Global illumination and Final gathering
1. 맨탈레이의 Final gathering 방법 대 아놀드 렌더러
멘탈레이의 Final gathering 방법만으로도 아놀드 렌더러와 정확히 같은 결과물을 얻을 수 있다는 것은 사실이다.
아놀드 렌더링의 방법으로 만든 Audi TT
XSI에서 같은 색의 디뷰즈 라이트를 모방해서
만든 a Bugatti
Original rendering :
147,000 polygons ; 900 x 676 ; 1h20' (dual-PIII 733) ; FG Accuracy = 200 / Max
rad = 0.04 Min rad = 0.01
맨처음 아놀드 이미지를 보았을 때 나는 확실한 공통점을 금방 알아채기 에는 너무 감탄해 있었다. 그것은 대부분의 이미지가 항상 같은 환경에 있었다는 것과 같은 단순하고 특정한 라이트의 상황에 있었고 완벽한 디뷰즈의 "스카이"라이트의 환경의 휑한 분위기에 놓은 지오메트리인 것과 방향 라이트가 그림자를 만들고 있지 않다는 것이엇다. 나에게 잘도 그럴 듯하다는 느낌을 받게 한 것은 순수한 인테리어의 상황에 가깝게 접근하면서 보였던 두 개의 동영상의 예였다. 그러므로 나는 아놀드는 어떤 라이트의 상황에서도 같은 퀄리티와 스피드를 조절할 수 있구나하고 생각했고 그것은 실내나 인공등에서조차 가능할 것 이라고 추측했다. 첫 번째 예는 Luc-Eric씨가 언급한 "오직 한 개의 라이트"였고 두 번째는 스카이 라이트의 작업실에
있는 드로이드인 "페페"라는 캐릭터였는데 실로 인상적이었다. http://www.3dluvr.com/pepeland/를
확인해 보기바란다.
좀더 복잡한 라이티의 상황을 보여주는 2개의 아놀드 동영상
첫 번째 경우 나는 왜 화면이 그렇게 작고 노이즈가 있을까하고 생각했다. Luc-Eric씨 는 "...그것은 마치 다른 방법으로 렌더를 한 것 처럼 보입니다....이것은 아주 스탠다드한 GI렌더링의 결과입니다."라고 했다. 이 인공등이나 햇빛이 작은 문을 통해 비추는 이러한 환경들에 대한 그의 생각은 옳았다. 아놀드는 아마도 다른 알고리즘을 쓸 수 없거나 실제 빛과 같은 효과를 내기엔 렌더링 시간이 너무 많이 걸릴 지도 모른다.
두 번째의 경우는 이 태양광의 상황에 있는 작업실은 다소 AudiTT렌더링과 비교가 된다. 그것은 작업실의 벽이 윗부분이 없는 박스가 되고 연속적인 디뷰즈 스카이는 일반적인 무한대의 라이트의 그림자를 만들어 실내를 채웠다. 아무것도 없는 곳에 덜렁놓인 오브젝트의 느낌 이상이 아니었다.
2. Final gathering 방법: 파워풀한 렌더링 전략
Luc-Eric씨의 현명한 분석을 받아들이고 이해한 후 나는 테스트를 몇 개 해보기로 결정했다. 나뿐만 아니라 우리 모두가 "아놀드느낌"의 이미지를 한 시간 안에 만들어 낼 수 있다. Final gathering만 켜놓은 상태로 하나의 블랙 라이트를 장전하고 쓸 만한 오브젝트에 특별한 매터리얼 이펙트를 쓰지 않고도 만들어 낼 수 있는 것이다.
또한 나는 금방 이 테크닉이 아주 재밌고 유용한 렌더링 전략을 이끌어 준다는 것을 이해하게 되었다. 좀 더 대조적인 이미지의 그림자를 만드는 일반 라이트와 콘스탄트 디퓨즈 라이트와의 조화를 이용하는 것에는 제한 없다. 그것은 오직 좀더 적은 오버랄 디퓨즈 라이트를 얻기위한 "스카이" 콘스탄트 컬러를 맞춰주는 것에 달려있다. 그렇게 하면 실제와 같은 태양빛을 얻을 수 있는 것이다.
위의 그림에서 따뜻한 색상의 부분이 석양빛을 연출할 때 디퓨즈 라이트는 매우 낮고 푸른색을 띈다.
