V-Ray — система рендеринга (визуализации изображения), разработанная компанией Chaos Group (Болгария).
Первая бета версия рендерера V-Ray появилась в 2000 году.
V-Ray хорошо себя зарекомендовал в архитектурной визуализации, активно используется в кинопроизводстве и на телевидении, благодаря хорошему соотношению скорости просчёта к качеству изображения и большим возможностям.
V-Ray полностью построен на основе метода Монте-Карло (Quasi Monte Carlo — QMC, и его дальнейшей фирменной реализации — DMC).
V-Ray — это рейтрейсный рендер, в котором присутствует несколько алгоритмов просчета глобального освещения (Global Illumination):
имеется возможность выбора различных алгоритмов для просчета отражения и переотражения глобального освещения.
V-Ray — мощный инструмент визуализации, поддерживающий Depth of Field (глубина резкости), Motion Blur (эффект «размытия» в движении), Displacement (карта смещения, с увеличением детализации трехмерных объектов). Кроме этого, V-ray имеет собственные источники освещения, систему солнце-небосвод для реалистичного освещения естественным светом, и физическую камеру с параметрами, аналогичными реальным фото- и видеокамерам. Система Vray Proxy позволяет производить просчет чрезвычайно больших массивов однотипных объектов, состоящих суммарно из десятков миллиардов полигонов. Встроенные шейдеры предоставляют пользователю широкие возможности для имитации практически любых материалов. V-Ray SDK позволяет как программировать собственные шейдеры, так и адаптировать систему под решение специфических задач. Возможность просчитывать отдельные элементы изображения в виде каналов, таких как Глубина, Диффузный цвет, Альфа, Отражение, Преломление, Тени, и других, предоставляет большую свободу постобработки в пакетах композитинга и монтажа.
Помимо стандартной версии V-Ray, существует версия для просчета изображения в реальном времени V-Ray RT (Real-Time), которая использует возможности процессора или видеокарты. Начиная с версии V-Ray 2.0, V-Ray RT входит в стандартную поставку плагина к 3ds max. При использовании real-time рендера, V-Ray RT частично берет настройки из стандартного V-Ray (настройки освещения, цветового затухания, окружающей среды), а для вычислений использует собственный алгоритм. V-Ray RT способен делать вычисления с помощью процессора или же видеокарты, при этом в последнем случае достигается значительное увеличение скорости просчета, однако не поддерживается значительное количество функций V-Ray.
К недостаткам V-Ray можно отнести недостаточно полную документацию, особенно в части SDK, отсутствие кросплатформенности и недоработанную версию standalone.
Какой движок выбирать архитекторам, а какой — визуализаторам
Время чтения: 12 мин
V-Ray и Corona Renderer — два самых популярных движка для архитектурной визуализации. С 2017 года обе программы принадлежат одной компании — Chaos Group, и становятся всё более похожими, что усложняет выбор софта как для архитекторов, так и для профессиональных визуализаторов.
Какой движок подойдёт именно вам зависит от того, какую роль визуализация занимает в вашей работе: для архитекторов важнее совместимость движка с софтом для моделирования, а для профессиональных визуализаторов — технические характеристики программ и их соответствие задачам конкретного проекта.
Разбираем основные различия Corona и V-Ray вместе с преподавателями Софт Культуры:
→ Юнусом Юнусовым, сооснователем студии визуализации SUN и преподавателем базового курса «3ds Max + Corona. Архитектурная визулизация» ;
→ Наташей Уренёвой, визуализатором студии Magma Visual и преподавателем курса «Corona Pro. Продвинутая визуализация» ;
→ Владом Капустиным, архитектором бюро «Меганом» и преподавателем курса «SketchUp + V-Ray. Концептуальный рендер» ;
А также с внешними экспертами — архитекторами и визуализаторами Егором Кырчановым, Егором Штефаном и Надей Злобиной.
Связки с программами
Большинство движков визуализации могут работать только в связке с программами для моделирования. К таким встроенным движкам относятся V-Ray и Corona Renderer. Но есть и движки, работающие отдельно — например, Octane Render.
