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        VRay渲染引擎的光影仿真技術(shù)應(yīng)用研究

        2020-10-09 10:04:54彭雙
        藝術(shù)大觀 2020年8期
        關(guān)鍵詞:引擎

        彭雙

        摘 要:以vray渲染來(lái)替代3dsma軟件的線性渲染引擎更具有較強(qiáng)場(chǎng)景渲染實(shí)用性,基于對(duì)渲染引擎原理的分析研究,解決了三維場(chǎng)景中真實(shí)光影效果仿真。通過Vray 渲染引擎的布光系統(tǒng)研究對(duì)室內(nèi)自然光、人造光源等照明方式的模擬實(shí)例對(duì)比;對(duì)自然界天光、太陽(yáng)光的照射光影模擬實(shí)例對(duì)比,研究出一套完整的布光系統(tǒng),得出Vray 渲染引擎的光源系統(tǒng)用于模擬現(xiàn)實(shí)物理世界中真實(shí)的光源照射的情況,光影效果能夠達(dá)到仿真效果。vray渲染引擎比3dsMax線性渲染引擎計(jì)算時(shí)間根快,仿真效果更真實(shí)。

        關(guān)鍵詞:VRay;渲染;引擎;光影仿真;三維場(chǎng)景

        中圖分類號(hào):TP391文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):2096-0905(2020)08-0-02

        在對(duì)Vray渲染引擎中的燈光系統(tǒng)的仿真技術(shù)分析研究,以vray渲染來(lái)替代3dsma軟件的線性渲染引擎,模擬真實(shí)光影達(dá)到仿真效果。三維場(chǎng)景中光影仿真程度取決于渲染引擎的模擬技術(shù)。跟渲染引擎緊仿真度密相連的是相應(yīng)的燈光模擬技術(shù),不同的渲染引擎有相應(yīng)的燈光系統(tǒng)。Vray渲染引擎結(jié)合了光線跟蹤和光能傳遞的渲染器,使用專業(yè)的全局照明系統(tǒng)、精確的光影跟蹤、渲染速度快以及易用性和兼容性成為主流渲染引擎。Vray渲染引擎模擬真實(shí)世界場(chǎng)景,使用全局光照引擎模擬光線傳播進(jìn)行分析,得出其真實(shí)的光線仿真計(jì)算,內(nèi)核采用了Quasi-Monte Carlo算法加快運(yùn)算速度,在同樣的光影場(chǎng)景下,Vray渲染引擎的渲染速度是線性渲染引擎2倍以上。

        一、基于VRay渲染的自然光影認(rèn)知

        (一)自然光源產(chǎn)生的光線認(rèn)知

        在物理世界中主要的自然光就是太陽(yáng),也是最大的自然光源,通過太陽(yáng)的照射給大自然帶來(lái)了豐富而又美麗的變化。太陽(yáng)照射角度和位置的不同,就出現(xiàn)了日出、日落使自然界有了冷暖的變化。上午太陽(yáng)光在大氣層中穿越的距離最遠(yuǎn),大氣的混濁度也比較高,上午天空的顏色色調(diào)偏冷,隨著時(shí)間遞增太陽(yáng)照射強(qiáng)度加強(qiáng),天空呈現(xiàn)出由冷轉(zhuǎn)暖的色調(diào)過度,顏色層次較弱;陰影顏色模糊,有明顯衰減。正午時(shí)間太陽(yáng)照射的角度呈90度,光源離地面最近,太陽(yáng)光直射最強(qiáng),對(duì)比強(qiáng)烈。陰影濃重,陰影的層次變化不明顯。下午隨著角度得改變,太陽(yáng)離地面更遠(yuǎn),“照射的對(duì)比度也慢慢地降低,同時(shí)飽和度慢慢地增加,天光產(chǎn)生的陰影也隨著太陽(yáng)高度的下降而變得更加豐富?!盵1]日落的時(shí)候,陽(yáng)光照射得光線和對(duì)比度再次變?nèi)酰?yáng)光的顏色變成橙紅暖色調(diào),陽(yáng)光和天光得映射使天空得色彩變得更為豐富,陰影的色彩和天空的暖色調(diào)形成極大的反差,顏色更深色調(diào)更冷,陰影根據(jù)太陽(yáng)位置的變化被拉長(zhǎng),陰影柔和。

        (二)人造光源產(chǎn)生的光線認(rèn)知

        人造光源彌補(bǔ)了自然光照射的缺失,光線幽暗的環(huán)境和夜晚需要人造光源照明。室內(nèi)光照也因環(huán)境的功能、照明的需求、營(yíng)造的氣氛形成了一套照明系統(tǒng)?!霸O(shè)計(jì)師在進(jìn)行室內(nèi)設(shè)計(jì)時(shí),更多地思考如何去處理光與造型、光與空間、光與色彩、光與材質(zhì)等所產(chǎn)生的“光”環(huán)境藝術(shù)效果?!盵2]人造光源可分為集中照明、裝飾照明和基礎(chǔ)照明三種形式相互結(jié)合,形成豐富的光影變化。

        二、VRay渲染引擎的光照系統(tǒng)

        “建筑設(shè)計(jì)方面的要求,局限性要大很多,不僅要求渲染技術(shù)和燈光效果,還要求能模擬出更真實(shí)的場(chǎng)景效果?!惫庥靶Ч臉?gòu)成要素包括室內(nèi)自然光,室內(nèi)人造光源的照明方式和室內(nèi)燈光的款式以及天光、太陽(yáng)光的照明亮度和陰影。VRay渲染引擎的光照系統(tǒng)能夠很好的完成光影效果的仿真。

