Снижение уровня шума в Блендер.

Снижение уровня шума в Блендер.

При выполнении финального рендера, важно максимально снизить уровень шума. Здесь мы обсудим ряд приемов, которые, нарушая законы физики, особенно важны при визуализации анимации в рациональные сроки. Увеличьте изображение, чтобы лучше увидеть различия.

Трассировка Пути.

Cycles использует трассировку пути с последующей оценкой событий, что не очень хорошо при просчете всех видов световых эффектов, например, каустики. Но преимуществом этого метода является то, что он в состоянии просчитать более детальные и большие сцены по сравнению с другими алгоритмами визуализации. Это происходит потому, что у нас нет необходимости хранить, например, фотонную карту в памяти, и поэтому мы можем держать лучи более когерентно, чтобы использовать кэш изображения по запросу, по сравнению, например, с двунаправленной трассировкой лучей.

Мы делаем обратно, чем действует реальность, трассируя световые лучи от камеры в сцену и на светильники, а не от источников света к сцене, а затем к камере. В этом есть свое преимущество, мы не растрачиваем лучи света, которые будут в конечном итоге в камере, но это также означает, что будет достаточно сложно просчитать некоторые пути света, которые могут больше отдавать. Лучи света будут направлены либо на поверхность BRDF, либо в направлении известных источников света (ламп, излучающих мешей с сэмплом в качестве Лампы).

Из-за чего появляется шум.

Чтобы понять, откуда берется шум, рассмотрим в качестве примера следующую сцену. При трассировке луча света в конкретном месте, это «видит» диффузный шейдер. Чтобы найти свет, который отражается от этой поверхности, нам нужно найти средний цвет всех этих пикселей. Обратите внимание на глянцевый блик на сфере и яркое пятно, которое отбрасывает светильник на соседнюю стену.

Светильник – это известный источник света, поэтому его несложно просчитать, но вот глянцевый блик совсем другое дело. Лучшее, что мы можем сделать с трассировкой лучей – это распределить световые лучи в случайном порядке на полусфере, в надежде, что все важные яркие пятно будут просчитаны. Когда для некоторых пикселей пропускаются некоторые яркие пятна, но просчитываются для других, в результате появляется шум. Чем больше сэмплов мы берем, тем выше вероятность, что мы охватим все самые важные источники света.

Некоторыми приемами мы можем уменьшить этот шум. Если размыть светлые пятна, они становятся крупнее и менее интенсивными, что позволяет их легче просчитать и уменьшить шум. Это не даст точно такой же результат, но, зачастую, похоже, если просматривать через диффузное или мягкое глянцевое отражение. Ниже приведен пример использования фильтра Glossy и Smooth Light Falloff.

Bounces (отскоки).

В реальности свет будет отражаться огромное количество раз из-за очень высокой скорости света. На практике большее количества отскоков приведет к большему количеству шума. Это может быть неплохо при использовании предварительной настройки Limited Global Illumination (Ограниченное GI), которое использует меньшее количество отскоков для различных типов шейдеров. Диффузным поверхностям, как правило, обойдутся меньшим количеством отскоков, в то время как глянцевым поверхностям понадобится несколько больше, а передающим шейдерам, таким как стекло, обычно нужно еще наибольшее количество отскоков.

Также важным является использование цветных шейдеров, у которых нет компонентов со значением 1.0 или около того. Старайтесь сохранить максимальное значение до 0,8 или меньше, и сделать свет ярче. В реальности поверхности редко отражают весь свет, но, конечно, есть исключения. Обычно стекло пропускает максимум света, поэтому здесь потребуется больше отскоков. Высокие значения компонентов цвета приводят к возникновению шума, потому что интенсивность света достаточно не уменьшается, так как отскакивает от каждой поверхности.

Каустики и Глянцевый Фильтр.

Caustics – хорошо известный источник шума, вызванный светлячками. Они происходят потому, что рендеру сложно просчитать зеркальные блики, просматриваемые сквозь мягкое глянцевое или диффузное отражение. Опция No Caustics полностью отключает глянец за диффузным отражением. Многие движки рендера отключают Каустики по умолчанию.

Не смотря на то, что в результате использования No Caustics будет отсутствовать свет, это не распространиться на тот случай, когда резкое глянцевое отражение просматривается через мягкое глянцевое отражение. Существует опция Filter Glossy для уменьшения шума в таких случаях, при этом уменьшается четкость. Это позволяет размыть резкие глянцевые отражения, чтобы сделать их просчет легче, за счет увеличения значения шейдеров Roughness.

