Zapraszamy do obejrzenia prezentacji dotyczącej procesu renderingu sceny za pomocą metody obliczeniowej path tracing będącej podstawą modułu Renderingu Profesjonalnego. Przekonaj się sam jakie to łatwe!

Głównym zadaniem modułu Renderingu Profesjonalnego jest zapewnienie doskonałej jakości wizualizacji przy stosunkowo krótkim czasie obliczeń. Skrócenie czasu uzyskano dzięki współdziałaniu procesora karty graficznej (GPU) z nowoczesnymi, wielordzeniowymi procesorami (CPU). W efekcie otrzymano optymalny stosunek obliczeń do jakości otrzymywanych wizualizacji. Na chwilę obecną w programie możemy wyróżnić dwa niezależne od siebie algorytmy obliczeniowe: dotychczasowe radiosity oraz nowość – path tracing. Od użytkownika zależy którą metodę wybierze, nowy algorytm path tracing umożliwia uzyskanie wizualizacji na najwyższym poziomie, nie do odróżnienia od prawdziwych fotografii.

  • nowość – path tracing – złożony algorytm obliczeniowy umożliwiający tworzenie fotorealistycznych obrazów scen trójwymiarowych, w której analizowane są losowo wybrane, ścieżki promieni światła. Analizując dostatecznie dużo różnych promieni możliwe jest wyznaczenie wysokiej jakości odwzorowania globalnego rozkładu światła. Ogólna metoda została zaproponowana przez Jamesa Kajiya w 1986 roku, jako rozwiązanie tzw. równania oświetlenia. Algorytmy i implementacja metody path tracing w module Renderingu Profesjonalnego jest autorskim rozwiązaniem CAD Projekt K&A. Metoda ta jest dokładniejsza niż Radiosity i może dawać efekty nie do
    odróżnienia od prawdziwych fotografii. W związku z dużą ilością obliczeń jest też  bardziej czasochłonna i ma wyższe wymagania sprzętowe.
  • radiosity – jest to złożona metoda przeliczania danych i wyznaczania globalnego rozkładu oświetlenia scen trójwymiarowych, uwzględniająca odbijanie i pochłanianie światła przez różne przedmioty. Wyliczone tą metodą parametry oświetlenia są zapamiętywane przez program i są następnie używane do wyświetlania wizualizacji w czasie rzeczywistym. Zastosowanie tego rozwiązania poprawia wydajność renderingu i pozwala na uzyskiwanie takiego wyglądu wnętrza, jak w rzeczywistości. Uzyskane efekty są niezależne od położenia obserwatora.

Główną zaletą metody path tracing nad radiosity i raytracingiem jest łatwe modelowanie promieniujących powierzchni – w ray tracingu uwzględniane są jedynie światła punktowe. Konsekwencją zwiększonej ilości obliczeń jest wzrost wymagań sprzętowych, zwykle dla jednego piksela obrazu należy przeanalizować od kilkudziesięciu do kilkuset ścieżek, co przekłada się na czas obliczeń.
Oczywistą zaletą jest jakość otrzymywanych wizualizacji, zbliżonych do zdjęć rzeczywistych

Algorytm przebiega następująco:

  • z punktu, w którym znajduje się obserwator wypuszczane są promienie światła w kierunku rzeczywistego emitera
  • jeśli promień trafi w jakiś obiekt, z punktu przecięcia (rekursywnie) wypuszczane są kolejne promienie (co najmniej jeden), przy czym kierunek nowych promieni jest losowy; od jakości funkcji losującej zależy jakość obrazu, a każdy obiekt może pochłaniać lub emitować światło. 
  • tworzenie pojedynczej ścieżki kończy się, gdy głębokość rekursji przekroczy pewien limit. Wówczas wyznacza się ostateczne natężenie światła, jakie dociera do obserwatora: składa się na nie natężenie światła pochodzące od obiektów emitujących, które następnie na ścieżce jest tłumione; tłumienie zależy od cech fizycznych trafionego obiektu uwzględniające m.in. parametry odbicie/chropowatość/mapowanie wypukłości oraz kąt pomiędzy promieniem padającym i odbitym.

Niezależnie o tego którą metodę obliczeniową wybierzemy, krok pierwszy to obliczanie oświetlenia globalnego (global illumination). Odbywa się ono za pomocą zaawansowanych technologicznie algorytmów używanych w komputerowej grafice 3D do prawidłowego oświetlenia sceny. Krok 2 to “finiszowanie” obrazka, które w przypadku metody path tracing polega na wielokrotnym przeliczeniu tzw. próbek na pixel. Z każdym przebiegiem obliczeń wizualizacja staje się mniej ziarnista i lepsza jakościowo.

