Для расчета освещенности выбран метод irradiance map + photon map. Сделано это в силу следующих причин: фотонная карта обеспечивает корректный и быстрый результат, карта освещенности (irradiance map) также обеспечивает скорость и при должной настройке - качество рендера. Преимущества такого метода достаточно подробно обсуждались в первой части.

Начнем с настройки фотонных карт. Прежде всего, на закладке VRay: Indirect Illumination выставляем следующие параметры:

рис.06. Настраиваем фотонную карту

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.

Самое главное, что нужно теперь определить - это количество излучаемых источниками света фотонов (subdivs). Оно должно быть достаточно большим, чтобы обеспечить требуемое качество изображения и достаточно малым, чтобы обеспечить максимальную для данных конкретных условий скорость расчета. В идеале, чем выше плотность фотонной карты, тем меньше радиус сбора (Search distance - далее SD) фотонов и тем качественнее фотонная карта. На практике же приходится учитывать временной фактор расчетов и ограничения операционной системы на память (1.5 Гб минус память на геометрию и материалы, помните?). Поэтому, разумный выбор SD и подгонка плотности фотонной карты под него - главная стратегия на этом этапе.

Критерием для выбора подходящего значения SD является анализ самой сцены. Если, например, в сцене присутствует важный хорошо видимый объект, передача светотени которого будет определяющей, выбор SD стоит привязывать к нему - SD должен быть таким, чтобы обеспечить точность передачи тени возле этого объекта. Если важного объекта нет, SD может быть выбран, исходя из размеров сцены и используемых единиц измерения (SD измеряется в установленных для сцены единицах).

Поскольку в нашей сцене важных объектов нет, я предположил, что SD в пределах 50- 150 миллиметров будет приемлемым, и остановился на прикидочном значении SD=100. Выбор SD позволяет сразу же определить и Max. density (разрешение фотонной карты, или ее "сжатие", далее - MD), так как между ними существует связь. Очевидно, что SD не может быть меньше MD, поскольку тогда в пределах SD не окажется ни одного фотона.

Разработчики рекомендуют соотношение между SD и MD в пределах 2-6, то есть SD=MD*2…6, которым мы и воспользуемся. Обойтись вообще без MD, то бишь использовать для него нулевое значение (фотонную карту полного разрешения) не удастся, поскольку нам нужно излучить довольно большое количество фотонов, а ограничения на оперативную память не позволят этого сделать. Выбираем MD =100/6=15, в отношении величины MD всегда нужно стремиться к наименьшим из возможных значениям. Теперь рассчитаем четыре фотонных карты с разными значениями subdivs для источников света: для 3000, 5000, 7000 и 8000 subdivs на каждый. Каждую фотонную карту обязательно сохраняем в отдельный файл.

рис.07 Параметры фотонной карты

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.

рис. phot_map#5. Так выглядит фотонная карта для 5000 subdivs.
Статистика фотонной карты:
subdivs 5000 5000;

рис. phot_map#7. Так выглядит фотонная карта для 7000 subdivs.

Статистика фотонной карты:

Статистика фотонной карты:

Легко увидеть, что наиболее качественная фотонная карта получена для 128 миллионов фотонов (рис. phot_map#8).

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.

Радиус очень хорош сам по себе, поскольку обеспечивает высокую детализацию. К сожалению, при таком радиусе и с текущей плотностью фотонов получается очень шумная фотонная карта, малопригодная для использования.

рис. sd-1000. SD=1 метр. Шума почти нет, но получено это за счет сильного размывания деталей светотени из-за слишком большого радиуса. Изображение выглядит плоским, неинтересным. Да и время расчета увеличилось почти в 30 раз из-за того, что в расчете освещенности обрабатывается большее количество фотонов.

рис. sd-90. После некоторых дополнительных экспериментов с радиусом сбора, я решил остановится на значении SD=90 мм. Данная фотонная карта имеет приемлемый шум и радиус сбора, способный достаточно точно передать детали освещения, а стыки и углы получаются ровными, без заметных разрывов. Время расчета фотонной карты тоже вполне приемлемо.
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.

рис. mp-10. Фотонная карта для Max. photons = 10. Сильный шум, продолжаем увеличивать количество собираемых фотонов.

рис. mp50. Продолжая постепенно увеличивать Max. photons, я остановился на значении в 50 фотонов. После рубежа в 100 фотонов изображение вообще перестает меняться - во всех областях сцены достигается предел, установленный SD. Обратите внимание, что шумовые пятна стали теперь менее регулярными и не так явно выражены, как на рис. sd-90. Почернения на стыках и углах также почти полностью исчезли - срабатывает Convex hull area estimate.
Хорошая настройка фотонной карты - ключ к успешному и быстрому рендеру. Вот теперь перейдем к следующему этапу - настройке irradiance map.
Настройка Irradiance map
Снова переходим на закладку VRay: Indirect illumination и в качестве метода расчета первого диффузного отскока выбираем irradiance map. Для настроек irradiance map я выбрал Irradiance map preset>High, затем там же - Custom. Это позволяет редактировать настройки High.

рис. 08. Настройки расчета первого отскока методом 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.