Original rendering : 147,000 polygones ; 947 x 691 ; 2h50' (dual-PIII 733) ; FG Accuracy = 300
/ Max rad = 0.01 Min rad = 0.01 ; Area light 4 4
이 테크닉의 가능성은 상당히 다양하다.건축 장면에서 이것은 물론ambiance 나 외부상황의 northern light expression등의 나쁜 날씨 시뮬레이션을 도와준다. 아래의 이미지들은 Final gathering이 적용된 것과 안된 것의 비교를 나타낸다. (이것은 가장 적절한 예를 나타낸 것은 아니지만 Final gathering이 얼마나 도움이 되는지 보여주는 XSI로 제작한 최근의 프로젝트이다.) 아래 그림은 외부 건축의 렌더링을 ray-tracing + Final Gathering로 나타낸 것으로 건물의 북쪽부분은 또한 더욱 밝고 그림자가 선명하다.이 렌더링에서 Final gathering인해 거의 모든 금속 부분은 광택이 나며 반사로 인해 렌더링 시간이 휠씬 더 많이 걸렸다.
Original rendering
: 86,000 polygons ; 2000 x 1000 ; 4h20' (dual-PIII 733 + dual PII xeon 450)
; FG Accuracy = 100 / Max rad = 0.1 Min rad = 0.1
3. Final gathering의 문제점들과 해결책들
더욱이 Final gathering의 이 특별한 사용방법은 어떤 환경에서 정말 흥미롭게 표현된다. 그리고 아마도 어떤 금속 이미지들은 그렇게 보이리라고 생각 못했을 것이다. (아니면 우리는 소프트이미지 갤러리에서 그런 종류의 이미지를 오랫동안 봤을 것이다.)
아래에 몇가지 주의점과 문제점들이 있다.
렌더링 스피드
다른 렌더러들의 퍼포먼스를 항상 비교하기에 어려운 것이지만 아놀드는 멘탈레이 FG보다 휠씬 빠른 것 같다. 아래의 오른쪽 이미지는 750,000 개의 폴리곤으로 아놀드 렌더러로 dual-PIII 600에서 20분이 걸린 반면 왼쪽의 150,000 폴리곤의 XSI이미지는 dual PIII 733에서 1시간 20분이 걸렸다. 이 두 이미지는 같은 사이즈에 거의 같은 퀄리트의 샘플링으로 만들어졌다. Bugatti는 좀더 포커스가 잡혀있고 한편으로 폴리곤의 개념으로 봐서 Droid보다 5배나 크지만 더 느린 프로세서에서 4배나 빨리 렌더가 되었다. 이 모든 것은 아놀드 렌더러의 장점을 보여주는 것이다.
Original renderings
: 1024 x 768
Luc-Eric씨는 "...아놀드는 그냥 일반적인 몬터카를로 방법을 씁니다....아마도 몇 개의 개선들과 함께말이죠. CS 의 대부분의 졸업생은 다양한 radiosity 렌더러를 쓸 수가 있습니다. 좀 더 손쉬운 방법을 택하면 더 나아질 수도 있습니다."라고 필역했다.
물론 나도 동의한다. 하자만 학생한명과 수없이 많은 AVID과 멘탈레이개발자들과 비교를 한다면 어떨까? Marcos가 가르쳐준 것을 보고 믿어온 것에 따르면 아놀드는 텍스츄어링, 반사, 범프맵과 디스플레이스먼트 맵, 텍스츄어링 과정등을 지원한다. 그것은 글로벌 일루미네이션만을 뜻하는 것이 아니다. 위의 두 이미지에 관해서 말한다면 나는 아주 기본적인 퍼포먼스에 대해서만 비교를 했다. 그것은 간단한 회색 램버트 매터리얼과 오직 많은 폴리곤으로 만들어진 간단한 장면에서 얼마나 그들이 빠른가에 대한 것이다. 이러한 환경에서 아놀드는 3배이상 빠른 것이 사실이지만 그것이 전부이다.
그러므로 결론은 Final gathering 퍼포먼스는 확실히 더욱 많이 개선될 수 있다.
