Render: GI evrensel aydınlatmanın 3D’ de beklentileri (bölüm 2)

canavarlar

Bu rendering’ le ilgili büyük yazının ikinci bölümüdür.

1.1 Evrensel aydınlatma (GI)

Fotogerçekçi olmayan render alanında, özellikle Japonya’da büyük işler hayata geçirildi ama akıllarda hep fotogerçekçi renderdir. Yani – global aydınlatma, saçılma, renk refleksleri ( color bleeding), çekim alanından ışık provaları, aynı zamanda shader ve ışık kaynakları giderek gerçek hayata daha da yakın oluyor.

En yaygın global aydınlatma hesaplama yöntemleri – dağılmış ışın izlemesi (distribution ray tracing), yol izleme (path tracing) ve nokta bazlı global aydınlatmasıdır (point-based GI). Aydınlatma tasarımcısı veya teknik direktörün bakış açısına göre her yöntemin hem teknik gerçekleşme, hem de ayar karmaşıklığı bakımından kendi avantajları ve sınırlamaları vardır.

Global aydınlatma kullanılan ilk uzun metrajlı filim, Shrek 2 oldu ( geçen makalede belirtildiği gibi Multiresolution Radiosity Caching for Efficient Preview and Final Quality Global Illumination in Movies 2012 Per H. Christensen vb.).
PDI/DreamWorks`te global aydınlatma iki boyutlu doku şeklinde hesaplanmış ve kaydedilmiş, ardından ise belli bir dağılmış ışın izlemesi kullanılarak tek sıçrama için global aydınlatma hesaplanmıştır (single-bounce GI).

canavarlar-universitesi-renderman

“Canavarlar Üniversitesi”, Pixar`dan olan RenderMan`de görselleşti .

Makalede belirtildiği gibi 2D dokuların kullanılması sahnede farklı alanların parametreleştirilmesini (formüllerle tarif edilme) gerektiriyor. “ Bu aydınlatma haritaları yöntemine benzer (Irradiance Map/Atlas, kısaca – İrmap) ama orada 3 boyutlu dokular kullanılır («brick maps»), bu nedenle yüzeyleri parametreleştirme gerekmez. Her iki yöntem iki geçit kullanmakta: birisi düz aydınlatmayı hesaplama ve kaydetmesi için (2D veya 3D doku haritaları şeklinde) ve diğeri – final render için . ”Clarisse IFX `dan olan Sam Essed vurgular : “Aydınlatma haritaları pişiyor, her görüntüde hesaplanmıyor”. “İrmap kullanınca düşük frekans gürültünün titremesi (flicker) en tatsız bir olay. “ Bu yüzden, irmap`i tüm animasyon için tek bir geçişte görselleştirmek ve onu kaydetmek daha iyi. Böylece genelde daha hızlı ve zaman açısından daha dengeli render alıyoruz.

Yol izlemesi (path tracing) – ışın izlemenin bir türü (ray tracing) ve fiziksel olarak doğru “dürüst” (unbiased) global aydınlatmanın hesaplama yöntemi brute-forc. Brute-force ilk kez render robotu olarak Arnold`un kullanıldığı Sony Pictures Animation`nun Monster House filminde kullanıldı.

Yol izlemi avantajı (path tracing) yaklaşmış yöntemlerde (baised) gereken veya “ bulut noktalarıyla” olan yöntemler gibi karmaşık shader gerektirmemesindedir. Üstelik aydınlatmanın etkileşimli ayarlanmasında hızlı geribildirim sağlanır.

Tüm yol izleyicileri için ortak bir sorun – gürültüdür. Ortalama olarak, gürültünün iki defa azalması için ışın sayını dört kere çoğaltmak lazım. Matematiksel anlamda, dürüst ışın izleyicisi ışın sayı arttırıldığında tek doğru çözüme can atar.

Başka deyişle, ışın sayısı yeterince çok olduğunda, bize örnekleme ve aydınlatmayı ortalamak gerekmez – dalgalanmalar (gürültü) sıfıra, çözümse doğru olana atılır. Tabii ki, uygulamada sonsuz ve hatta kocaman sayıda ışın hesaplamak imkânsız, özellikle gürültünün ışın sayısına doğrusal olmayan bağımlılığını göz önüne alırsak. Bu yüzden üç çıkış yolumuz var:

• «Brick maps» gibi diğer mükemmel bir çözüm artı scanline render veya kısmi ışın izleme kullanmak.
• Herhangi bir “hızlı akıllı ışın” hızlı görselleştiren, gerçekten de zeki bir kod yazmak.
• Büyük sayıda ışını onların daha gerektiği yerlere yönlendirmek, yani hızlı akıllı ışınlarımız için yön seçmeği daha iyi öğrenmek.

