MENTAL RAY. PARAMETRI GENERALI

Mental Ray è un motore di rendering alternativo al classico Scanline che 3DStudio Max ha sempre posseduto. Le principali caratteristiche di Metal Ray sono:

- Illuinazione globale.
- Caustiche (sono le riflessioni della luce speculare. Ad esempio: i riflessi intensi prodotti sul soffitto di una piscina dall'acqua sottostante).
- Definizione di materiali fotorealistici.
- Applicazione di effetti speciali.

Mental Ray utilizza soprattutto gli algoritmi di ray tracing, dedicati al calcolo delle riflessioni, rifrazioni ma anche alla definizione della luce diffusa e delle caustiche.

Vediamo quali sono le principali caratteristiche di Mental Ray.

Spesso si incotrerà il termine SHADER. Uno Shader è un elemento di base che controlla il rendering di una scena. Nella sua forma più semplice appare come un ombreggiatore di superficie (cioè una mappa impostata in un materiale assegnato a una superficie). Tuttavia la sua funzione non è semplicemente quella di ricoprire una supericie, ma anche quella di definire un controllo su effetti volumetrici, fotoni, lens effect ecc...

Una combinazione di più Shader insieme, che definiscono tutti gli aspetti di un materiale, è chiamata PHENOMENA.

Dopo avere impostato come motore di rendering Mental Ray, sono resi disponibili i materiali (phenomena) e le mappe (shader) dedicate a Mental Ray. Sono di colore giallo.

I materiali tradizionali (blu) e le mappe tradizionali (verdi) sono compatibili con Mental Ray, tranne alcuni (indicati con un colore grigio).

Oltre ovviamente ai parametri, una differenza tra le mappe tradizionali e quelle Mental Ray è il selettore di colori.

I valori numerici dei coori al posto di variare nel range [0...255] variano nel range [0...1]

Tutte le luci standard e fotometriche sono compatibili con Mental Ray. Esistono comunque 2 nuovi tipo di luci dedicate: MR AREA OMNI e MR AREA SPOT.

Quando si imposta un sistema di illuminazione, è consigliabile utilizzare luci con ombre Ray Trace oppure Mental Ray Shadow Map (è un nuovo tipo di ombra).

L'illuminazione indiretta di Mental Ray gestisce sia l'illuminazione diffusa che gli effetti caustici.

Per simulare l'illuminazione indiretta vengono utilizzati dei fotoni. Ogni fotone trasporta energia che interagisce con la scena: colpisce le superfici, viene assorbita, riflessa e rifratta. L'energia decade con la distanza e ogni volta che il fotone colpisce una superficie.
Questa interazione dei fotoni con la scena è gestita da Photon Shaders, che entrano in funzione automaticamente quando utilizziamo un materiale di tipo Mental Ray. Attenzione però: se successivamente cambiamo motore di rendering i materiali Mental Ray potrebbero produrre risultati errati.

Esistono 2 tipi di fotoni: Global Illumination (simulazione della luce diffusa) e Caustic (luce riflessa e rifatta). Quando si utilizzano i fotoni è importante avere la scena impostata con un sistema di unità dimisura realistico, infatti l'energia luminosa trasportata dai fotoni dipende anche da questo.

La Global illumination simula la luce rimbalzante sulla superficie della scena, creando così la luce ambientale. Già esitono in 3DStudio altri 2 sistemi che simulano questo effetto: Radiosity e Light Tracer. Mental Ray utilizza una tecnologia differente.
Questa è una scena renderizzata con il Radiosity dello Scanline. Le lampade sono da 200 W.

La stessa scena renderizzata con Mental Ray.

Analizziamo più in dettaglio i parametri di Mental Ray. Anidamo nella finestra di rendering e apriamo la cartella RENDERER.

Iniziamo con questi parametri:

SAMPLES PER PIXEL.
Qui si controlla l'Antialiasing dei bordi delle geometrie. Il campionamento dei pixel va dal Minimum (caso di basso contrasto) al Maximum (caso di alto contrasto).
1/4= 1 campione ogni 4 pixel.
16= 16 campioni per pixel
ecc...