바운싱 에너지 효과
Final gathering에서 잘 이해가 안되는 것은 바운싱 에너지 효과이다. 아래의 이미지에서 보면 녹색 동그라마 안의 부분은 bugatti에서 석양쪽의 빛을 받아서 따뜻한 빛을 발산하는 부분이다. 따뜻한 빛이 반사해서 브레이크 디스크들를 통한역광을 빛추게 하는 등의 꽤나 사실적이고 보기 좋은 부분으로 Final gathering의 힘으로 아무런 라이트 소스도 없고 빛을 방출할 만한 오브젝트도 없는 상황에서도 에너지를 전달할 수 있는 것을 증명한다. 사실 나의 문제는 글로발 일루미네이션이 작동하여 어떻게 사실적으로 보이고 Final gathering과 글로벌 일루미네이션의 힘을 합쳐서 어떤 해결점을 찾을 수 있는가에 대해서 이해해야 한다는 것이다. 나는 이미 여러 가지 보기 좋은 이미지를 이 두가지 방법을 같이 사용하여 만들었다. 그런데도 난 아직도 완전히 이해하고 있지 못하고 있는게 사실이다.
Final gathering과 배경의 반사
전에 언급했듯이 나는 Final gathering만의 테크닉을 가지고 조금 실험을 해보았다. 그리고 나는 반사의 문제를 해결했다.
구에 콘스탄트 쉐이더를 적용하여 디퓨즈 라이트가 만들어 지기 때문에 어떤 장면안의 물체라도 이 반사체에 비추어질 것이다. 아래의 유리판과 금속 구는 회색의 하늘을 반사하고 있다.
여기에 목적과 문제들이 있다.
- 콘스탄트 구의 칼라는 색상과 디퓨즈라이트의 양도 조절할 수 있게 한다.
- 콘스탄트 구에 밝은 푸른 색을 쓴다면 디퓨즈라이팅은 너무 강하고 너무 색상도 강할 것이다.
- 그 콘스탄트 구의 칼라는 하늘의 색이나 배격으로 쓰인 그림에서 독립적이 되어야 한다.
- 하늘 그림과 맞는 밝은 블루나 그림 자체의 백그라운 칼라는 중간톤의 회색으로 콘스탄트 구의 색과 달라야 한다.
두 번째 콘스탄트 구의 빛을 디퓨즈 라이팅을 계속 활성화했기 때문에 처음에 나는 작업하는데 아무런 문제가 없다고 생각했다. 환경 맵핑을 각자의 반사물체에 쓰는 것은 결코 빠르거나 융통성 있는 방법은 아니였다. 나는 손실이 있었다. 그래서 마지막 기회로 나는 렌더 계통에서 콘스탄트 구 자체를 좀더 잘 묘사할 수 있는 현명한 방법을 찾으려고 시도해봤다. 여러번의 시도후 나는 "Ray_type"노드가 적어도 부분적으로라도 그것을 도울 수 있다는 것을 알아냈다. 아래의 그림이 그 해결책이다.
아래의 이미지에서 유리판과 금속 구는 콘스탄트 구에 있는 콘스탄트 쉐이더에 첨가된 이미지를 반사하고 있다. 이것이 휠씬 나아 보인다.
불행히도 이 해결책은 투명도가 정확하지 않았다. 아래 두 개의 이미지에 보면 나는 콘스탄스 쉐이더가 디폴트패스의 백그라운드에 붙어있는 하늘 즉 배경의 색을 독립적으로 조절해서 기본적인 콘스탄트 구의 빛들을 꺼 버렸다.결과로 보자면 그 투명도는 틀린 것이었다. 유리판은 예상대로 블루나 핑크색 대신에 회색의 콘스탄트 구의 수치로 투명졋다. 물론 이미지 노드를 연결하려 해보기도 했고 다른 콘스탄트 칼라노드를 Ray_type 노드의 굴절 아이템에 연결해보기도 했다. 하지만 둘 다 소용이 없었다. 그리고 모든 투명물체들은 전체적으로 실제로 그 색상들위에서 투명해지지 못하고 자신의 색상을 갖게 되 버린 것이다.
여기에서 난 이문제에 관한 완벽한 해결책을 찾지 못했다. 만약 누군가 아이디어 가있다면... 아마도 Ray_type노드가 적절한 것이 아니였던 것 같다. 다른 해결 방법은 없을까? 아래의 이미지는 어떤 것이 완벽한 결과물인지 포토샵의 조작으로 만들어 본 것이다.
Note: 주지한 사실과 같이 이번 케이스를 제대로 적용시킬 수 없었다. 나는 구 타잎이나 콘스탄트 컬러를 패스의 백그라운 환경에 붙이면 반사물체가 이 환경제대로 반영할 수 없다는 것을 알게 되었다. 이것이 배경의 부분에서 예상되었던 문제였을까?
