Índice

Motor de Render VRay

Introducción

VRay es uno de los únicos motores de render que cuenta con 4 algoritmos distintos para el cálculo de la Iluminación Global (5 si sumamos el de iluminación directa), permite además usar 2 algoritmos diferentes uno para cada uno de los rebotes de luz (los primarios - primer rebote - y los secundarios - todos los demás), y a eso sumale los shaders, luces, cámaras, todos y cada uno de ellos con muchos parámetros de configuración muy delicados. Fue creado por dos búlgaros, Peter Mitev y Vladimir Koylazov (por este último es que lleva la V de VRay).

Los motores de render Unbiased y Biased

Existen dos tipos de motores de render: los llamados Unbiased y los Biased. Del inglés Biased se podría traducir como parcial, es decir que calculan parcialmente la información de la escena y luego mediante diferentes criterios estiman o interpolan el resto.

Los motores Unbiased (Indigo renderer, Fryrender, Maxwell render, entre otros) llegan a soluciones más exactas por realizar cálculos totales y no estimar nada.

Las ventajas son que tienen pocos parámetros para configurar, son más intuitivos y el resultado es muy realista.

Desventajas: tiempos de render altos (infinito, uno lo para cuando obtiene el resultado buscado), generan mucho "ruido" (imagen "granulada") y los materiales son complejos de manejar.

Los motores Biased como V-ray, Brazil, Final render, Mental ray, Scanline, etc. necesitan soluciones (algoritmos) que se aproximen al mundo real como son los mapas de irradiancia, mapa de fotones, cache de luz, etc. para obtener un buen resultado. La ventaja principal es la velocidad de cálculo ya que realiza solo una parte de él y el resto la interpola. La desventaja es que aparecen muchos controles para suplir las imperfecciones de la interpolación y demás artefactos (errores) que se producen en la estimación. Por otro lado aparecen conceptos de simulación de comportamiento de la luz como Ambient Occlussion (AO), Antialising (AA), filtros para mejorar el resultado final.

Métodos de cálculo de la iluminación global - GI

Mapeado de fotones - Photon map

Photon map es un algoritmo de dos pasos de iluminación global desarrollado por Henrik Jensen en junio de 1996 como una alternativa eficaz a las técnicas de Monte Carlo de puro trazado de rayos, capaz de manejar cualquier geometría y BRDF (Bidirectional reflectance distribution function). Usaremos el nombre 'Mapeado de fotones' para designar el algoritmo que genera, almacena y usa la iluminación como puntos, y el 'Mapa de fotones' como la estructura usada para procesar estos puntos. Así mismo, el 'Trazado de fotones' será la técnica usada para generar los puntos que representan la iluminación en el modelo. El Mapeado de fotones desacopla la solución de iluminación de la geometría y la solución se representa en una estructura de datos espacial llamada el Mapa de fotones. Esta disociación resulta ser bastante poderosa siendo que se puede calcular por separado y almacenarla en un mapa de fotones independiente.

También es la razón por la que los mapas de fotones son muy flexibles. El mapeo de fotones también se ha ampliado para tener en cuenta diferentes efectos tales como la dispersión de la luz en objetos que producen cáusticas.

Primer paso - Photon Tracing

Photon tracing es el proceso de emitir fotones desde las fuentes de luz y el rastreo a través de la escena. El objetivo principal de este paso es crear los mapas de fotones que se utilizarán en la pasada de renderizado para el cálculo de la radiación reflejada en las superficies y la dispersión de la radiación en los objetos circundantes.
 
Emisión del Fotón

La vida de un fotón comienza entonces en la fuente de luz. Para cada fuente de luz en la escena se crea un conjunto de fotones y se divide el total de energía de la fuente de luz entre ellos. Luces más brillantes emiten más fotones, entonces, que luces más débiles. Será entonces de importancia poseer una cantidad de fotones tal que sea posible desarrollar una solución adecuada sin aumentar demasiado el tiempo de render.

Radiación estimada (Radiance Estimate), estima la radiación producida en un punto de la escena mediante estimación de densidad.

Segundo Paso - Rendering

Una vez construído el mapa de fotones es utilizado para calcular los efectos de las iluminaciones indirectas producida por los rebotes (bounces) de la luz en los objetos y las cáusticas generadas por transparencias o reflectancias. Es decir que los fotones también son necesarios para manejar con precisión las superficies especulares, con brillo y la iluminación directa e indirecta.