Esempio all'aumentare del MAXIMUM.

FILTER.
Filtri di campionatura per i pixel.

CONTRAST.
Qui si specifica la soglia di contrasto per definire la suddivisione dei campioni.

Nella sezione OPTIONS toviamo questi comandi:

LOCK SAMPLES.
Forza il pattern di campioni utilizzati per i pixel ad essere utilizzato per ogni frame.

JITTER.
Aggiunge variazione al campionamento per aumentare l'antialiasing.

BUCKET WIDTH/ORDER.
Un Bucket è una piccola porzione dell'immagine utilizzata come unità di rendering. Si tratta del quadratino che viene visualizzato durante il rendering e che si sposta nella scena.
Bucket più grandi (la grandezaa si regola con WIDTH) impiegano più tempo per essere renderizzati, ma ovviamente sono di meno.
L'ordine secondo cui vengono spostati i bucket nell'immagine è definita con ORDER.

ALGORITHM.
Mental Ray può utilizzare differenti tipi di algoritmi per renderizzare la scena. Questi vengono attivati a seconda del tipo di scena.
In questa sezione si decide quali possibili algoritmi possono essere utilizzati.

MAX RAYTRACE DEPTH.
Qui si definisce il numerro di riflessioni/rifrazioni che possono essere prodotte da un signolo raggio luminoso.
Il valore SUM è un valore limite per la somma delle riflessioni e rifrazioni prodotte dal singolo raggio.

RAYTRACE ACCELERATION.
Qui si definiscono glialgoritmi di accelerazione del rayracing. In genere le impostazioni di default vanno bene.

DEPTH OF FIELD.
Abilita l'effetto profondità di campo nel caso in cui si renderizza una vista Perspective. Se invece si renderizza da una vista Camera questa sezione è ignorata, e la profondità di campo è impostata direttamente fra i parametri delle cinepresa. E' consigliabile renderizzare sempre da una vista cinepresa.

Per le cineprese è disponibile un Depth Of Field di Mental Ray. L'effetto dipende dalla posizione dl target e dall'apertura dell'obiettivo (F-Stop). L'F-Stop ha propio lo stesso significato degli stop che troviamo sugli obiettivi delle macchinette fotografiche.

L'obiettivo viene messo a fuoco in corrispondenza del target della cinepresa. L'F-Stop definisce la profondità di campo.
Ecco la differenza all'aumentare dell' F-Stop:

MOTION BLUR.
Qui si abilita il Motion Blur.
Con SHUTTER si definisce la velocità dell'otturatore.
Con MOTION SEGMENTS si correggono le sfocature. A volte il Motion Blur appare rettilineo in tratti formati da oggetti che si muovono lungo un arco. In questi casi si corregge il problema aumentando questo parametro.

Per abilitare il Motion Bklur occorre attivarlo anche nella finestra PROPERTIES degli oggetti, impostando la modalità OBJECTS.

Ecco la differenza:

CONTOURS.
Dopo avere assegnato uno shader Contour a un materiale (vediamo dopo come si fa) occorre abilitare questa voce per renderlo effettivo. Qui si definiscono altri shader che usano il livello di contrasto per definire la collocazione dei contorni.

CAMERA SHADERS.
Qui si assegnano i Camera Shaders.
I Lens Shaders controllano distorsioni e correzioni durante il rendering.
Gli Output Shaders applicano cambiamenti sulla immagine renderizzata.
I Volume Shaders aggiungono effetti volumetrici all'imagine (luminescenze, effetti nebbia ecc...)

Gli Shaders assegnati nelle sezioni Contorus e Camera posseggono dei parametri accessibili trascinandoli in uno degli slot del Material Editor.

Qui si abilitano le ombre. E' possibile stabilire l'ordine con cui queste vengono processate da qui:

Quando si usano effetti volumetrici è consigliabile usare il metodo Segments.