4. 글로벌 일루미네이션을 통한 Final gathering
Final gathering에 글로벌 일루미네이션을 사용하면 어떻게 깨끗한 렌더링 이미지를 만들어 낼 수 있을까?
위에 이미 언급한 것과 같이 Final gathering방법만을 쓴다면 상당히 깨끗한 결과를 얻어낼 수가 있다. 만약 긴 렌더링 타임을 견디어 낼 수만 있다면 거의 완벽할 것이다.
내가 이와 같이 Final gathering의 사용법에 불만을 가지고 있는 것은 멘탈레이의 Final Gathering이 글로벌 일루미네이션과 결합하여 만들어진 것은 언제나 불완전한 이미지를 만들어낸다는 것이다. 그것은 이미 말한 것과 같이 일반적으로 라이트의 실제적인 물리효과를 정확히 모방한 것에는 만족한 결과를 얻지만 여기 저기 항상 불일치한 구석의 라이팅과 그림자들이 생긴다는 것이다.
이제 우리가 Final gathering이 어떻게 작동하는지와 어떤 종류의 결과를 예상할 수 있는지 이해했기 때문에 다음 과정은 Final gathering에서 글로벌 일루미네이션으로 같은 퀄리티를 얻을 수 있는 방법이 될 것이다.
여기 그 결과에 대한 분석들이 있다.
Final gathering 방법만을 단독으로 사용:
-콘스탄트 구의 안에 오브젝트를 넣었을 때 내가 이해한 것은 Final gathering은 각각의 오브젝트의 픽셀을 모든 방향으로 반사한다는 것이다. 구에서 더 많은 픽셀이 보일수록 더많은 Final gathering이 구로 부터의 에너지를 모으고 더 많은 픽셀이 빛을 낸다. 반대로 픽셀이 오브젝트가 구쪽으로 향할 많은 빛을 가리는 곳에 위치한다면 이 픽셀은 부분적으로 빛을 낼 것이다. 기타등등..
-간단하게 말해서 이 디퓨즈 라이팅의 환경에서 에너지는 공간으로 이동을 하지 않는다는 것이고 오브젝트는 어떤 빛도 전달하지 않는다는 것이다. 그들은 오직 디퓨즈 라이팅을 멈추게하고 그들 아래에 부드러운 그림자만 만들어 준다.
-열쇠가 되는 수치는 Max rad이다. 나는 노이즈가 스케일이 있음을 관찰했다. 그것은 Max Rad를 0.1로 했을 때 Final gathering이 어떤 지오메트리도 0.1의 소프트이미지 수치에 맞게 작성해 낸다는 것이다. 다시말하면 0.1의 큐브가 다른 더 큰 오브젝트들 사이에 있고 Max Rad를 0.1보다 큰 0.5정도나 그이상으로 잡는다면 분명한 작은 큐브 주위에 불완전한 것들을 보게 될 것이다. Luc-Eric Rousseau 씨가 설명한 것과 같이 정확도는 이 불완전함을 흐리게 한다.
글로벌 일루미네이션을 통한 Final gathering:
-오브젝트가 디퓨스 하늘에 의해 빛을 발하는 것보다 하나 혹은 여러개의 라이트들에 의해 빛을 발하게 되는 경우 완전히 실내의 상황이다. 빛은 끊임없이 여러 곳에서 오지 않는다. 빛은 하나 혹은 여러 개의 점에서 공간을 지나 오브젝트에 반사되어 그 에너지가 흡수될 때가지 온다. 이 현상은 글로벌 일루미네이션으로부터 계산이 된다. 그것은 라이트에 에너지를 주고 오브젝트들에 받을 수 있는 능력을 주어 이 에너지를 흡수하고 전달하는 것이다. 이 모든 관련된 정보는 포토맵으로 수집이 된다. 이것은 Final gathering이 같은 방법으로 글로벌 일루미네이션없이 수행한 것이 되다.
-Final gathering을 다루는 방법을 알기 때문에 작동하는 방법을 이해할 수 있는 것이다. 우리는 믿을 만한 방법으로 글로벌 일루미네이션의 수치들을 Final gathering 같은 방법을 이용하여 깨끗한 이미지를 얻는 방법을 강구해봐야한다. 그것은 또 다른 문제가 되기도 한다.
