La componente indiretta della luce è un aspetto fondamentale in una rappresentazione virtuale (rendering) che grava in modo significativo nel calcolo complessivo. Può essere considerato, a tutti gli effetti, il compito più oneroso in termini di calcolo e quindi utilizzo di risorse hardware. Per questo motivo ogni motore di rendering dedica ad esso particolari algoritmi di calcolo matematici. Quest’articolo è da intendersi il primo della seconda serie, che fa seguito agli  articoli pubblicati su luxemozione sulla simulazione foto realistica della luce con 3ds Max, secondo parametri fisicamente corretti.  Vi proporrò un confronto ed approfondimento tra gli algoritmi di calcolo Final Gather e Photon Map, utilizzati dal Motore di Rendering  Mental Ray all’interno di  Autodesk  3d Studio Max.

Prima di approfondire gli algoritmi di calcolo Final Gather e Photon Map vi rimando agli  8 articoli della prima serie, propedeutici alla comprensione di questa seconda serie.

  1. La simulazione fotorealistica della luce con 3dsmaxDesign
  2. Simulazione fotorealistica della luce, introduzione a Mental Ray
  3. Simulazione fotorealistica della luce, la Global Illumination
  4. Simulazione fotorealistica della luce, lighting analysis
  5. Simulare le sorgenti artificiali con 3d Studio Max Design
  6. La simulazione della luce naturale con 3ds Studio Max Design
  7. Simulazione fotorealistica della luce, il Work Flow fisicamente corretto
  8. Simulazione fotorealistica della luce, gestire al meglio l’output di calcolo

Final Gather e Photon Map

Come abbiamo visto nei precedenti articoli all’interno di nVidia Mental Ray sono due gli algoritmi di calcolo dedicati a tale funzione ,ovvero il Final Gather (FG) e la Photon Map (Global Illumination GI) , entrambe basati sul modello ray-traced , ma che si differenziano tra loro per una caratteristica in particolare, ovvero il modo in cui catturano le informazioni tridimensionali della componente indiretta della luce per poi eseguire l’elaborazione grafica.

La differenza sostanziale fra i due algoritmi è data dal fatto che mentre il Final Gather è dipendente dal punto di osservazione , ovvero i raggi (rays) che compongono la griglia della mappa  partono dalla camera (punto di osservazione)  , nel caso del Photon Map tale compito è affidato ai fotoni che partono e dipendono dalle fonti luminose, rendendola di fatto indipendente dal punto di osservazione.

Il concetto è quasi identico ma cambia il metodo. In entrambe i casi ci sono vantaggi e svantaggi e ciò li rende di volta in volta più o meno performanti in base alle condizioni luminose da analizzare e soprattutto in base all’ambiente preso in esame.

Mental Ray Final Gather Photon Mapping

Per ulteriori dettagli sui parametri a loro dedicati e ad ulteriori specifiche invitiamo a consultare l’articolo specifico (vedi sopra)

Col presente articolo intendo dare una serie di informazioni e spunti di riflessione per meglio comprendere in quale modo essi debbano essere utilizzati al meglio, in base al tipo di condizione luminosa (naturale, artificiale o mista) , all’ambientazione (interno o esterno), con l’obbiettivo specifico di poter ottenere una analisi e simulazione foto-realistica attendibile ed affidabile, salvaguardando dove possibile il miglior compromesso fra qualità grafica, ottimizzazione dei tempi di calcolo ma soprattutto coerenza fisica delle fonti luminose e dei materiali, al fine di poter ottenere si un risultato gradevole dal punto di vista grafico (rendering) ma soprattutto valori e dati fotometrici attendibili (immagini in falsi colori e griglie di punti, con valori di illuminamento o luminanza).

Simulazione fotorealistica della luce secondo parametri fisicamente corretti

Questa premessa è necessaria  in quanto il tema trattato in questa serie di articoli non è “come ottenere un rendering foto-realistico attraverso 3dsmax e mental ray” , dove ogni strumento , parametro, algoritmo di calcolo o features può essere utilizzato in qualunque modo possibile al fine di raggiungere il miglior risultato nel minor tempo possibile , ma la “simulazione e analisi luminosa foto-realistica in un determinato ambiente” al fine di poter ottenere dei risultati coerenti  sia dal punto di vista grafico che fisico.

Per ottenere un risultato fisicamente corretto è necessario perseguire un determinato metodo di lavoro, che più volte abbiamo chiamato work flow fisicamente corretto , che prevede prima di tutto l’utilizzo del modulo Lighting analysis e il rispetto delle condizioni di base contenute nel Lighting assistant.

Anche in questo caso non andrò oltre sulla descrizione di tale modulo, avendo già dedicato un intero articolo. Vi spiegherò invece le funzioni dei due algoritmi, in particolare  Final Gather, che deve essere sempre e necessariamente attivato e dunque utilizzato in quanto è una delle condizioni imposte da lighting assistant .

La Photon Map, se utilizzata, non viene segnalata come errore dal lighting assisstant, a patto che venga comunque utilizzata  in abbinamento al Final Gather. Questo perché all’interno di Mental Ray, la Photon map non sostituisce in toto il Final Gather, ma al contrario è di supporto a quest’ultimo in alcuni casi specifici .  Quindi se l’obbiettivo è una analisi e simulazione luminosa corretta ed attendibile da un punto di vista fisico non è possibile utilizzare in modo autonomo la Photon Map, ma solo abbinata al Final Gather.

Detto questo vedremo nei prossimi articoli quali sono le condizioni dove l’accoppiata Final Gather / Photon Map garantisce il miglior risultato , contribuendo ad abbattere notevolmente i tempi di calcolo salvaguardando comunque gli spetti descritti sopra e dove viceversa non garantisce alcun vantaggio o peggio ancora restituisce risultati forvianti e non attendibili.

Mental RayFinal Gather Photon Map Rendering
Rendering Interno Courtesy Luca Rostellato LDT- Lighting Design Team
Mental RayFinal Gather Photon Map False colors
Rendering Interno Falsi Colori Courtesy Luca Rostellato LDT – Lighting Design Team

Prenderò in considerazione le tre categorie principali di condizione luminosa  ovvero:

  • naturale
  • naturale ed artificiale
  • solo artificiale

in un ambiente sia interno che esterno.

Poco più sopra  le immagini preliminari della scena presa in esame , in fase di lavorazione.

Ci aggiorniamo dunque al prossimo articolo, dove entrerò nel dettaglio dell’utilizzo degli Algoritmi di calcolo Final Gather e Photon Map.

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