Po zakończeniu obliczeń możliwe jest wykonanie prostej post produkcji polegającej na możliwości korekty tonacji barwnej za pomocą takich parametrów jak:

  • ekspozycja
  • kontrast
  • gamma
  • redukcja jasności
  • balans bieli

Oprócz powyższej korekty tonacji barwnych możliwe jest skorzystanie z predefiniowanych filtrów.

Metody prezentacji projektu

REDNER
STANDARDOWY
RADIOSITY
PATH TRACING
jakość wizualizacji
*
**
***
format pliku graficznego
jpg
jpg
jpg
maksymalna rozdzielczość (px)
5760 x 3240
5760 x 3240
5760 x 3240
zapis animacji (avi)
tak
tak
tak
CAD Share-It
tak
tak
nie
obserVeR
nie
tak
nie
panorama sferyczna 360
nie
nie
tak

Słowniczek

  • algorytmy global illumination
    (globalne oświetlenie) – jest to model oświetlenia, w którym uwzględniane jest nie tylko światło emitowane przez występujące w projekcie źródła światła, jak to ma miejsce w mniej przypadku mniej zaawansowanej wizualizacji, w której stosuje się oświetlenie lokalne, lecz również promienie odbite od innych obiektów, ścian i podłóg. Zastosowanie tej funkcji pozwala na otrzymanie realistycznie wyglądającego rozkładu światła w pomieszczeniu.

Podczas obliczeń uwzględniane są cechy fizyczne obiektów ( emisja światła, podświetlenie, połysk, odbicie, chropowatość, przeźroczystość, mapowanie wypukłości )

  • technika bump mapping
    (mapowanie wypukłości) – jest to specjalistyczny sposób teksturowania szeroko wykorzystywany w grafice 3D, symulujący niewielkie nierówności faktury obiektów. Pozwala na uzyskanie efektu pełnej realności wizualizowanych powierzchni, na przykład wyglądu płytek ceramicznych. Dzięki mapowaniu wypukłości zyskują one naturalnie wyglądające połyski, szorstkości i wypukłości.
  • ambient occlusion – innowacyjna metoda cieniowania powierzchni obiektów przestrzennych, polegająca na szacowaniu w jakim stopniu dany fragment powierzchni przedmiotu jest wystawiony na działanie światła rozproszonego w pomieszczeniu (tj. światła ambientowego). Jest to stosunkowo prosty sposób na nadawanie przedmiotom realistycznego i naturalnego wyglądu.
  • technika ray tracing (śledzenia promieni) – jest to algorytm analizowania załamań i odbić promieni, które trafiają do obserwatora sceny, służący między innymi do uzyskiwania efektu okluzji otoczenia. Jej zastosowanie pozwala również na uzupełnienie oświetlenia sceny o promienie, pominięte w metodzie energetycznej, która brała pod uwagę tylko światło rozproszone. Technika ta umożliwia między innymi uzyskiwanie połysków na powierzchniach metalowych, załamań światła na szkle, lub – co bardzo istotne – wielokrotnych odbić w lustrach. Ray tracing jest algorytmem finiszującym obliczenia radiosity
  • nadawanie efektu luminescencji (emisja)– każdy obiekt w projekcie może mieć dodaną właściwość emisji własnego światła, o dowolnym natężeniu i kolorze. Opcja ta zapewnia doskonały efekt dekoracyjny.
  • wybór kształtu oprawy świetlnej w oparciu o dane IES – źródła światła w wizualizacji będą mogły być nie tylko dowolnie i selektywnie regulowane z bieżącym podglądem efektów modyfikacji parametrów (koloru, natężenia, zasięgu itd.) lecz również można będzie im nadawać różnego rodzaju kształty w oparciu o dane IES, określające rzeczywisty rozkład światła w przypadku różnego rodzaju opraw. To rozwiązanie pozwala stworzyć naprawdę niepowtarzalną atmosferę w projektowanym wnętrzu, a także zachować maksymalny realizm wizualizowanej sceny.
  • opcje diagnostyki sceny – w tym naprawy odwróconych powierzchni modeli 3D, co pozwala na otrzymanie poprawnego rozkładu oświetlenia, odbić i połysków.