ILLUMINAZIONE DI AMBIENTI ESTERNI

INTRODUZIONE

La luce può essere sia riflessa che rifratta, tuttavia la Global Illumination tiene conto soprattutto della riflessione della luce.
La riflessione della luce è un fenomeno per cui un raggio di luce che cade su una superficie viene riflesso con lo stesso angolo di incidenza. Le riflessioni sfocate sono dovute a una riflessione del raggio di luce che viene sparpagliata durante il suo cammino nello spazio. E' uno scattering del raggio di luce incidente, perciò più un punto riflesso è lontano dalla superficie riflettente, maggiormente apparirà sparpagliato.
La quantità di blur su una riflessione è proporzionale all'apertura angolare entro la quale avviene lo scattering dei raggi riflessi.
La qualità del blur è proporzionale alla quantità di raggi prodotti dallo scattering.

Esistono 2 tipi di riflessioni: diffusa e speculare.

Le riflesioni speculari sono quelle provenienti da oggetti brillanti, ovvero nella CG il compito delle riflessioni speculari è quello di riprodurre la brillantezza di un oggetto. Le zone brillanti rappresentano nella CG lariflessione delle sorgenti luminose.
Il Glossiness di un materiale può essere visto come uno scattering (cioè un blur) delle zone speculari della superficie.

Le riflessioni diffuse sono raggi riflessi che subiscono scatter su un angolo di 180 gradi.

METODI PER PRODURRE DIFFUSE SCATTER

La luce diffusa viene sparpagliata nella scena grazie a 2 sistemi: Radiosity e Photon Mapping.

SISTEMA RADIOSITY.

Creiamo un sistema Daylight con luci di tipo IES Sune IES Sky. La scena consiste in un buco in un piano dove sono posizionate 3 scatole.

Impostiamo un sistema Radiosity.

Si apre una finestrella.Rispondi No.

Nella finestra che si apre clicca su Start.

Verrà generata una scena con la soluzione Radiosity.

Se renderizziamo la scena appare sovraesposta.

Impostiamo un sistema di dacadimento della luce cliccando sul pulsante Setup:

Nella finestra che si apre prendiamo dalla lista il sistema Logarithmic.

Tra i parametri attiviamo l'opzione Exterior Daylight.

Questo è il risultato:

Aumentiamo la distribuzione dei samples sulle superfici per il Radiosity andando al suo pannello e poi qui:

Imposta i parametri (al diminuire del Mazimum Mesh Size si aumenta la suddivisione delle superfici), clicca su Reset All e poi con Start fai ripartire il calcolo del Radiosity.

Renderizzando l'illuminazioe appare più precisa.

Diminuiamo ulteriormente il Maximum Mesh Size.

Per eliminare il noise che appare sulle superfici attiva il Reghater Indirect Illumination e renderizza (non occorre ricalcolare il Radiosity).

Miglioriamo la suddivisione del Radiosity.
Innanzitutto disattiviamo il Regather Indirect Illumination, poi attiviamo l'opzione Adaptive Subdivision, in cui possiamo definire il minimo e massimo di suddivisioni.

Ricalcoliamole suddivisioni. La distribuzione dei campioni apparirà ottimizzata.

Riattiviamo il Regather e renderizziamo.

SISTEMA PHOTON MAPPING.

Sostituiamo nella scena una luce di tipo Direct.

Impostiamocome motore di rendering VRay.

Applica su ogni oggetto un materiale di tipo VRayMtl e attiva la GI con queste impostazioni:

Per schiarire le zone in ombra possiamo andare qui:

Miglioriamo la qualità della Photon Map andando qui:

Clicca su Light Settings, seleziona la luce e aumenta il Diffuse Subdivs:

Per migliorare la qualità andiamo qui e aumentiamo i Bounces e il Max Photons.

L'utilizzo delle Map Photon è più indicato per le ambientazioni interne.

Esistono differenti metodi per realizzare il Diffuse Scatter.
Durante il calcolo entrano in gioco diversi meccanismi, come l' Oversampling (1 pixel è suddivisio in più campioni), utilizzato principalmente per l'Antialising, e l'Undersampling (più pixel vengono utilizzati per formare 1 campione), utilizzato principalmente per il Final Gather o l'Irradiance Caching.

Il campionamento delle superfici si gestisce da qui:

Una buona combinazioe per il calcolo della GI è questa:

Questi sono i suoi parametri:

Esistono però dei Preset che facilitano le impostazioni.
I valori relativi al Threshold fanno riferimento alla distanza (Dist), alle normali tra i poligoni (Nmr) e alla differenza di colore (Clr) per definire il sampling con il metodo Adaptive: vengono aggiunti più Samples nella zone che superano le soglie indicate con i valori Threshold.

ENVIRONMENT LIGHT

Consideriamo questa situazione:

Illuminiamo la scena con una Skylight di VRay andando qui:

Poi imposta anche questi parametri:

Attiviamo questi parametri:
In questo modo il rendering avviene all'interno di un VFB dedicato a VRay, in cui è possibile apportare delle variazioni sull'immagine finale.