V-Ray и Corona Renderer чаще всего используют в связке с 3ds Max, потому что это одна из самых первых программ для моделирования с огромным количеством пользователей. Первые версии обоих движков были заточены именно под 3ds Max, а впоследствии адаптировались под другие программы моделирования.
V-Ray появился в 1997 году и долгое время был единственной достойной программой для визуализации. Со временем этот двиджок оброс множеством настроек, появились версии V-Ray для различных программ для моделирования: SketchUp, Rhino, Revit, ArchiCAD, Maya, Cinema 4D, Blender и многих других. Несмотря на то, что 3D-модели из этих программ нетрудно конвертировать в 3ds Max, архитекторы часто предпочитают оставаться внутри привычного софта для моделирования и отказываются пользоваться 3ds Max из-за неточностей в построении модели и громоздкого интерфейса.
Corona Renderer появилась в 2009 году как дипломный проект чешского разработчика Ондрея Карлика и быстро стала популярной в сфере архитектурной визуализации за счёт своей простоты и физической корректности. На сегодняшний день Corona полноценно работает только в связке с 3ds Max и Cinema 4D, но готовится версия движка и для ArchiCAD. Ранее разработчики планировали создать версию Corona для SketchUp, но сейчас её разработка заморожена.
В отличие от Corona, которая в основном используется в связке с 3ds Max, V-Ray удобен для пользователей большей части софта для моделирования. Но визуализаторы, предпочитающие работать с Corona Renderer, иногда используют движок в связке с Cinema 4D: её интерфейс намного дружелюбнее, чем у 3ds Max, а функционал и качество визуализаций при этом ничуть не хуже.
Стили и библиотеки
У Corona Renderer лаконичный интерфейс и предзаданные параметры, позволяющие добиться качественной визуализации без дополнительных усилий. Также у Corona есть богатая и бесплатная библиотека материалов, которая постоянно пополняется.
Настройка физически корректного отображения объектов в Corona не требует дополнительного времени — даже свет в сцене для рендеринга можно выставить автоматически. Хотя эти параметры можно перенастроить, велика вероятность, что при внесении изменений в стандартные настройки визуализация будет выглядеть неестественно — программа обязательно предупредит об этом.
Редактор материалов V-Ray имеет более широкий спектр возможностей: процедурные карты и огромное количество гибких настроек позволяют визуализировать любые материалы и создать собственные. Однако без навыка работы с настройками в V-Ray есть риск допустить ошибку и испортить визуализацию. Чтобы добиться фотореалистичности требуется достаточный опыт работы в программе.
У V-Ray есть большая библиотека реалистичных материалов: она платная и её можно найти на сайте разработчика — VRscans. Также в V-Ray можно создать стилизованные нереалистичные материалы — это одна из важных характеристик движка, которая делает его идеальным софтом для экспериментов с графикой.
И V-Ray, и Corona позволяют без проблем осуществлять взаимный экспорт уже созданных материалов: сцену, созданную для V-Ray, можно в один клик конвертировать в сцену для Corona. Из Corona в V-Ray конвертировать сцены немного сложнее, но это не составит труда опытному визуализатору.
Технические особенности
Изначально в основе V-Ray лежал адаптивный метод рендеринга: ранним пользователями программы он знаком по чёрным квадратам (бакетам), которые постепенно открываются в процессе просчёта изображения.
V-Ray — мощный инструмент визуализации, поддерживающий Depth of Field (Глубина резкости), Motion Blur (Эффект «размытия» в движении), Displacement (Карта смещения с увеличением детализации трехмерных объектов). Кроме этого, V-Ray имеет собственные источники освещения, систему солнце-небосвод для реалистичного освещения естественным светом, и физическую камеру с параметрами, аналогичными реальным фото — и видео камерам.
