RADIOSITY TUTORIAL. versione originale su:

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1 RADIOSITY TUTORIAL La "Profondità Diffusione" che si imposta nella finesta Settaggi Radiosity (render- >parametri rendering->radiosity) stabilisce quante volte una fonte di illuminazione andrà a riflettersi sugli oggetti presenti nella scena. Impostando un valore uguale ad 1 permettiamo alla fonte luminosa di raggiungere unicamente gli oggetti illuminati. Impostando un valore uguale a 2 permettiamo alla fonte luminosa di riflettersi una sola volta alla ricerca di altri target da illuminare. Utilizzando Radiosity, troviamo due tipologie di risorse luminose. Una è la fonte illuminante; l'altra è la superficie riflettente che è direttamente colpita dalla precedente. Di seguito sono riportati gli effetti della Profondità Diffusione, nei suoi valori possibili (da 1 a 5), che producono su una scena. Profondità Diffusione uguale 1: La fonte luminosa raggiunge unicamente gli oggetti illuminati direttamente, in questo caso i primi poligoni della stanza campione che essa incontra. Soltanto le parti della stanza che sono in linea di vista della fonte luminosa sono illuminate. Questa è la prima zona illuminata. Profondità Diffusione uguale 2: Con questa regolazione il raggio rimbalzerà una volta alla ricerca di altre superfici. Di conseguenza, tutti i corpi nella linea di vista diretta della lampadina, più tutto nella linea di riflessione del raggio. I poligoni seguenti saranno illuminati dal rimbalzo della fonte luminosa.

2 Pag 2 Profondità Diffusione uguale 3: Con questa regolazione il raggio rimbalzerà due volte alla ricerca di altre superfici. Di conseguenza, tutti i corpi nella linea di vista diretta della lampadina, più tutto nella linea della prima e della seconda riflessione. I poligoni addizionali illuminati di secondo rimbalzo rifletteranno per la terza volta. Questa intuitivo ragionamento è corretto e naturale. In realtà, i raggi provenienti da qualsiasi punto viaggiano esternamente con una angolazione determinata casualmente. Quando colpiscono un poligono, si riflettono da esso secondo l'angolazione d'incidenza con cui vengono colpiti proseguendo. Ad una Profondità di Diffusione impostata a 3, rimbalza due volte. Se trova una fonte di luce (o le fonti) all'interno dei rimbalzi assegnati, quel punto sarà illuminato dal Radiosity. Profondità Diffusione uguale 4: Questa regolazione significa che il raggio di luce rimbalzerà tre volte alla ricerca di atri oggetti. Di conseguenza, tutti i corpi nella linea di vista diretta della lampadina, più tutto nella linea della prima, della seconda e della terza riflessione. A questo punto la scena ha abbastanza rimbalzi, ogni rimbalzo trova la sua fonte luminosa. La scena, come potete vedere, ha così assunto un aspetto piacevole e naturale. Profondità Diffusione uguale 5: Con ogni rimbalzo supplementare otterrete un risultato un po'più fisicamente esatto ma al costo di periodi di render significativamente più elevati. Resta a voi decidere quando risulta soddisfacente. Una Profondità di Diffusione impostata ad 1 non può ovviamente essere sufficiente per illuminare indirettamente una scena. Se sostituiste la prima superficie riflessa con una serie di luci standard, trovereste di aver bisogno di un rimbalzo in meno; ciò è perché la fonte di luce (allo scopo il radiosity) non è la luce standard, ma gli elementi che direttamente sono illuminati da essa.

3 Pag 3 Questa pagina esaminerà il rapporto fra i campioni stocastici e le risoluzioni minime e massime. I campioni stocastici sono il numero di raggi inviati da un campione alla ricerca di una fonte di luce. La risoluzione minima è il numero di campioni rilevati in una zona piana. La risoluzione massima è il numero di campioni rilevati in una zona angolata. Sono inoltre generati campioni supplementari negli angoli. Da non confondere i campioni stocastici (numero di raggi che ogni campione ha) con i campioni. I campioni sono il numero di zone campionate in un area, essi sono determinati dalle risoluzioni minime e massime. Il valore stocastico del campione determina la qualità del campione stesso, mentre la risoluzione determina il numero di campioni. Sono di seguito riportati i tempi di calcolo su un pc Athlon 1800 con WinXP In questo esempio, la stanza in primo piano è illuminata da un singolo punto luce omni (con ombra morbida) senza radiosity. Tempo: 00:01 Successivamente è stato attivato il radiosity con le regolazioni indicate a sinistra. E stata regolata l intensità a 200% per la luminosità. L immagine mostra alcuni particolari negli angoli della stanza a destra. Tempo: 00:07

4 Pag 4 Questo è un primo piano dei particolari di cui sopra. È difficile sapere se essi sono il risultato del ridotto numero di campioni o il ridotto numero di campioni stocastici. Tempo: Aumentando il campioni stocastici ad 800 il risultato non migliora di molto. Dunque in questo caso non è la qualità dei campioni ma il numero di essi. Tempo: Aumentando la risoluzione minima a 200 il risultato migliora. Perché? Perché gli angoli sono un po'più scuri della metà della parete, alcuni dei campioni non sono allineati in una linea ideale in prossimità dell angolo. Con pochi campioni, alcuni saranno vicino all angolo mentre altri non saranno presenti. Le aree lungo l angolo della parete che hanno un punto del campione più vicino saranno scure, invece le aree dove non sono presenti campioni saranno più chiare. Questo genera lo splotchiness. L'aumento della qualità dei campioni non aiuterà perché in quelle zone neppure l aumento dei campioni è abbastanza.

