1.4.7 焦散和全局照明

全局照明是用于捕捉間接照明的技術(shù)，間接照明是一種自然現(xiàn)象，因?yàn)楣饩哂胁ㄅc粒子的兩重特性，當(dāng)光線照亮物體時(shí)，光線會(huì)在鄰近的物體之間不斷反彈直到能量衰減完畢，也就是所看到的物體陰影和暗部的影調(diào)而不至于死黑一片，可以說有光的地方就有間接照明。

“焦散”是指當(dāng)光線穿過一個(gè)透明物體時(shí)或者一個(gè)具有鏡面發(fā)射能力的表面時(shí)，由于對象表面的不平整，使得光線折射或反射并沒有平行發(fā)生，出現(xiàn)漫折射漫反射，投影表面出現(xiàn)光子分散，焦散的現(xiàn)象在生活中非常常見。

用戶可以在mental ray中通過發(fā)射光子來得到“全局”和“焦散”等照明效果。

為了產(chǎn)生光子追蹤，場景中需有一個(gè)燈發(fā)射光子，因此需要打開任意一個(gè)燈屬性編輯器中的Emit Photons（發(fā)射光子）；此外，為了保證實(shí)際光子的正確分配，燈的Decay（衰減）屬性應(yīng)該設(shè)置為quadratic（二次方）。在一起使用Final Gathering和Global Illumination時(shí)，需要打開燈光的Physical（物理）項(xiàng)，才能正確產(chǎn)生直接和間接照明相結(jié)合的效果。

上述步驟完成后，獲得的圖片應(yīng)該顯示光子蹤跡光點(diǎn)或者最終聚集。光點(diǎn)可以通過調(diào)整表面材質(zhì)上光點(diǎn)參數(shù)進(jìn)一步調(diào)節(jié)。

在光子追蹤階段，光子從光源噴射并穿過整個(gè)場景。如果一個(gè)光子擊中一個(gè)物體時(shí)，指定的光影把光子存儲(chǔ)到“光子貼圖”中。基于這個(gè)參數(shù)，光影也決定了光子的相互作用。相互作用的可能的類型有：

● 吸收

● 反射（漫射/鏡射）

● 折射（漫射/鏡射）

在決定相互作用類型之后，光子重新被發(fā)射（直到最大光子跟蹤深度），同時(shí)有些光子在渲染時(shí)用來產(chǎn)生全局照明和焦散效果。

基礎(chǔ)材質(zhì)庫包含一個(gè)一般的光子材質(zhì)。大多數(shù)參數(shù)與之前所講的屬性一樣，但是有一些可能稍微不同。

1. 創(chuàng)建焦散

（1）在渲染全局設(shè)置窗口中打開Caustics（焦散）。

● 打開渲染全局設(shè)置窗口：Window → Rendering Editors → Render Globals（窗口→渲染編輯器→渲染全局）。

● 從Render Quality（渲染質(zhì)量）下拉列表中選擇PreviewCaustics（預(yù)覽焦散）選項(xiàng)，這樣在PreviewCaustics（預(yù)覽焦散）標(biāo)簽中會(huì)自動(dòng)地打開焦散。

注：把Caustic Accuracy（焦散準(zhǔn)確性）設(shè)置到少于64的值來減少污點(diǎn)；完成后，關(guān)閉Photon Map Rebuild（光子貼圖重建），這將會(huì)減少渲染時(shí)間，尤其在動(dòng)畫時(shí)。

（2）指定一個(gè)光源來噴射光子。

● 在燈的屬性編輯器的形狀節(jié)點(diǎn)中的段的Caustics and Global Illumination部分打開Emit Photons（噴射光子），此時(shí)可以使用一個(gè)或多個(gè)光源來噴射光子。

● 設(shè)置能量（Energy）中（RGB）指數(shù)和焦散的光子數(shù)。增加光子數(shù)將增加渲染時(shí)間，但增加能量值則不會(huì)增加渲染時(shí)間。

（3）指定產(chǎn)生焦散的物體和接收焦散的物體。

● 選擇物體，在物體屬性編輯器中選擇變換節(jié)點(diǎn)展開，關(guān)閉DeriveFromMaya并且可以設(shè)置焦散為Cast only（僅產(chǎn)生）、Receive only（僅接收）或Cast+Receive（產(chǎn)生+接收）；如果必要的話，也可以打開Visible、Trace、Shadow和if applicable進(jìn)行標(biāo)記。

或

● 在渲染全局設(shè)置窗口的PreviewCaustics標(biāo)簽里Overrides段中，在下拉列表里選擇Caustics Generating和Caustics Receiving選項(xiàng)，這將打開場景中所有物體產(chǎn)生和接收焦散的能力。

注：產(chǎn)生焦散的物體應(yīng)該有一個(gè)較低的diffuse（散射）值。例如設(shè)置Phong為0.3，而refractive index（折射率）應(yīng)該大于1。

接收焦散的物體應(yīng)該有一個(gè)較高的Diffuse（漫反射）值，例如可以將Lambert設(shè)置為0.8。

在現(xiàn)實(shí)世界中，光能從一個(gè)曲面反彈到另一個(gè)曲面，這往往會(huì)使陰影變得柔和，并使照明在不反彈光能時(shí)變得更加均勻。但在3D圖形學(xué)中，默認(rèn)情況下的光線為不反彈，如需反彈光能必須使程序生成反彈照明的模型。許多方法都可以達(dá)到上述目的。

由渲染器提供的方法稱為全局照明。全局照明使用的光子與用于渲染焦散的光子相同。實(shí)際上，全局照明和焦散都屬于同一個(gè)總類別，稱為間接照明。

在場景中，可以使用全局照明來創(chuàng)建平滑的、外觀自然的照明，而僅需用相對較少的光源和增加相對較短的渲染時(shí)間來表達(dá)效果。如圖1-143所示。

2. 創(chuàng)建全局照明

（1）在渲染全局設(shè)置窗口中打開Global Illumination（全局照明）。

● 打開Maya渲染全局設(shè)置窗口：Window → Rendering Editors → Render Globals（窗口→渲染編輯器→渲染全局）。

● 從Render Quality下拉列表中選擇PreviewGlobalIllum，同時(shí)在PreviewGlobalIllum標(biāo)簽中會(huì)自動(dòng)地打開全局照明。

（2）指定一個(gè)光源來噴射光子。

● 在燈的屬性編輯器（Ctrl-A）的形狀節(jié)點(diǎn)中的Caustics and Global Illumination部分打開Emit Photons（噴射光子），此時(shí)用戶可以使用一個(gè)或多個(gè)光源來噴射光子。

● 設(shè)置能量（Energy）中（RGB）指數(shù)和全局照明的光子數(shù)，增加光子數(shù)將增加渲染時(shí)間，但增加能量值則不會(huì)增加渲染時(shí)間。

（3）指定產(chǎn)生全局照明的物體和接收全局照明的物體。

● 選擇物體，在物體屬性編輯器中選擇變換節(jié)點(diǎn)中展開Mental ray段，關(guān)閉Derive From Maya并且可以設(shè)置全局照明為Cast only（僅產(chǎn)生）、Receive only（僅接收）或Cast+Receive（產(chǎn)生+接收）；如果必要的話，也可以打開Visible、Trace、Shadow和if applicable進(jìn)行標(biāo)記。

或者采用下面的方法：

● 在渲染全局設(shè)置窗口的PreviewGlobalIllum段中，從下拉列表里選擇Global Illum Generating和Global Illum Receiving選項(xiàng)。這將打開場景中所有物體產(chǎn)生和接收全局照明的能力。