知識點五 全局照明與最終聚焦

在現實世界中，光線碰到物體后會被物體吸收和反彈，被反彈后的光線碰到其他物體會繼續被吸收和反彈，直到光線完全被吸收。即使燈光照不到的地方也不會是純黑的，而且物體所呈現的顏色也會受到其他物體的影響，而帶有其他物體的顏色。如圖1-53所示，墻壁和地面帶有兩個球的顏色。用Maya自帶的渲染器software渲染場景，雖然可以進行光線追蹤，但是不會反彈光線，物體之間的顏色也就不會相互影響。在software中要想渲染出物體帶有周圍物體的顏色，可以單獨用一盞帶有周圍物體顏色的燈光作為輔助光來照射物體。雖然這樣做可以加快制作進程，但這樣得到的效果是不準確的。要想得到準確的光線反彈的效果，可以使用mentalray渲染器的Global Illumination（全局照明）和Final Gather（最終聚焦）進行間接照明。

1．創建光子

全局照明是一種模擬現實光線的反彈的一種間接照明技術。當渲染場景時，燈光會向外發射一種和光線方向相同的虛擬光子，一旦碰到物體，就會被物體吸收、反射、折射，被反射和折射的光子會帶有物體的色彩和照明信息，這樣光子從一個物體反彈到另一個物體，直到被完全吸收為止。

要使用全局照明就必須有光子，如果沒有光子，即使打開全局照明，也不會有間接照明。Maya里只有Directional Light、Point Light、Spot Light、Area Light可以發射光子。在燈光屬性編輯器里找到mental ray中的Caustic and Global Illumination分區，選中【Emit Photon】復選框，這樣這盞燈就可以發射光子了，如圖1-54所示。

① Photon Color（光子顏色）

表示光子能量的顏色。

② Photon Intensity（光子強度）

表示光子最初所帶有的能量，數值越大，光子的能量越大，全局照明越明亮。值為0時將會使全局照明失效。

③ Exponent（指數）

決定光子的衰減率，值越大，衰減越厲害。默認值為2，一般情況保持默認就可以了，除非需要特殊的效果。

④ Caustic Photons（焦散光子數）

發射焦散光子的數量，值越大，焦散越精確。默認值為10000。此值不宜過大，值太大會嚴重減少渲染速率。此屬性必須在【Render Settings】對話框里開啟【Caustics】才可以使用。如果開啟還不能使用，可按兩次【Ctrl+A】組合鍵更新燈光屬性編輯器。

⑤ Global Illum Photons（全局照明光子數）

此屬性和焦散光子相似，表示全局照明光子數量。

2．全局照明屬性

燈光能發射光子，就可以開啟全局照明進行屬性調節了。在【Render Settings】里的【Caustics and Global Illumination】屬性擴展欄里選中【Global Illumination】復選框，如圖1-55所示。

① Accuracy（精確度）

設置每個點用來計算顏色和強度的光子數目最大值。值越高，渲染越精確，但是會嚴重減慢渲染速率。

② Scale（縮放）

用來整體調節全局照明的明亮。此值是全局照明效果的倍增器，默認為1，若為0.5將使全局照明強度減半。

③ Radius（半徑）

在指定的范圍內尋找光子并計算作為間接照明。默認值為0, Maya將基于場景的大小自動賦予一個值，雖然默認情況下能產生不錯的效果，但是要想精確控制，最好是手動輸入一個值。如果輸入一個較小的值，如0.1，可以看見在場景中將產生像小圓點的光子，如圖1-56所示。

④ Photon Reflections（光子反射最大次數）

和光線追蹤一樣，指光子達到最大反射次數后將被吸收。此屬性要和Max Photon Depth結合使用。

⑤ Photon Refractions（光子折射最大次數）

定義光子可以被折射的最大次數，此屬性也要和Max Photon Depth結合使用。

⑥ Max Photon Depth（最大光子深度）

定義光子能夠被折射和反射的最大次數。

3．創建最終聚焦

Final Gather（最終聚焦）是一種模擬全局照明的方法，它發射的不是光子，而是采樣射線，類似于射線追蹤。最終聚焦是一種快速高效且容易實現全局照明效果，但是沒有全局照明精確。這兩種方法是相互獨立的，并不產生沖突，兩種方法經常一起使用來達到非常逼真的效果。當開啟最終聚焦時，將會在場景里投射最終聚焦點，由最終聚集點向外發射最終聚焦光線來采集周圍環境的照明信息，然后返回給最終聚焦點。

在【Render Settings】對話框的【mentalray】選項卡【Final Gathering】面板選中【Final Gathering】復選框，如圖1-57所示。