Işın izlemenin temelinde olasılık dağılım fonksiyonuna uygun olarak oluşturulan rastgele ışınların (samples) örnekleme fikri duruyor. Ama global aydınlatma edinmek için malzemeden (shader/BRDF vb.) asılı olan ışınların da varoluşunu düşünmek lazım, onlara göre de örnekleme yapmak lazım, çünkü nesneler de ışık kaynağı olarak aydınlatmaya katkıda bulunabilir. Foto stüdyo deneyiminden, sahnenin her bir nesnesinin yansıyan ışıkla güzel aydınlatılması için kullanılan ışığın reflektör yardımıyla ayarlamasını biliyoruz. Bu yöntemin en büyük örneği- ışık kubbesi (light dome) veya “görüntüye dayalı aydınlatma” dır (image based lighting – IBL). Bu durumda kubbe ve küreye HDR görüntüsü yayılıyor. Kubbenin (veya kürenin) her bir kısmı her nesneni içeriden aydınlatır, bu yüzden, tekrarlayalım ki, bu kadar büyük ışık kaynağı için örnekleme titizliği çok önemli. Sonuçta, biz her kısmın diğer kısmı etkilediğinde, gerçek bir karmaşık aydınlatmayı canlandırmaya çalışıyoruz.

Küre içinde ışık doğru yayılmalı ve yansımalıdır. Yani, herhangi bir nesneden ışık yansıdığı zaman, yansıyan ışığın şiddeti kaynak tarafından başta yayılan ışık şiddetinden çok olamaz, kaynağın herhangi bir mesafeye uzaklaştığı zaman şiddet sadece azalmakla kalmayıp, hem de defalarca azalmalı. Gerçekte her şey böyle olur. “Fiziksel makul malzeme ve aydınlatma” hakkında söz edildiğinde doğru aydınlatma ve doğru malzeme fikri kastediliyor. (Bu yazıda: ”fiziksel aydınlatma” ve “fiziksel malzeme” terimleri kullanacağız ama tabii ki, nerdeyse her zaman söz konusu yalnız iyi yaklaşım/ basitleştirmedir).

İzleme, fiziksel doğru ışık kaynakları ve fiziksel doğru malzemeleri kullanmak zorunda mıyız? Hiçte bile!

Milyonlarca animasyon ve görsel efekt görüntüleri bunlarsız yapılmış. Ama durum şu ki, her yerde olmasa da, VFX ve animasyon dünyasında fiziksel doğru yöntemleri kullanma eğilimi egemenlik ediyor.

Biz aynı zamanda ışın izlemine dayalı olmayan çözümlerden de konuşacağız, onlar bir sürü. Ancak bugün durum şu ki, dikkat merkezinde – ayarlamada daha kolay, büyük bütçe ve bellek kapasitelerini gerektirmeyen ışın izleme seçeneklerinin arayışıdır.

kobranin-yukselisi-2-rendering-ilm

GL. Joe: Cobra`nın yükselişi 2. ILM üzerinde V-Ray`de görselleşti.

Bellek gereksinimleri – ışın izlemenin en büyük eksikliklerinden biridir. İşte tarihsel gerçek: 25 yıl önce RenderMan istediği her şeyi her türlü karmaşıklığı ile görselleştirme imkânını alıp, RAM kapasitesinin koyduğu sınırlamaları yendi. Ve bugün, o, hala RREYES scan line ve ray hider renderini içerir (ışın kesicisi). RenderMan yalnız başarılı hikâyesiyle mükemmel değil, hem de onun esasında kendi renderini yazma imkânı, onun bilimsel temellerinin evrensel kabulü ile de mükemmel. Bu yaklaşım bugün de çok iyi ve gelecekte de bu kadar iyi olacaktır.

Aşağıda, birazcık tarih üzerinde dayanacağız ama bugün daha yeni programlar görüntünü ışın izleme ile daha özenli ve daha hızlı, daha rekabetli ortama edinmek isteyen Arnold, V-Ray, Maxwell , bulut render odaklı Lagoa ve GPU odaklı Octane, RenderMan gibi ürünler var.

maxwell-render-sss

Maxwell – SSS yüzeyaltı yayılma ile render.

Ne kadar rekabetçi? Art of Rendering`in (Görselleştirme sanatı) ilk çıkışı üzerinden sadece 18 ay geçti, durumsa çarpıcı değişti. Yeni renderler ve hatta bir sürü yeni yaklaşımlar ortaya çıktı. Etkileyici gelişimler gördük – bir renderin ölümü, diğerlerinin doğuşunu, süreç duracak gibi değil. Rendering – bir zamanlar öngörülen, yavaş yavaş gelişen alan – süper hızlı ekspresin penceresinden görünen panoramaya benzedi. Sadece bu yazı için 20 mülakat aldık ve oyun rendeleri için motorlara, GPU renderlere ve mobil tekliflere dokumadan ancak film, animasyon için üretim renderlerine odaklanarak 14 ana platformadan konuşacağız. Art of Rendering yazısı birçok iyi değerlendirme aldı, ama birçokları da hoşnutsuzluğunu ifade etti. İlk bölümden olan alıntıyı değiştirerek diyebiliriz: “şimdi render – din gibi bir şey”

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Bugün dünden daha iyiyiz!

Dersler
Anket

En fazla sevdiğim 3D yazılım

Sonuçları Göster

Yükleniyor ... Yükleniyor ...