Applichiamo i raggi secondari.

All'aumentare dell'intensità della luce anche il tempo di rendering aumenta, in quanto questa operazione consiste in un aumento del numero di raggi luminosi provenienti dalla sorgente. Quindi se vogliamo ottenere una scena più luminosa, piuttosto che aumentare l'intensità della luce conviene rendere più chiari i colori sulle superfici degli oggetti.

Per aumentare la quantità di raggi luminosi emessi da una superficie andiamo qui:

Clicca su Object Settings e poi seleziona un oggetto dalla lista.

Aumenta il parametro Generate GI.

IMAGE BASE LIGHTING

Il sistema Image Based Lighting è basato sull'utilizzo delle immagini HDRI. Si tratta sostanzialmente di utilizzare una immagine come sorgente luminosa. Il loro ruolo è importante sia per la luce diffusa che per quella speculare.

Inseriamo nell'Environment del VRay una mappa HDRI.

Impostando lo Sphericla Environment la mappa HDRI apparirà spianata.

E' possibile considerare una zona differente dell'immagine HDRI utilizzando i parametri Horiz/Vert. Rotation.

ILLUMINAZIONE DI UNA SCENA ESTERNA

Creiamo nella scena una illuminazione ambientale tramite una mappa HDRI e inseirmo una luce sferica VRay.

All'aumentare della dimensione della sorgente di luce le ombre diventano più sfumate, occorre però in questo caso aumentare anche il parametro Subdivs per renderle più definite.

Se attiviaom il parametro Store With Irradiance Map il rendering viene accelerato perchè le ombre generate dalla luce vengono calcolate durante li campionamento delle superfici per la Irradiance Map. Lo svantaggio è che vengono considerate solo le informazioni della luce per quanto riguarda il Diffuse Color delle superfici, e non lo Specular.

Gli effetti speculari possono essere simulati applicando una riflessione alle superfici utilizzando sul canale di riflessione dei materiali una mappa Falloff impostata in modalità Fresnel. Sostanzialmente gli effetti speculari si ottengono riflettendo la sorgente di luce.
Praticamente lo Specular Level si controlla tramite li livello di riflettività, mentre il Glossiness.....con il Glossiness appunto della riflessione (cioè con la sua sfocatura),

ANIMAZIONE CON LA GLOBAL ILLUMINATION.

Durante l'animazione della cinepresa la distribuzione di luce sulle superfici sfarfalla, dato che viene ricalcolata per ogni fotogramma.
Quando si renderizza per default è attiva la voce Don't Delete.

Significa che la mappa di fotoni creata per la scena viene mantenuta in memoria. Clicca su Save To File per salvarela mappa. Poi imposta l'opzione From File e caricala con il Browse.

In questo modo il rendering dura di meno, perchè la mappa di luce è stata già calcolata in precedenza e viene semplicemente caricata. Questo però funziona solo se si resta sul fotogramma corrispondente a quello in cui è stata salvata la mappa.

Per risolvere il problema occorre renderizzare la scena da 4 punti divista differenti salvando il file Irradiance Map. Questifile sono visualizzabili tramite l'applicazione IMAPVIEWER.

Occorre effettuare i rendering da 4 punti divista differenti perchè le Irradiance Map vengono definite solo per le superfici visibili dalla cinepresa. Su quelle non visibili (ovvero coperte da altri geometrie) la mappa non viene definita.

Una volta ottenute le 4 mappe occorre effettuare un Merge delle differenti Irradiance Map create sempre tramite l'applicazione IMAPVIEWER.

Poi utilizzeremo questa mappa Irradiance durante l'animazione.

Per aggiungere dettagli occorre renderizzare nuovamente le Irradiance Map ponendosi a una distanza ravvicinata dalla geometria ed effettuare ulteriori Merge. Può essere utilizzata anche un'altra cinepresa o la vista Perspective, non necessariamente quella della cinepresa utilizzata in animazione.

Per calcolare le Irradiance Map senza ottenere l'immagine finale (e quindi risparmiando sul tempo di rendering) attiviamo l'opzione Don't Render Final Image

Per aggiungere una Irradiance Map a quella precedentemente calcolata impostiamo quest'altra opzione:

Alla fine salviamo la mappa Irradiance e con la IMAPVIEWER effettuiamo un merge.

Nel caso in cui si abbiano delle grandi scene attraverso cui si muove la cinepresa allora le impostazioni da applicare sono le seguenti:

In questo caso le mappe Irradiance vengono aggiunte le une alle altre durante il progredire dell'animazione.

Disattiviamo il rendering finale dell'immagine, dato che ci interessano soltanto le Irradiance Map.

Attiviamo l' AutoSave.

Renderizziamo (non occorre specificare alcune immagine inuscita dal rendering inquesta fase) e otterremo una Imap che contiene al suo interno tutte le mappe calcolate durante l'animazione ogni 30 fotogrammi.

Ricordiamoci che le Irradiance Map forniscono informazioni solo sulla luce diffusa dalle superfici, ma non su quella riflessa.