①Accuracy（精確度）

表示每個最終聚焦點向外發射的最終聚焦線的數量。默認值為100，最大值為1024。值太低會產生雜點，值太高會嚴重影響渲染速率。

②Point Density（最終聚焦點密度）

定義最終聚焦的數量，值越高將產生更多的細節，但是會嚴重影響渲染速率。

③Point Interpolation（最終聚焦點內插）

當渲染時設置內插最終聚焦點的數量。值越大，產生越平滑的表面。

④Scale（最終聚焦縮放）

和全局照明里的Scale功能一樣，作為最終聚焦的倍增器。

⑤Rebuild（重建最終聚焦貼圖）

當設為On時，在每次渲染時都會重新計算最終聚焦貼圖且會覆蓋原來的貼圖。設為Off時，將不會覆蓋原來的貼圖，而是加入原來的貼圖。如設為Freeze將不會重新計算最終聚焦貼圖，而是從原有最終聚焦貼圖里讀取。

⑥Final Gather File（最終聚焦文件名）

定義最終聚焦貼圖文件的名稱。

⑦Enable Map Visualizer（開啟貼圖觀察器）

開啟此選項，當對場景進行最終聚焦渲染后，可以在場景里觀察到最終聚焦點。

⑧Preview Final Gather Tiles（預覽最終聚焦的渲染過程）

開啟此選項，在渲染時可以在渲染窗口觀察到最終聚焦的渲染過程。此選項不對最終聚焦渲染產生任何影響。

⑨Optimize For Animations（優化動畫）

將會對前后幀的最終聚焦點進行平均，減少動畫的閃爍。

⑩Use Radius Quality Control（使用半徑控制質量）

開啟此選項，Max Radius 和Min Radius將變成可調節屬性。不開啟時，Maya將根據場景的大小來自動決定Max Radius 和Min Radius的值。

? Max Radius（最大半徑）和 Min Radius （最小半徑）

定義最終聚焦點向外發射最終聚焦線的范圍。Max Radius建議不要超過場景邊界框的10%, Min Radius不超過Max Radius的10%。

? View （Radii in Pixel Size）【視圖（像素半徑）】

此選項將使Max Radius和Min Radius基于像素大小，而不是物體坐標空間。

? Precompute Photon Lookup（預計算光子）

開啟此選項，將在預渲染過程產生光子追蹤來計算和評估場景的發光，雖然會減慢預渲染過程，但是會加快整個渲染過程。

? Filter（濾鏡）

用來消除因最終聚焦產生一些過亮小斑點。

? Falloff Start（發散開始）和Falloff Stop（發散停止）

當最終聚焦射線傳播距離超過Falloff Start的值時，將采集相機的背景顏色，超過Falloff Stop時將不發射。

? Reflections（反射）

限制最終聚焦射線被反射的最大次數。

? Refractions（折射）

限制最終聚焦射線被折射的最大次數。

? Max Trace Depth（最大追蹤深度）

設置最終聚焦射線被反射或折射的最大次數。此屬性可以覆蓋Reflections和Refractions屬性的值。

? Secondary Diffuse Bounces（次級反彈）

開啟此選項可以防止一些不自然的暗部區域，值過大會嚴重減慢渲染速度。

? Secondary Bounce Scale（次級反彈縮放）

次級反彈效果的倍增器。

【Render Settings】對話框的說明

【Render Settings】對話框是Maya渲染器的核心之一，是Maya最常用的對話框。此對話框包含【Common】和【Maya Software】（Maya自帶軟件渲染器）兩個選項卡，如果開啟了mental ray渲染器插件，則可以在【Render using】下拉菜單中選擇【mental ray】選項，如圖1-58所示。啟動Maya后默認自動開啟的渲染器有Maya Software和Maya Hardware（Maya硬件渲染器）。mental ray屬于第三方自帶插件渲染器，可以選擇【Window】>【Settings/Preferences】（設置首選項）>【Plug-in Manager】（插件管理器）命令，如圖1-59所示，在【Plug-in Manager】對話框中找到【Mayatomr. mll】，后面有兩個復選框【Loaded】和【Auto load】，選中前者代表開啟mental ray渲染器，選中后者則表示mental ray渲染器將隨Maya軟件啟動后自動開啟menral ray渲染器，如圖1-60所示。Maya還可以安裝其他第三方渲染器，比如Turtle （海龜渲染器）、Renderman渲染器等。

在【Common】選項卡里可以對批渲染的輸出路徑、文件名、序列編號、后綴名、文件格式、渲染攝像機、圖片尺寸等進行設置。這是一個公共設置區，適用于所有渲染器，而Maya Software、Maya Hardware、mental ray等渲染器的選項卡則只適用于自身。在每種渲染器選項卡里可以對渲染圖片的品質、抗鋸齒、渲染計算方法、渲染特性和功能等進行設置。