Cornell box renderizada utilizando Photon map
Cornell box renderizada utilizando Photon map (14 s)

Vray - Global Photon Map

Configuración de Vray - Global Photon Map

(Esta pestaña únicamente es visible si activamos photon map en primary o secondary bounces).
Bounces: Número de rebotes que será usado por el mapa de fotones.

Auto search dist: Calcula automáticamente el radio de uso de los fotones en base a la precisión que tengamos asignada en max density.
Search dist: Con este parámetro asignamos manualmente el radio de actuación de los fotones en un punto.
Max fotones: Cantidad máxima de fotones que serán usados con respecto al valor dado en search dist. (A mayor valor mejor precisión en la iluminación).
Multiplier: Intensidad lumínica de los fotones. Este parámetro actúa similar al multiplicador normal de las luces.
Max density: Nos permite especificar la exactitud del mapa de fotones en un punto. Este parámetro varía en función de la escala de la escena, una unidad equivaldría a 1cm, 1 mm, 1m, etc. Este dato junto con
search dist es importantísimo ya que no es igual la precisión de la iluminación con radio de 1 metro, que con radio de 1 milímetro.

En el siguiente esquema podemos apreciar cómo funcionan los fotones.
La línea azul nos marca el radio (
search dist) que nos delimita la zona de acción de los fotones.
Los círculos verdes son los fotones (
max fotones).
El círculo rojo nos indica la precisión con la cual será calculada la iluminación en ese punto específico dado por el valor de
max density.

La información lumínica almacenada por los fotones que se encuentran dentro del radio especificado por la zona azul es absorbida por la zona roja permitiendo hacer el cálculo de la cantidad de luz en ese punto específico.

Photon map explicación

El uso de max density y search dist se basa en una proporción fundamental; 1 es a 5.
Si ponemos por ejemplo un valor de 10 en max density, tendremos que situar el search dist a 50.
Si el valor es de 30, el search dist será de 150 y así sucesivamente.

Covert to irradiance map: Solamente se computan los fotones equivalentes al número de interpolaciones, suavizando la iluminación de la escena.

Interp. samples: Cantidad de muestras que serán usadas para convertir los fotones en mapa de irradiancia.
Valores bajos producirán ruido pero el renderizado sera más rápido.

Convex hull area estimate: Activado esto evitaremos que puedan aparecer esquinas más oscuras de lo deseado.

Store direct light: Marcando esta opción el mapa de fotones nos permitirá calcular tanto la iluminación directa como indirecta (luces de área), bajando los tiempos de render en escenas con varias luces.
Si la desactivamos, la luz directa será calculada por fuerza bruta.

Retrace thresold: Valores superiores a 0.0 obligara al vray a calcular las esquinas de la escena usando Quasi Monte Carlo GI mostrándonos mayor calidad.
Con valor 0.0 el cálculo será controlado por fotones, siendo más rápido el renderizado pero con la posibilidad de que se puedan producir artefactos.

Retrace bounces: Nos indica la cantidad de rebotes que serán usados por retrace thresold para el cálculo de las esquinas.
Por lo general podemos usar el mismo valor de rebotes que tengamos en la escena.

Mode:
New map, save to file: Nos permite grabar en un archivo externo el cálculo de los fotones.

From file: Nos permite cargar el archivo ya creado del mapa de fotones.

On render end: Nos da la posibilidad de guardar el mapa de fotones en un archivo para poder utilizarlo posteriormente sin tener que volver a calcularlo.

Don't delete: Le indica al vray que no borre el mapa de fotones de la memoria, para así poder ser guardado de forma manual.

Auto save: El mapa de fotones es guardado automáticamente con el nombre y la ubicación que deseemos.

Switch to saved map: Si activamos switch to save map la pestaña auto save será desactivada tras finalizar el render, impidiendo que el mapa guardado sea borrado al efectuar un nuevo render.

Vray - Brute force IG

Brute force GI (BF) es un algoritmo básico que establece un número fijo de rayos reflejados desde un punto de la escena después de ser golpeados por el rayo de luz original. Se ha considerado que el rayo de luz de la fuente de luz incide sobre la superficie del objeto de la escena y se divide en una serie de otros rayos, que a su vez, los objetos bombardean otros a la escena. Por supuesto, en cuantos más rayos reflejados de luz indirecta se divida el rayo de luz directa, más detalles y menos ruido habrá en la imagen final.

VRay Brute force GI: subdivs 8 rebotes secundarios 3

Brute force - VRay

Imagen de la sección V-Ray:: Brute force GI de la ficha de iluminación Indirecta de las ventanas de opciones principales de 3ds Max bajo Vray. Aquí se presentan 2 parámetros: Subdivs y rebotes secundarios.