SHADOW MAPS.
Qui si abilitano le ombre Shadow Maps. Possono anche esere salvate in un file e caricarle quando servono, se queste non cambiano nella scena.
Per le ombre può essere attivato anche il Motion Blur.

DISPLACEMENT.
Questa sezione è dedicata la Displacement Mapping.

View: abilita il displacement dipendente dalla vista. Se è disabilitato il Displacement assume un valore assoluto per qualsiasi vista.
Edge Lenght: suddivisione minima permessa per la superficie. Al diminuire del valore aumenta la qualità del Displacement.
Max Displace: quantità massima di displacement.
Max. Level: suddivisione massima della mesh.

Il Displacement di Mental Ray funziona automaticamente su oggetti poly, mesh, patch e NURBS. Per oggetti parametrici occorre invece applicare il modificatore Disp. Approx per ottenere l'effetto.

Displacement tramite Scanline. E' stato realizzato usando una Patch + modificatore Disp. Approx

Displacement tramite Mental Ray. In questo caso non è necessario applicare il modificatore Disp. Approx.

Nella finestra di Rendering andiamo a vedere come funziona la cartella INDIRECT ILLUMINATION.

Sezione CAUSTICS
Qui si regola la definizione delle riflessioni e rifrazioni caustiche nella scena, cioè quelle che riguardano direttamente la componente speculare della luce. L'effetto è tipico per i materiali trasparenti.
Una volta abilitate qui le caustiche occorre definire anche quali saranno gli oggetti in grado di emetterle. Per farlo occorre entrare nel pannello delle propietà degli oggetti e attivare la voce Generate Caustics qui:

SAMPLES.
All'aumentare del valore i fotoni sfumano l'uno nell'altro maggiormente, creando una illuminazione caustica più uniforme.

RADIUS.
Raggio dei fotoni. Per default è impostato su 1/10o delle dimensioni della scena, ma può essere definito anche manualmente. La dimensione dei fotoni dipende anche dal numero totale che utilizziamo: al diminuire del numero i fotoni emessi sono più grandi.

Caso di 100 fotoni con Samples=1

Per ottenere l'effetto delle caustiche a volte è necessario applicare un materiale di tipo Mental Ray. Quelli Standard infatti possono portare a risultati differenti da quelli reali.

Sezione GLOBAL ILUMINATION.
Analogamente a quanto visto per la sezione Caustics, qui il parametro PHOTONS ha la stessa funzione del Samples, e il Radius regola la dimensione dei fotoni. L'unica differenza è che questi sono fotoni dedicati all'iluminazione globale, e non alle caustiche.

Caso di 100 fotoni con Photons=1

Sezione PHOTONS.

VOLUME.
Definisce il campionamento e le dimensioni dei fotoni per quanto riguarda shaders volumetrici assegnati ai materiali della scena.

MAX. TRACE DEPTH.
Numero massimo di riflessioni/rifrazioni.

PHOTON MAP.
E' possibile salvare in un file la distribuzione dei fotoni calcolata.

Sezione FINAL GATHER.

Quando è attivato l'illuminazoine viene definita meglio. Da ogni punto della scena vengono proiettati dei raggi luminosi per raffinare l'illuminazione; il numero dei raggi che partono da ogni punto è definito dal parametro SAMPLES.

MAX/MIN RADIUS.
Distanza fra due punti per attivare il blending (cioè la sfumatura) tra un punto illuminato e l'altro. Occorre trovare la corretta combinazione Samples/Radius.

La varie opzioni sotto Samples indicano la qualità del calcolo. Aumenta scendendo verso il basso.

E' possibile salvare il campionamento dei punti luminosi con il comando USE FILE. Attiva Rebuild per salvare il file, mentre disattivalo per caricarlo.

Sezione GLOBAL LIGHT PROPERTIES.

Queste propietà vengono utilizzate per default da tutte le luci.

ENERGY.
Energia trasportata dal singolo fotone.

DECAY.
Qui si indica il grado di caduta dell'energia luminosa con la distanza. 2= decadenza con il quadrato della distanza (come avviene nella realtà).