Изображения выше показывают параметры по умолчанию, no caustics и значение filter glossy 1.0.

Light Falloff (Виньетирование).

В реальности свет в вакууме всегда будет падать со скоростью 1/(расстояние^2). Однако, поскольку расстояние стремится к нулю, это значение уходит в бесконечность, и мы можем получить очень яркие пятна на изображении. Это в основном проблема для непрямого освещения, где вероятность попадания небольшая, и то очень яркое пятно слабое, и так бывает только изредка. Это типичный рецепт для светлячков.

Чтобы уменьшить эту проблему, нода Light Falloff имеет показатель Smooth, который может быть использован для уменьшения максимальной интенсивности света, отдавая его близлежащим поверхностям. Изображения выше показывают значения falloff по умолчанию и smooth со значением 1.0.

Сэмплы как Светильник.

Материалы с шейдерами излучения могут быть настроены в качестве светильников (Material Settings). Это означает, что они будут направлять лучи непосредственно к ним, а не заканчиваться там, где находятся отскоки лучей в произвольном порядке. Для очень яркой сетки источников света это существенно помогает снизить уровень шума. Однако, когда эмиссия не особенно яркая, это позволит взять сэмплы от других более ярких источников света, для которых важен просчет таким способом.

Сложно угадать оптимальные настройки, это подбирается методом проб и ошибок, но зачастую понятно, что какой-то светящийся объект может только способствовать свету локально, в то время как для светового меша, используемого в качестве светильника, необходимо эту опцию включить. Вот пример, где эмиссионные сферы вносят незначительный вклад в освещение, а изображение просчитано с меньшим шумом при помощи отключенной опции Sample as Lamp (сэмплы как светильник).

Параметр world background также имеет опцию Sample as Lamp (World Settings). Это будет полезно в основном для карт environment, которые имеют небольшие яркие пятна, вместо гладких. Когда используется эта опция, в предварительной обработке, определяются яркие пятно и лучи света направляются непосредственно к ним. Опять же, включение этой опции может взять сэмплы от более важных источников света, если он не нужен.

Стекло и прозрачные тени.

С отключенными каустиками стеклу будет не хватать тени, а с глянцевым фильтром они могут быть слишком мягкими. Мы можем сделать стеклянный шейдер, который позволит использовать Glass BSDF при просмотре прямо, и Transparent BSDF при просмотре сбоку. Transparent BSDF может использоваться для прозрачных теней, чтобы просчитать источники света непосредственно через поверхности, которые дадут правильные цветные тени, но без каустик. Для этого используется нода Light Path, чтобы определить, когда какой из двух шейдеров использовать.

Оптимизированный шейдер стекла.

Как видно ниже, мы использовали настройку ноды как трюк для прозрачности стекла, слева на рендере слишком много тени из-за отсутствия каустики, а справа рендер с этим трюком.

Окна как источник света.

Когда визуализируется комнатная сцена с дневным светом, где большая часть света идет через окно или дверной проем, для интегратора довольно сложно просчитать их путь. Можно заменить просвет плоскостью с эмиссионным шейдером, и таким образом интегратор будет понимать, в какую сторону направлять лучи. Для лучей камер можно сделать этот световой меш невидимым, так что сквозь него можно будет смотреть за пределы сцены. Это делается либо отключением видимости лучей камеры на объект, либо путем переключения между стеклянным и эмиссионным шейдерами в материале.

Два рендера ниже с одинаковым временем рендера, во втором использован световой меш, расположенный в окне.

Clamp Fireflies (фиксация светлячков).

В идеале, при использовании всех предыдущих приемов, светлячки будут устранены, но они все еще могут оставаться. Для этого интенсивность, с которой любой индивидуальный сэмпл светового луча будет способствовать фиксации пикселя, может быть ограничена максимальным значением в настройках интегратора Clamp.

Если это значение слишком низкое, это может вызвать просветы в изображении, что может быть полезно для сохранения эффектов камеры, таких как bloom or glare. Чтобы смягчить эту проблему, может быть целесообразно зафиксировать только непрямые отскоки, оставляя блики, непосредственно видимые в камере, нетронутыми.

Источник: https://www.blender.org/manual/ru/render/cycles/reducing_noise.html