Система V-Ray Proxy позволяет производить просчет чрезвычайно больших массивов однотипных объектов, состоящих суммарно из десятков миллиардов полигонов. Встроенные шейдеры предоставляют пользователю широкие возможности для имитации практически любых материалов. V-Ray SDK позволяет как программировать собственные шейдеры, так и адаптировать систему под решение специфических задач. Возможность просчитывать отдельные элементы изображения в виде каналов, таких как Глубина, Диффузный цвет, Альфа, Отражение, Преломление, Тени, и других, предоставляет большую свободу постобработки в пакетах компоузинга и монтажа.
Откройте окно настроек визуализатора, после чего раскройте свиток Assing Render (сторонний визуализатор), как показано на рисунке 2. В строке Production мы можем увидеть установленный по умолчанию Default Scanline Renderer. Щелкните по кнопке справа от этой строки и установите в открывшемся окне Chouse Renderer (Выберите визуализатор) V-Ray Adv 1.50.09, как показано на рисунке 2 и нажмите кнопку ОК. Рисунок 2. Установка V-ray визуализатора. После данной операции окно визуализатора примет следующий вид (рис. 3). Рисунок 3. V-ray установленный в качестве визуализатора.
Из-за технических причин, выделенная память для оригинального 3D Studio Max кадрового буфера продолжает существовать, поэтому если вы используете V-Ray кадровый буфер, рекомендуется установить в свитке Common окна визуализатора минимальное разрешение изображения.
Отключение опции Get resolution from MAX (Брать разрешение из 3D MAX) позволяет установить для изображения большой размер, что не позволяет сделать стандартный буфер кадра 3D MAX (до 2048х1536).
Render to memory frame buffer (Визуализация в память буфера кадра). Активация данной опции создаст V-Ray фрейм-буфер и будет использовать его для хранения данных изображения, которые можно наблюдать как во время визуализации так и после нее.
Кнопка Show Last VBF позволяет увидеть результат последней визуализации, если вы случайно закрыли окно визуализации.
В первой части были рассмотрены основные принципы работы и назначение некоторых настроечных параметров VRay. А сейчас давайте посмотрим, как все это можно использовать на практике.
Сцена
Материалы и геометрия
Следует также придерживаться принципа соответствия размеров объектов сцены размерам реальных объектов. Необходимость этого обязательного требования продиктована использованием закона затухания интенсивности освещения с расстоянием в любой современной рендер-программе, рассчитывающей Global Illumination.
Поскольку я собираюсь использовать фотонные карты, необходимо настроить материалы. Как известно, VRay рассчитывает фотонные карты только для материалов типа VrayMtl. Поэтому необходимо выполнить преобразование стандартных материалов 3ds max, которые используются в нашей сцене, в материалы типа VrayMtl. Преобразование материалов довольно тривиально, нужно только изменить тип на VrayMtl, воспроизвести диффузные свойства материалов и положить в соответствующие слоты растровые карты. Поскольку некоторые материалы в оригинале имели bump, он также настраивался и в новых материалах, с теми же количественными значениями.
Для планирования следует принимать цифру приблизительно в 1.5 Гб (если вы не запустили одновременно с 3ds max еще и Photoshop, Corel Draw, WinAmp, Word и IE :). Вот сцена с настроенными материалами.
Для моделирования солнечного освещения подойдет любой ИС, который отвечает следующим трем обязательным условиям:
Настройка положения и высоты Target Direct в сцене выбиралась так, чтобы наиболее интересно осветить ту часть, которая видна в камере. Волновой фронт выбран прямоугольным (Light Cone>rectangle) для облегчения его проецирования на интересующую часть сцены так, чтобы минимизировать потери при излучении фотонов. Затухание обязательно отключаем (Decay>Type>None). В качестве типа теней был выбран VRayShadow со значениями по умолчанию.
Второй источник света должен моделировать рассеянное освещение от небесного свода и потому обязательно должен быть пространственным (тип Area). В качестве такового можно выбрать ИС типа Skylight из набора 3ds max, и неплохо было бы с ним использовать подходящее изображение небесного свода в формате HDRI. Однако, учитывая то, что фотонные карты не могут работать со Skylight и HDRI, целесообразнее взять вместо него ИС типа VrayLight, которым и воспроизвести световой фронт. Впрочем, вариант с использованием Skylight+HDRI вовсе не исключен, просто здесь и сейчас я его рассматривать не буду.