Subdivs es un parámetro que influye en el número de rayos reflejados, en el que cada rayo de luz original se divide, cuando se refleja en el objeto de la escena. El valor numérico Subdivs no es el número real de tales rayos secundarios sino que será igual al cuadrado de ese número. Es decir, si Subdivs es 2, entonces el rayo de luz original se divide en cuatro rayos después de la reflexión, y si es igual a 4, el rayo original se divide en dieciséis rayos secundarios y así sucesivamente.

Secondary bounces es el valor que especifica cuántas veces los rayos secundarios son interreflejados. Sólo está activo si el algoritmo de Brute force se establece como un algoritmo para la prestación de rebote secundario en la lista desplegable correspondiente, porque en este caso, se calculará la cantidad correcta de interreflecciones. Si Brute force se establece como un motor de GI primaria rebota, el parámetro rebote secundario estará inactivo.

El algoritmo de Brute force no es adaptable, calcula la IG para cada píxel de la imagen final de la escena, y no en función de su complejidad, el color y el detalle de los objetos. Por lo tanto, gasta la misma cantidad de recursos, tanto en lo visible como en las partes poco importantes de la escena. No es de extrañar por qué fue nombrado fuerza bruta. También nos gustaría señalar que Brute force es un cálculo directo por el método de Quasi-Monte Carlo (QMC) y así es como se llamaba en versiones anteriores de V-Ray, que a veces causa confusión cuando buscamos de cuasi-Monte Carlo GI en la nueva interfaz.

Brute force es un algoritmo muy irracional, y su uso lleva a veces monstruosos cálculos, incluso en escenas simples en un nivel adecuado de calidad. Por lo tanto, no vale la pena usarlo en V-Ray tanto como el motor de render de rebotes primarios o secundarios. Su uso se justifica sólo en situaciones especiales que otros algoritmos, debido a su capacidad de adaptación no pueden hacer frente con el cálculo de los pequeños detalles en la escena.

Vray - Irradiance Map (IM)

Mapa de irradiación es un algoritmo de adaptación de iluminación global. La característica principal es que identifica las áreas más importantes de la escena, calcula la IG y llena la información sobre de las zonas omitidas interpolando con los datos ya calculados.

Con el fin de entender cómo funciona y qué es el algoritmo de mapa de irradiación, veamos a lo generado por el mapa:
Representación calculada con Irradiance map de VRay que muestra el render de un de cubo y una esfera en una habitación:

Escena renderizada con Irradiance map

Descargar escena comprimida (28.8 KB) Descarga gratuita

En en el render de la escena se ven las muestras que el mapa de irradiación (Irradiance map) realiza. Los puntos blancos, representan las muestras de IG. Las áreas más detalladas tienen más puntos, mientras que las superficies planas sólo unos pocos y a una mayor distancia entre sí.
Para mayor claridad, se eliminaron todas las texturas de los materiales de la escena, para no obstruir la observación del mapa de irradiancia. Si uno mira de cerca las zonas más concurridas con puntos blancos. Ve que se trata de los ángulos interiores de la sala, la parte redondeada los ángulos de la ChamferBox y lugares cercanos entre diferentes objetos, en particular al lado de la esfera y el cubo, así como el área de contacto de un cubo con la pared frontal.
Estas zonas tienen una gran importancia en la obtención de una buena iluminación global detallada. Este es el conjunto de puntos del mapa de irradiancia, que vemos en la imagen. Contienen información sobre el color y el brillo de la IG en las áreas exactas. El resto de la imagen se llena de color gris. Las zonas grises en el mapa de irradiación son la parte de la escena en el mapa de irradiación que no contiene información sobre la IG. Sin embargo, es totalmente compensada por interpolación entre los puntos ya calculados en el mapa de irradiancia. En otras palabras, el mapa de irradiación calcula solamente las áreas más importantes. Después de esto, la información que falta en las áreas que no fueron computadas, simplemente se compensa interpolando, tomando la información sobre el color y el brillo de los ya existentes.