        VRLitght主要原理是從一個(gè)設(shè)置的形狀區(qū)域開始發(fā)布能量光源,在區(qū)域內(nèi)的光源能量是均勻模擬,超出參數(shù)設(shè)置區(qū)域的能量逐步衰減。VR光源按照形狀有三種分布形式:平面、球體以及圓形。光源能量均是按照設(shè)置的形狀發(fā)布光能。平面光源會(huì)按照創(chuàng)建平面大小以及箭頭方向一側(cè)平均發(fā)布光源,超出區(qū)域光能按照距離逐步開始衰減。球體光源所呈現(xiàn)的形狀是圓球狀,光源在球體內(nèi)部按照光能參數(shù)進(jìn)行點(diǎn)式照射。圓形光源會(huì)按照創(chuàng)建圓形大小以及箭頭方向一側(cè)平均發(fā)布光源,同樣超出區(qū)域的光能按照距離逐步開始衰減。

        三、基于真實(shí)光線渲染引擎的工作原理

        (一)VRay渲染引擎類型

        VRay渲染引擎中最核心的技術(shù)是采用了全局光照原理?!叭止庹眨℅lobal Illumination)簡(jiǎn)稱GI,傳統(tǒng)的線性渲染引擎只考慮直接光照,不考慮反射光,但全局光照包括了直接光照和間接光照,正因?yàn)槿绱耍止庹障到y(tǒng)能夠真實(shí)地表現(xiàn)場(chǎng)景燈光?!敝苯庸庹帐菍⒐庠窗l(fā)出的光能直接照射到場(chǎng)景上的物體所形成的光影效果,間接照明是光源發(fā)射的光能經(jīng)由場(chǎng)景中其他物體表面反彈后照射在某些物體表面所形成的光影現(xiàn)象。

        (二)VRay渲染技術(shù)分析

        VRay渲染面板中圖像采樣抗鋸齒、顏色映射、GI引擎是三個(gè)關(guān)鍵數(shù)值,直接影響渲染質(zhì)量和仿真效果。

        圖像采樣抗鋸齒中有三種類型,固定是默認(rèn)模式,測(cè)試時(shí)使用提升渲染速度。自適應(yīng)DMC模式會(huì)產(chǎn)生大量模糊反射,顯現(xiàn)微小細(xì)節(jié),渲染速度慢。自適應(yīng)細(xì)分模式細(xì)節(jié)程度不理想,主要運(yùn)用于大量鏡面反射。

        四、VRay渲染引擎光影仿真布光系統(tǒng)構(gòu)建

        “燈光的角度、數(shù)值的大小、面片的選擇都會(huì)影響到材質(zhì)質(zhì)感的效果;從物理方面考慮如何體現(xiàn)燈光、材質(zhì)效果的表現(xiàn),也就要求要加強(qiáng)對(duì)生活的認(rèn)識(shí)和物理知識(shí);”通過Vray渲染引擎的布光系統(tǒng)研究對(duì)室內(nèi)自然光、人造光源等照明方式的模擬實(shí)例對(duì)比;對(duì)自然界天光、太陽(yáng)光的照射光影模擬實(shí)例對(duì)比,研究出一套完整的布光系統(tǒng)。

        通過表1中兩種日光模擬方法的對(duì)比,第一種利用環(huán)境光、天光結(jié)合太陽(yáng)光的模擬方式使用了3DMAX自帶的TargetDirectionalLight目標(biāo)平行光結(jié)合環(huán)境光,雖節(jié)省了時(shí)間但是光影效果差,達(dá)不到仿真模擬的效果。第二種光源是利用VR面片光結(jié)合VR太陽(yáng)光的模擬方式使用了VRay渲染引擎中的VRLitght、VRaySun兩種燈光,這種方式模擬光影效果真實(shí),能夠達(dá)到仿真的效果,但同樣達(dá)到仿真的同時(shí),VRLitght的陰影出現(xiàn)雜點(diǎn),需要調(diào)高渲染的參數(shù),使電腦計(jì)算時(shí)間慢,渲染時(shí)間加長(zhǎng)。需要在后期渲染時(shí)對(duì)光子貼圖進(jìn)行保存來(lái)節(jié)省計(jì)算時(shí)間。

        五、結(jié)束語(yǔ)

        通過大量實(shí)踐研究,提出布光技術(shù),使用Vray渲染引擎算法來(lái)模擬現(xiàn)實(shí)中的光影光照效果,使其渲染效果能夠逼真的反映出物理世界中的光源照射情況。最后得出真實(shí)光線物理特性的VRay渲染引擎比線性渲染引擎燈光仿真技術(shù)從效果和速度上都具有明顯優(yōu)勢(shì)。Vray 渲染引擎帶有自己的光源系統(tǒng),Vray Light、Vray Sun、VRay IES。通過Vray 渲染引擎的布光系統(tǒng)研究對(duì)室內(nèi)自然光,室內(nèi)人造光源等照明方式的模擬實(shí)例對(duì)比;對(duì)自然界天光,太陽(yáng)光的照射光影模擬實(shí)例對(duì)比,研究出一套完整的布光系統(tǒng),得出Vray 渲染引擎的光源系統(tǒng)用于模擬現(xiàn)實(shí)物理世界中真實(shí)的光源照射的情況,光影效果能夠達(dá)到仿真效果。vray渲染引擎比常規(guī)的線性渲染引擎要節(jié)省更多時(shí)間,效果更真實(shí)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙揚(yáng).光影在3Dsmax和Vary渲染藝術(shù)中的影響和表現(xiàn)[D].景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院,2012.

        [2]孫德明.談室內(nèi)藝術(shù)照明設(shè)計(jì)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)(哲學(xué)社會(huì)科學(xué)版),2006(02):128-132.

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