CAUSTIC/GI PHOTONS.
Numero di fotoni emessi da ogni luce per calcolare gli effetti caustici e l'illuminazione globale.

Ad esempio creiamo una stanza con questa pianta (1 quadretto=1m). Ricordiamo che occorre impostare sempre la scena con misure realistiche.

Posizioniamo nella stanza 2 sfere e una luce Omni.

Se renderizziamo, la scena appare così:

Attiviamo l'illuminazione globale dalla finestra di rendering, nella tabella Indirect Illumination.

Se il numero di fotoni è basso, ognuno di essi trasporta una grande quantità di energia luminosa, e l'illuminazione globale appare a chiazze.

Se aumentiamo il loro numero l'energia luminosa viene maggiormente distribuita e l'illuminazione globale appare uniforme.

La dimensione dei fotoni è automaticamente definita in base alla scala della scena.

Il numero di fotoni corretto dipende dalla scena: superfici grandi e piatte richiedono un alto numero di fotoni. Quando all'aumentare dei fotoni la qualità della illuminazione non migliora, allora occorre abilitare il Final Gather (si trova più sotto, sempre nella cartella Indirect Illumination)

La sua funzione è quella di rifinire l'immagine mediando il colore di ogni pixel dell'immagine con quello dei pixel vicini. Il Gather richiede lnghi tempi di rendering.

I fotoni sono impiegati anche per la simulazione delle riflessioni e rifrazioni caustiche. Sono però più piccoli di queli utilizzzati per l'illuminazione indiretta e quindi producono risultati più dettagliati.

Nella finestra di rendering apriamo la cartella PROCESSING.

Sezione MEMORY OPTIONS.

MEMORY LIMIT.
Indica il massimo di memoria utilizzabile. Ha effetto quando è attivo CONSERVE MEMORY.

USE PLACEHOLDER OBJECTS.
Invia al rendering le geometrie solo quando sono necessarie. E' utile nel caso in cui si hanno molte geometrie al di fuori della vista che viene renderizzata.

MATERIAL OVERRIDE.
Forza tutte le geometrie nella scena ad assumere il materiale qui specificato. Si usa per effettuare rendering di test.

EXPORT TO .MI FILE.
Salva il file in un formato che gli utenti esperti possono sottoporre direttamente al rendering di Mental Ray.

RENDER PASSES.
Si utilizza per comporre scene costituite da parti renderizzate con motori differenti.

Nella tendina VISUAL si abilita la comparsa di informazioni aggiuntive durante il rendering.

La tendina DISTRIBUTED BUCKET RENDERING si utilizza nel caso di rendering in rete.

Dal pannello PREFERENCES è possibile abilitare le opzioni aggiuntive di Mental Ray per leluci e i materiali standard di 3DStudio. L'opzione si abilita da qui:

Per quanto riguarda le luci, abbiamogià visto come impostare i parametri generali di illuminazione. Con le estensioni di Mental Ray comunque è possibile specificare singolarmente per le luci le loro propietà, al posto di farle riferire ai parametri globali.
La nuova tendina si trova nel pannello Modify della luce selezionata.

E' presente anche questa tendina:

Si utilizza per variare il comportamento della luce in base a uno shader.

Per i materiali, questa è la nuova tendina:

I parametri con il lucchetto attivo sono quelli che derivano i loro valori direttamente dagli shader standard del materiale. Per modificare lo shader, prima occorre disattivare il lucchetto.
Gli Shader senza lucchetto sono quelli specifici di Mental Ray.

FLAG MATERIAL AS OPAQUE.
Conviene attivare questa opzione per i materiali non trasparenti. In questo modo si velocizza il rendering.

E' comunque disponibile il nuovo materiale Mental Ray. In questo caso non si tratta di un aggiustamento effettuato su un materiale Standard, ma un materiale dedicato a Mental Ray vero e propio.

I suoi parametri sono gli stessi della tendina Mental Ray Connection. Ovviamente mancano i lucchetti.