Es bastante obvio, lo que logra la capacidad de adaptación del IM. En contraste con Brute force, IM no calcula cada píxel de una escena, por lo que es posible un ahorro muy importante de recursos.
El algoritmo de IM construye un mapa tridimensional de puntos, que contiene información sobre la IG sólo en la superficie de los objetos en la escena. La tridimensionalidad del mapa de irradiaciñon, depende de la visión de la cámara, a través del cual el render de la escena se realiza. En las partes no visibles de la escena no habrá cálculo de irradiación.
Durante el renderizado aparece una ventana con información de la representación y se mantiene a lo largo de todo el proceso de renderizado, mostrando datos sobre el cálculo de IM. Por ejemplo el Prepass 1 de 4 significa que se está realizando en ese momento el primero de un total de cuatro prepasses. En Irradiance Map, para determinar los lugares más importantes de la escena en la que se realiza el cálculo GI, se realiza de una manera muy elegante. Se utiliza el concepto de submuestreo. Para empezar, GI de la escena completa se calcula en la resolución más baja, que suele ser inferior a la resolución de procesamiento. Este cálculo no es sólo de adaptación, como el cálculo con el algoritmo de BF. Después de eso, a partir de los datos obtenidos, se evalúan y determinan las áreas más importantes que deben ser representadas con mayor precisión. Luego el siguiente cálculo se lleva a cabo con una resolución más alta, pero sólo en las áreas requeridas. Este procedimiento se repite varias veces paso a paso, cada vez que aumenta la resolución, y así, hasta llegar a la resolución máxima especificada en IM. La resolución máxima y mínima de la prestación de IM se encuentra en sus parámetros. El paso de los cálculos difiere en la resolución dos veces más o dos veces menos, es decir, cuatro veces por area de la imagen en píxeles. Por ejemplo, cuando la resolución del render es de 800 por 600 píxeles, el siguiente paso de submuestreo es de 400 por 300, el siguiente es de 200 por 150 y así sucesivamente. Vale la pena señalar que en IM se puede utilizar tanto el submuestreo como el supermuestreo. Es decir, IM se puede calcular en menor o mayor tamaño que la resolución real del render, en un número par de veces de resolución.

Cada fase del render de IG es denominada pass. El pass, determina las áreas importantes de la escena, llamadas Prepass. El progreso del cálculo de passes, su número total, y lo que calcula el prepass en el momento, se puede observar en la ventana de render, que aparece después de comenzar la representación.

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VRay - Light Cache

VRay Light caché

Light Cache es una técnica de aproximación a la iluminación global de una escena. Es similar al photon maping pero más sencilla en su utilización. Se basa en la emisión de muchos rayos desde la vista de la cámara. Cada uno de los rebotes de una trayectoria almacena la iluminación al lado del resto de trayectorias en una estructura 3D.

Las ventajas son:

Configuración sencilla.

El cálculo muy rápido.

Muy rápidos y buenos resultados en combinación con el mapa de irradiancia.

Vista previa durante el proceso de cálculo, por lo tanto, los errores graves pueden ser descubiertos rápidamente.

Desventajas:

Depende de la vista.

No es adaptable. La iluminación se calcula en una resolución fija definida por el usuario.

La luz cache no funciona muy bien con mapas bump, pero esto no tiene ningún efecto cuando se usa para los rebotes secundarios.

PARÁMETROS

Subdivs (Subdivisiones) - Número de trayectorias (rayos) emitidas desde la vista de cámara. El número total es el cuadrado del valor indicado.

Sample Size (Tamaños de las muestras)- Espacio entre las muestras. Números más pequeños, las muestras están más cercas unas de otras, más memoria, imagen más ruidosa.

Scale (Escala)

Screen (Pantalla). Las unidades son fracciones de la imagen, un valor de 1 la muestra es igual al tamaño de la imagen. Muestras cercanas serán menores, muestras lejanas ser?n mayores. Este método es mejor para imágenes fijas y animaciones donde se calcule la luz en cada frame.

World (Mundo). Muestras cercanas más suaves y lejanas más ruidosas. Método adecuado para animaciones de vuelo de cámara y para calcular la iluminación para todos los frame mediante el uso del Mode Fly-through.

Numero de pases

El Light Cache se calcula en varios pases que se combinan dando el cálculo final. Para mantener la coherencia de cálculo en diferentes máquinas con más de un núcleo en la CPU cada pase se calcula en un núcleo del procesador. Un cálculo con menor número de pases puede ser menos ruidoso, pero no se puede distribuir de una manera eficaz en varios núcleos de la CPU.

Store direct Light

Con esta opción, Light Cache también almacenará e interpolará la luz directa. Esto puede ser útil para escenas con muchas luces y cuando se utiliza como Primary bounces Irradiance Map, ya que la iluminaci?n directa será calculada por Light Cache en vez de muestrear todas y cada una de las luces. Light Cache almacena sólo la iluminación difusa producida por las de la escena. Si queremos usar Light Cache para aproximarnos al GI guardando la iluminación directa aguda activaremos Store direct Light.