전형적인 밤과 낮의 글로벌 일루미네이션 장면:
아래의 두 개의 이미지들에서 나는 Final gathering 의 부분적 문제들을 이해하는 것으로부터 시작하여 글로벌이미지가 필요한 장면들의 더 나은 렌더링을 시도해 봤다. 왼편의 이미지에서 나는 간단한 건축 공간을 햇빛으로 즉 먼 스포트라이트로 밝혀서 모든 창문으로부터 들어오게 하였다. 그리고 오른편의 이미지는 같은 공간의 밤을 나타낸다. 오직 하나의 실내등에 의해서 밝혀지고 있다. 양쪽 장면에서 바깥쪽에 콘스탄트 구를 써서 하늘과 같은 역할을 하게 했다. 모든 오브젝트들은 에너지를 받고 전달했다. 현재까지 난 몇 개의 오브젝트들을 전달자나 수여자로 셋팅 했을 때 렌더링 타임이 달라지는 것을 본적이 없다. 가장 쓸모 있는 부분을 생각해보자. 그것은 바로 천청, 바닥과 벽들으로 단순화 시켜보면 된다. 아마 모든 오브젝트를 전달자나 수여자로 하는 것은 일반적으로 빠른 렌더링을 얻는 좋은 방법은 아니지 않나 싶다. 하지만 언제나 무슨 오브젝트가 일반적으로 신경쓰지 않아도 될지를 결정하는 것은 쉽지 않다. 이 두 장면에서는 몇 개 있는데 창틀들이 오직 그것들인거 같다.
여기 왼쪽에 있는 낮의 이미지에 대한 수치드이 있다.
Global illumination
: Spotlight intensity = 50,000 / Exponent = 2 / 500 photons / Photon depth =
6, 6, 6 / Accuracy = 200 / Radius = 4
Final gathering : Accuracy
= 800 / Max rad = 0.04 / Min rad = 0.02
Rendering : size = 1280
x 984 / time = 3 h 25 mins / 4 threads / computer = dual PIII 733 (256 Mb Ram)
+ dual PII xeon 450 (512 Mb Ram)
여기는 밤을 나타내는 오른쪽 이미지의 수치들이 있다.
Global illumination
: Spotlight intensity = 300 / Exponent = 1.6 / 2000 photons / Photon depth =
8, 8, 8 / Accuracy = 200 / Radius = 4
Final gathering : Accuracy
= 800 / Max rad = 0.05 / Min rad = 0.025
Rendering : size = 1280
x 984 / time = 1 h 51 mins / 4 threads / computer = dual PIII 733 (256 Mb Ram)
+ dual PII xeon 450 (512 Mb Ram)
이전 테스틀보다 렌더링이 빨라졌다는 사실에도 불구하고 아직 제거할 수 없는 인위적인 부분들이 있다.
물론 나는 다른 글로벌 일루미네이션의 반경등을 위한 수치들을 이용하기 위해서 좀 더 많은 빛을 양을 넣으려고 했다. 결과는 오직 질적인 향상에 상관없이 렌더링 시간만 길어진 것이었다. 그러면 Luc-Eric Rousseau씨가 생각하는 소프트이미지나 멘탈레이 이미지들을 사용하는 사람들을 위한 어떤 현명한 팁으로 글로발 일루미네이션을 깨끗하게 해결할 방법이 없을까/
아놀드의 "One night only"에서의 단순한 실내 라이트 환경
다른 간단한 테스트는 작은 아놀드 동영상의 장면을 모방해 보는 것이다. 열려진 문을 통해 들어오는 빛만이 있는 단순한 방이다. 여기 다시 더욱 단순한 상황이 있다. 부담할 수 없는 렌더링 시간에도 불구하고 인위적이거나 노이드도 없었지만 만족을 할 수는 없었다. 게다가 아놀드렌더링의 라이팅이 좀더 사실적으로 보였다.
old movie "One light only" snapshot
멘탈레이가 단순한 환경에서도 정확히 처리하지 못한다는 말인가?
자, 가까이 보고 우리는 믿을 만한 방법으로 그처럼 단순한 것들을 렌더할 방법을 찾아봐야 한다.
여기 그 수치들이 있다.
Global illumination
: Spotlight intensity = 8000 / Exponent = 2 / 1000 photons / Photon depth =
3, 3, 3 / Accuracy = 200 / Radius = 6
Rendering : size = as
it is / 2 threads / computer = dual PIII 733 (256 Mb Ram)