рис. 09. Настройка irradiance map
Выполнить настройку параметров самой карты довольно просто. Выбираем Interpolation type: Least squares fit. Еще может быть только один вариант - Delone triangulation, который не размывает интерполируемую освещенность, в отличие от всех остальных типов и может быть использован для изображений, к которым предъявляются повышенные требования к четкости. Наша сцена вполне обычна, поэтому оставлен Least squares fit. Sample lookup (способ выбора рассчитанных точек для интерполяции) - Precalc'd overlapping, лучший из имеющихся, оставляем. Устанавливаем Randomize samples, что должно подавлять муар и другие проявления алиасинга. Check sample visibility стоит включать только при наличии проблем в сцене, связанных с проникновением света через поверхности. В текущей сцене таких проблем нет, значит, не включаем.
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"!
Я рассчитал два изображения для двух настроек фотонных карт - для Search distance=90, Max. photons=0 и для Search distance=90, Max. photons=50 (то, что мы считали на рис. sd90 и на рис. mp50). Вот что получилось (разрешение и настройки AA пока не менялись).

рис. irr-1. Изображение, полученное методом irradiance map+ фотонная карта с Search distance=90, Max. photons=0. 640х480, без АА.

рис. irr-2. Изображение полученное методом irradiance map+ фотонная карта с Search distance=90, Max. photons=50. 640х480, без АА.
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:

рис.10. Настройки АА для финального рендера.

Поскольку сглаживание AA является дополнительным и независимым проходом по отношению к проходам расчета точек irradiance map, для настройки AA использовалась сохраненная в файл карта, как и для настройки Color map. Из фильтров AA общего назначения наиболее качественными являются Catmull-Rom и Mitchell-Netravali. Наиболее простой - Area. Эти фильтры определяют влияние пикселей изображения друг на друга и являются результатом исследований теории антиалиасинга. Другие фильтры этой группы предназначены для различных специальных случаев, описание которых можно найти в руководстве к VRay. Перед рендером я изменил разрешение изображения на 1024х768 и уменьшил значения Min. rate до -4, а Max. rate до -1. Поскольку количество точек изображения увеличилось, качество irradiance map не должно пострадать. Итак:

рис. cam-1. Финальный рендер, вид из первой камеры.
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.

рис.11. Irradiance map, только первый диффузный отскок

рис. 12. Irradiance map, только первый диффузный отскок и прямое освещение

рис. 13. Фотонная карта и прямое освещение.

рис. cam-3. Еще один вид из первой камеры, повернутой на 180 градусов, ради во-о-н того барельефа . Та же фотонная карта, те же настройки, irradiance map рассчитывалась заново.
Имея корректно настроенные фотонную карту и irradiance map теперь можно "взять" рендер из любой точки сцены или даже просчитать анимацию облета. В последнем случае для irradiance map Mode можно использовать Multiframe incremental - карта будет просчитываться для каждого нового кадра не заново, а с нарастанием - только для новых точек, появившихся в поле зрения.

рис. cam-4. Еще один вид, с верхней галереи.

Использование экспоненциального контроля Color mapping - не единственный способ устранения засветов/темных мест в изображении. Можно предложить еще одну схему, которая требует большего времени для настройки, но способна обеспечить более интересное изображение.
Сначала настраиваем интенсивность источников света обычным способом - при помощи экспоненциального контроля Color mapping. Но перед финальным рендером там же выставляем Color mapping>Type>Linear multiply, G-buffer output channels>Unclamped color и вывод изображения - в файл формата HDRI. Рассчитанное таким способом изображение будет содержать значение цвета пикселей в формате с плавающей запятой и реальными (а не RGB) значениями интенсивностей. Затем, полученный файл можно открыть в HDRShop и использовать его возможности (или возможности плагинов, например, - tonemap) для преобразования динамического диапазона изображения к диапазону цветового пространства RGB (монитора) с сохранением в файл обычного формата. Преимущество такого подхода - в возможности использования для преобразования динамического диапазона изображения различных специально для этого созданных алгоритмов, и получении более интересного конечного изображения. И даже - для привнесения спецэффектов или специфических акцентов в изображение, например металлического блеска на хромированных деталях.

рис.14. Пример обработки HDRI-рендера в HDRShop. Область средних тонов смещена в направлении более светлых тонов относительно оригинала при помощи TONEMAP, плагина для HDRShop.
Счастливые обладатели Combustion могут воспользоваться для обработки HDR изображения его возможностями.
Caustic

рис. 15.gif Настроечные параметры caustic
Я не буду подробно останавливаться на создании и настройке caustic-эффектов, поскольку они формируются при помощи фотонных карт, и идеология работы с ними идентична общей методике настройки фотонной карты. Скажу лишь об отличиях, которые необходимо учитывать. Прежде всего, излучение фотонов происходит целенаправленно на объект, каустика от которого рассчитывается. Это позволяет при относительно небольших значениях caustic-subdivs для источников света получать фотонные карты очень высокой плотности и высокого качества. Каустик-фотонные карты рассчитываются и сохраняются отдельно. Это позволяет настраивать их отдельно и подгружать по мере необходимости при финальном рендере. При создании каустики следует также учитывать, что в процессе участвуют только два или несколько (а далеко не все) объекты сцены - генератор каустики и получатель (отражатель) каустики. Соответственно, у объекта-генератора в свойствах нужно включать Generate caustic и, как правило, отключать Receive caustic. У отражателя каустики - наоборот. Генератор должен иметь сильные свойства отражения или преломления и IOR выше единицы, отражатель - наоборот, должен быть чисто диффузным объектом.
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.