Show calc. phase. Esta opción mostrará los rayos que son remontados, no afecta a la iluminación y es una ayuda para el usuario. En las fases de cálculo nos puede permitir comprobar que la iluminación es correcta o estamos en el visor adecuado, en caso de comprobar algún desajuste podemos cancelar el render sin esperar a terminar el proceso.

Adactive tracing Almacena información adicional sobre la entrada de luz y trata de colocar más muestras en las direcciones de donde proviene la luz.

Use directions only Opción disponible al utilizar Adactive tracing. Esto hace que el VRay sólo use las direcciones optimizadas, generadas a partir de Light Cache, más que la acumulación de la irradiación de las propias muestras. Esto produce resultados más exactos pero con más ruido.

RECONSTRUCTION PARAMETERS

Parámetros de reconstrucción

Pre-filter

Realiza un filtrado antes de la presentación. Cu?nto más prefiltro es más borroso y menos ruidoso el Light Cache. El Pre-filter se calcula luego del mapa Light Cache o cuando se utiliza un mapa cargado desde archivo.

Filter

Determina la irradiancia interpolada a partir de las muestras calculadas de Light Cache.

None (Ninguno): Para pruebas o en rebotes primarios con pre-filter.

Nearest (Cercano) : Busca muestras cercanas para calcular valores promedio. No es adecuado para visualizaciones directas Primary bounces, si es útil en rebotes secundarios. El valor de Inter. Samples determina el número de muestras cercanas para buscar la luz.

Fixed (Fijo): Busca los promedios de todas las muestras dentro del valor de Filter size. Es adecuado para los rebotes primarios. El tamaño del Filter size deberá ser 2-6 veces el tamaño de muestras Sample size.

Use Light cache for glossy rays

Light Cache calcula la iluminación de los rayos brillantes, además de calcular los rayos del GI. Esta opción acelera las escenas con reflexiones muy brillantes.

MODO

Progressive path tracing: La imagen se muestrea progresivamente.

Single frame: En cada fotograma se calcula un nuevo Light Cache.

Fly-through: Utilizado para animaciones donde solo se mueve la cámara y la iluminación no cambia.

From file: Al elegir esta opción se podrá indicar un archivo donde previamente se guardó la iluminación.

File: Campo donde se indica el nombre de archivo en el que se guardó el cálculo de Light Cache. Utilizar el botón Browse para localizar archivo.

Save to file: Opción que permite guardar el último Light Cache calculado y reutilizarlo con el modo From File.

Modo

On render end
Una vez calculado Light Cache

Don't delete: No se elimina el Light Cache de memoria.

Auto save: el cálculo de Light Cache se guarda cada vez que es calculado, en el archivo indicado.

Switch to saved map: Al activar esta opción el siguiente cálculo de Light Cache será guardado en el archivo indicado en Auto save y el modo se colocara en From file configurándose en file el archivo guardado. En siguientes render no se calcula Light Cache y se hace uso del archivo guardado.

Notas: Al utilizar Light Cache hay que tener en cuenta las siguientes observaciones

En los parámetros DMC Sampler no utilizar un valor de 0.0 en Adaptive amount

No utilizar blanco puro y colores que tengan un valor maximo de 255 en uno de sus colores RGB

Si se utiliza Light Cache en animaciones, utilizar Filter size (tamaños de filtros) con valores suficientemente altos para eliminar parpadeos en el GI

Para eliminar posibles fugas de luz en zonas de la geometría con elementos muy delgados, variar el tamaño de muestras o el valor de los filtros, también se puede corregir variando la cantidad de GI de cada objeto desde las propiedades de objetos de VRay.

Escena final renderizada usando Vray con Irradiance map y Light cache

Escena final renderizada usando Vray con Irradiance map y Light cache

Descargar documento - Ejemplos de Light Cache - español (494 KB) Descarga gratuita

Descargar documento - Descripción parámetros Light Cache - español (423 KB) Descarga gratuita

Manuales y Tutoriales Vray

>> Trabajar con materiales Vray en 3DS Max(español) Descarga gratuita Trabajar con materiales Vray

>> Métodos de Iluminación Global con Vray para 3DS Max (español) (Versión corregida) Descarga gratuita Métodos de Iluminación Global en VRay

>> VRay Sky en 3D Studio (español) Descarga gratuita Descargar Tutorial VRay Sky

>> Imitando la luz solar con VRay para 3DS Descarga gratuitaTutorial imitando la luz solar

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