5 Pag 5 Tempo: 00:37 Invece di aumentare la risoluzione minima, è possibile aumentare la risoluzione massima. Questo aggiungerà più campioni in corrispondenza del limite dell area. Poiché è questa la porzione più problematica, aumentando la risoluzione massima avremo più punti dove necessario. Il tempo di render migliora sensibilmente. Ora i campioni sono più densi soltanto nelle zone d'angolo. Tempo: 00:04 Possiamo diminuire la risoluzione minima ancor di più ottenendo risultati più realistici. Potete vedere che negli angoli sono presenti molti campioni mentre al centro delle pareti no. Guardate il tempo di render. Questo è quasi raddoppiato senza alcun risultato, questo accade perché C4D tende a frammentare i pochi campioni disponibili per le superfici piane (Risol. min) favorendo le aree adiacenti agli angoli e riducendo la presenza di essi al centro delle pareti. A causa di questo in alcuni casi, non tutti, usando pochi campioni otterrete un risultato più uniforme. Il problema è che queste frammentazioni occupano tempo e correte il rischio aumentare i tempi di render ottenendo la stessa risoluzione o addirittura una inferiore.

6 Pag 6 Tempo: 00:07 Con l utilizzo di pochi campioni c è un altro problema. Le ombre del Radiosity non saranno abbastanza morbide. In questa immagine è stato aggiunto un uomo alla scena per illustrare il problema. Tempo: 00:16 Poiché stiamo usando una luce riflessa, in questo caso abbiamo aumentato i campioni stocastici a 200 ed abbiamo aumentato la profondità di diffusione. I rimbalzi supplementari aumentano l'illuminazione generale, così è stata diminuita la resistenza l intensità al 100%. Le ombre in Radiosity non sono come le ombre morbide. Compaiono quando i raggi rimbalzati dalle zone riflesse non trovano una sorgente luminosa. Abbiamo detto che quando ci sono pochi campioni presenti (Risol. min.), essi vengono frammentati; ciò può provocare poca intensità o ombre mal definite. Osservando gli oggetti nella vostra scena, il problema vi sarà più chiaro. La regolazione della risoluzione massima ha aggiunto alcuni punti supplementari sulla parete intorno alla figura, il risultato è accettabile, ma non è buono come il render successivo.

7 Pag 7 Tempo: 06:40 In questa render la risoluzione minima è stata maggiorata per aumentare i campioni sulla parete. Ora le ombre sono più definite e scure grazie all aggiunta dei campioni supplementari frammenati; il render inoltre è stato calcolato in un terzo del tempo Tempo: 02:07 È facile osservare la differenza di qualità fra i due render. Il render con le ombre più chiare risulta tre volte più lento. Notare l alto valore stocastico utilizzato, questo è settaggio ridurrà frammentazione dei campioni. Determinare i settagli migliori per la risoluzione minima, non troppo e non troppo poco, richiede esperienza. In generale, più alto è il valore stacastico usato meno campioni posso essere utilizzati contemporaneamente perché i rendering con fonti luminose molto intense aumentano i tempi di calcolo.

8 Pag 8 Possiamo eseguire il render ancor più velocemente, riducendo di quasi la metà i tempi di calcolo, diminuendo la risoluzione massima (che impostiamo a 50). L'ombra non è buona quanto il render da 2:07 ma è quasi buona quanto il render da 6:40, il tutto in una frazione del tempo. Utilizzando le regolazioni massime e minime della risoluzione non si otterrà alcun effetto. Tempo: 01:09 Valori bassi per i campioni stocastici sono determinanti per la realizzazione di render veloci e qualitativamente migliori, con un valore più basso per la risoluzione minima il tempo di render aumenta, necessariamente lo dovrai abbassare. L'aumento della risoluzione massima aggiungerà i campioni agli angoli ed alle curve. L'esigenza di valori alti per la risoluzione massima diminuisce mentre il valore della risoluzione minima aumenta. Conoscere ogni settaggio può aiutare o meno a trovare il giusto compromesso che è la chiave di un buon radiosity.

