte Bilder sichern

Wenn ein Bild fertig gerendert wurde wird ein "Rendern abgeschlossen" im oberen teil des Dialogs eingeblendet und Sie bekommen eine Option zu sehen das Bild zu Speichern. Auf diesen

Button klicken öffent folgenden Dialog:

Hier können Sie das Bildformat zum Sichern des Bildes auswählen, also JPEG (.jpg), TIFF (.tif), PNG (.png), Windows bitmap(.bmp), oder Radiance, bzw. High Dynamic Range Image (.hdr) Format. Wenn Die einen transparenten Hintergrund haben, sollten Sie im TIF, BMP oder PNG Format sichern um diese transparenzinformation im einem Bildverarbeitungsprogramm oder Videoeditor weiter benutzen zu können.

Der Quality-Slider oder Wert bestimmt den Grad der Kompression des Bildes, wenn es im JPG Format gespeichert wird. Ein höherer Quality Wert bedeutet ein besser aussehendes Bild auf Kosten des Speicherplatzes.

Auf OK klicken bringt einen Dialog indem der Dateiname und Speicherort bestimmt werden kann.

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