Наконец, для того, чтобы воспроизвести цвет неба, выставлен белый цвет для Environment 3ds max.
Экспоненциальный контроль хорош тем, что позволяет убирать засветы в сильно освещенных местах. В этой сцене я хочу воспроизвести ощущение достаточно яркого солнечного дня, в результате получается засвет в области крыши при приемлемой освещенности остальной сцены. Проблему помогает решить экспоненциальный контроль освещения. Вообще, необходимость в контроле засветов/затемнений вызвана тем, что современные рендеры рассчитывают физически корректные значения интенсивностей, которые далеко не всегда укладываются в «прокрустово ложе» стандартной модели RGB.
Всего имеется три типа контроля: Linear multiply (линейный), Exponential (экспоненциальный), HSV exponential (экспоненциальный с сохранением насыщенности цвета). Различие между Exponential и HSV exponential состоит в насыщенности тонов после корректировки, при использовании Exponential изображение получается более «сдержанным», блеклым. На последующих этапах, после расчета фотонных карт и irradiance map, возможно, потребуется дополнительно подкорректировать освещение. Это вполне можно выполнить таким же образом и без пересчета карт.
Настройка фотонных карт
Начнем с настройки фотонных карт. Прежде всего, на закладке VRay: Indirect Illumination выставляем следующие параметры:
Сейчас для первичного отскока выбран метод Global photon map с целью отладки фотонной карты. Позже, когда фотонная карта будет готова, я буду использовать Irradiance map.
Значение Secondary bounces>Multiplier установлено в максимальном значении = 1, по причине большого размера сцены и наличия труднодоступных участков для фотонов. По этой же причине значение глубины трассировки фотонов, Bounces, установлено в 20 против 10 по умолчанию.
Отключены Refractive GI caustics и Reflective GI caustics, поскольку я не планирую рассчитывать каустик-эффекты от отраженного диффузного освещения.
Параметры фотонной карты остаются неизменными, меняются лишь значения subdivs для источников света. Перед расчетом можно еще отключить генерацию caustic photons у источников света и у объектов (поскольку расчет каустик-эффектов от прямого освещения в этой сцене также не планируется) и убедиться в свойствах объектов, что для них установлены Generate GI/Receive GI.
Легко увидеть, что наиболее качественная фотонная карта получена для 128 миллионов фотонов (рис. phot_map#8). Поскольку она рассчитана за вполне приемлемое время и требует не так много места на диске для хранения (попробовал бы я это сказать года три назад :), ее и выбираю для дальнейшей работы. Вообще говоря, если бы я хотел ограничиться только видом из данной камеры, вполне можно было попробовать использовать самую первую фотонную карту с 3000 subdivs. Но я хочу еще посмотреть, что «творится» на балконах, а там плотность фотонной карты будет самой низкой во всей сцене и 3000 subdivs может оказаться недостаточно для качественного рендера.
Теперь выставляем загрузку фотонной карты из файла, в котором она была сохранена, и продолжим «игру» с настройками фотонной карты. В частности, попробуем менять SD, поскольку это не потребует пересчета фотонной карты.
На этом настройку фотонной карты можно было бы и завершить. Но я предлагаю потратить немного дополнительного времени и задействовать еще один механизм, способный обеспечить дополнительное качество фотонной карты.
До сих пор количество собираемых фотонов Max. photons было установлено в 0 для того, чтобы ничто не мешало настроить радиус сбора. Давайте укажем значение Max. photons таким, чтобы оно соответствовало количеству собираемых фотонов в пределах нашего SD для наименее плотных областей фотонной карты. Идея в том, чтобы в областях карты с высокой плотностью фотонов освещенность точек рассчитывалась при помощи Max. photons. При этом радиус сбора будет меньше установленного в настройках SD, и будет меняться в зависимости от плотности карты, доходя до установленного значения SD в областях с самой низкой плотностью. Таким образом, мы достигаем сразу двух целей: радиус сбора будет меняться по всей фотонной карте и шумовые пятна потеряют свою регулярность. А за счет уменьшения реального радиуса сбора повысится детализация светотени, особенно в средних тонах.