9 Pag 9 Questa pagina esaminerà ulteriormente l'utilizzo dei campioni stocastici e dello splotchiness, nonché l esatta impostazione della Precisione. I tempi indicati stati calcolati con un pc Athlon Dopo aver spento la luce omni guardiamo la scena con una singola luce spot. Vediamo lo splotchiness principale e non ancora negli angoli. Anche se il numero di campioni è relativamente basso, il problema principale è la qualità dei campioni. Il valore dei campioni stocastici è troppo basso. Lo splotchiness nelle spazi aperti risulta uguale alla metà della parete quindi saranno necessari più campioni stocastici, mentre lo splotchiness negli angoli e nelle curve indica che potete avere bisogno di più campioni in quei punti. Tempo: 00:05 Più grande è il contrasto e più piccolo è il punto di illuminazione, e quindi deve essere più alto è il valore campioni stocastici. Perchè? Supponiamo di inviare tra raggi casuali in una zona. La probabilità che uno di questi raggi colpisca il punto bianco sul pavimento è ridotta. Se uno o più dei tre raggi colpisce il punto, allora quella zona del campione sarà luminosa o estremamente luminosa. Se nessuno colpisce allora sarà nera. Se avete campioni adiacenti di cui uno colpito e l altro no allora non avete ottenuto gli splotchiness. Aumentando il valore dei campioni stocastici a 800 sicuramente i raggi colpiranno il punto bianco è la percentuale di essi sarà la migliore. Tempo: 00:28

10 Pag 10 Nell immagine a lato sono stati aumentati il numero dei campioni ma la qualità degli stessi non è migliorata. Questo spiega perché il radiosity può essere frustrante per i nuovi utenti. L'aumento dei valori precedentemente impostati può sostanzialmente aumentare il tempo di render senza alcun beneficio di qualità. Di seguito verrà analizzato un ulteriore esempio riguardo all impostazione della precisione. Tempo: 00:30 Utilizzando ancora una luce spot; è visualizzato un particolare della stanza sulla destra. E stata aumentata l intensità 2000 in modo vedere meglio perché l'effetto da quel punto su questa zona sarebbe normalmente molto debole. Inoltre è stata aumentata la profondità di diffusione a 3 perché una coppia dei rimbalzi è necessaria per la maggior parte delle zone del pavimento che sono lontane. Tempo: 00:08 Poiché la luce spot è piccola e molto lontana, abbiamo bisogno di un campione stocastico dal valore alto. Aumentando il valore dei campioni stocastici a 1600 si ottiene un risultato accettabile.

11 Pag 11 Tempo: 02:47 Aumentando il valore dei campioni stocastici a 3200 il risultato migliorerà ulteriormente, ma non potrebbe valere l aumento di tempo del render. Tempo: 07:00 In questo caso il valore dei campioni stocastici è impostato nuovamente ad 800 e la risoluzione minima è stata alzata a 100. Malgrado l aumento di tempo necessario al render, il risultato e decisamente scadente. La qualità dei campioni, cioè il valore dei campioni stocastici, è il numero di raggi da ogni campione; in questo caso la qualità dei campioni è molto più importante che il numero totale di campioni stessi. Tempo: 21:26

12 Pag 12 Pensare che con regolazioni alte si ottengano rese migliori è un tranello in cui il render GI può farvi cadere. Il settaggio della Precisione ha solo effetti sul numero dei campioni (valore dei campioni stocastici). In questo caso aumentando la Precisione da 70 a 95 il tempo di calcolo aumenta da otto secondi (vedere 4 render sopra) a quasi 6 minuti con una resa peggiore o al massimo equivalente. Ricorda: La Precisione riguarda unicamente il numero di campioni. L'aumento della Precisione in questo caso vi sarà d aiuto, dove aumentare i campioni è utile. In caso in cui sono richiesti valori alti per i campioni stocaistici, aumentare la Precisione non servirà affatto! Tempo: 05:43 In questo render è stata ridotta la Precisione al 40% ma è stata compensata con l incremento della risoluzione minima. L aumento di qualità è dovuto unicamente all elevata impostazione dei campioni stocastici. Notare i setup del render, permette di impostare la Precisione per ogni oggetto base, così da interessare il numero di campioni per oggetto, questo non sarà utile se occorrono campioni stocastici sugli oggetti base, nonostante questo il risultato è mperfetto. Attualmente non è possibile cambiare i campioni stocastici nelle impostazioni del render. Tempo: 06:08 Il strada migliore per completare una scena complessa in radiosity è impostare i valori ottimali per ogni luce; il tipo, l intensità, la posizione, ecc. Provate a cambiare i settagli per una luce alla volta. Appena trovato il setup migliore per ogni fonte di luce saranno più chiare le necessità dell intera scena. Generalmente si cerca di avere campioni sufficienti in modo da interessare tutta la scena. Il valore necessario dei campioni stocastici dipenderà, in generale, dal contrasto della scena. La profondità di diffusione necessaria dipenderà dal numero e dal

13 Pag 13 formato degli ostacoli interposti fra i campioni e le fonti di luce. Illuminare gli oggetti richiede una maggiore profondità di diffusione piuttosto che le luci standard. Tempo: 05:31 In sintesi, in questo tutorial si spera di aver illustrato correttamente le basi del radiosity. Molto ancora rimarrebbe da dire, questo tutorial sarà implementato e/o modificato secondo le necessità. In conclusione dovete solo provare, e molto. Non sprecate il vostro tempo effettuando tentativi con molte luci prima di aver esaminato i settagli principali con oggetti semplici; impostate poi una luce ed un tipo di luce alla volta.