Как найти Max. photons? Начинаем постепенно повышать с 0 его значение с некоторым шагом (допустим, в 10 фотонов) и каждый раз рендерим изображение. Когда изображение в тех областях, где фотонная карта наименее плотна (темные и труднодоступные для освещения участки) перестанет меняться при увеличении Max. photons, текущее значение Max. photons и следует взять. Остается только сожалеть об отсутствии «штатных» средств оценки плотности фотонной карты в произвольной выбранной точке сцены.
Настройка Irradiance map
Пороговые значения для цвета, нормалей, расстояния и количества сэмплов subdivs оставлены теми же, что были в preset High. Количество subdivs в 50 сэмплов означает, что для расчета диффузной освещенности каждой точки будет использовано до 2500 лучей, чего вполне достаточно для большинства случаев. Вообще же, «рабочий» диапазон subdivs лежит в пределах 30-120 сэмплов и может быть еще увеличен при наличии шума в изображении.
При наличии шума также настоятельно рекомендуется проанализировать его возможную причину, поскольку уменьшение соответствующего порогового значения может привести к решению проблемы без увеличения subdivs. Значения Min. rate и Max. rate также оставлены довольно высокими, поскольку для настройки используется изображение низкого разрешения (640х480). Для наблюдения за процессом расстановки точек можно включить Show calc. phase.
Теперь перейдем к настройкам самой карты на закладке VRay: Advanced irradiance map parameters.
Calc. pass interpolation samples определяет количество рассчитанных значений освещенности для интерполяции освещенности нерасчетной точки. Чем выше это значение, тем ровнее градиент и больше размывание оттенков. Рекомендуемый рабочий диапазон для этого параметра 12-25, оставляем 15. Назначаем сохранение фотонной карты в файл, это может пригодиться для последующей коррекции при помощи Color map (экспоненциального контроля освещенности) и настройки антиалиасинга. Теперь все готово и можно нажимать кнопку «Render»!
Мне лично больше нравится последнее изображение, и именно для него я просчитаю окончательный рендер. Вот он. Я только немного подкорректировал цвет, изменив Dark Multiplier с 1.6 до 1.4, и настроил AA:
В сцене есть еще одна камера, установленная на втором этаже. Я выполнил рендер для вида из нее, используя все ту же фотонную карту из файла и irradiance map с теми же настройками, которая просчитывалась для нового вида заново.
Счастливые обладатели Combustion могут воспользоваться для обработки HDR изображения его возможностями.
Чем меньше Search dist., тем качественнее и четче каустика, то же относится и к Max. photons при достаточно высокой плотности фотонной карты. Вот, в общем-то, и все.
К счастью, VRay широко используемая на практике программа, особенно у нас. Поэтому, всегда можно найти людей, настоящих профессионалов, способных ответить на конкретный вопрос. В этой связи очень рекомендую русскоязычный форум по VRay на http://www.3dcenter.ru/forum. Здесь уже накоплена очень большая база знаний по конкретным вопросам использования программы. Листая страницы форума, наверное, возможно найти ответ на любой мыслимый вопрос по практическому применению VRay. Пользуясь случаем, хочу выразить дань глубокого уважения людям, чей опыт и добрая воля обеспечили ценность собранных знаний.
На что действительно способен VRay можно увидеть по работам мастеров. И раз уж речь зашла о мастерстве, должен констатировать тот факт, что уровень работ, выполненных русскими в VRay, очень высок и это общепризнанно. Западные коллеги вполне серьезно говорят о существовании «русской школы визуализации». Не о немецкой, испанской или итальянской, или о какой-нибудь еще. О русской.
Здесь я умолкаю. Пусть дальше «говорят» работы, они красноречивее любых слов.
Системы рендеринга трёхмерной графики
Рисунок 2. Установка V-ray визуализатора. 
Рисунок 3. V-ray установленный в качестве визуализатора.