In questo ultimo articolo dedicato al confronto tra gli algoritmi di calcolo di 3Dstudio Max e Mental Ray: Final Gather e Photon Map , prenderemo in considerazione simulazione di un ambiente in condizione di luce artificiale. Viene dato seguito a quanto già trattato negli articoli precedenti, in particolare sugli aspetti legati al tipo di cofronto e quali sono i reali obbiettivi di tale comparazione.
Nella immagine in header, courtesy LDT Lighting Design Team, una simulazione di luce artificiale che abbiamo realizzato per un cliente.
Naturalmente, prima di proseguire vi rimando a agli articoli precedenti su questo tema:
- 3ds Max algoritmi di calcolo Final Gather e Photon Map a confronto.
- 3dsMax e Mental Ray algoritmi di calcolo a confronto Daylighting in outdoor
e alla serie di articoli di approfondimento sul tema Simulazione Fotorealistica della luce secondo parametri fisicamente corretti con 3ds Max e Mental Ray:
- La simulazione fotorealistica della luce con 3dsmaxDesign
- Simulazione fotorealistica della luce, introduzione a Mental Ray
- Simulazione fotorealistica della luce, la Global Illumination
- Simulazione fotorealistica della luce, lighting analysis
- Simulare le sorgenti artificiali con 3d Studio Max Design
- La simulazione della luce naturale con 3ds Studio Max Design
- Simulazione fotorealistica della luce, il Work Flow fisicamente corretto
- Simulazione fotorealistica della luce, gestire al meglio l’output di calcolo
La simulazione della luce artificiale
In assenza di luce naturale, l’apporto luminoso è totalmente legato ai corpi illuinanti inseriti in scena e dunque dalle Photometric Light con relativi file fotometrici IES associati, ovviamente è fondamentale poter contare su fotometrie affidabili, per poter garantire una determinata attendibilità dei dati ottenuti, sia in termini qualitativi ma soprattutto quantitativi.
Nell’articlo dedicato alla “global illumination” avevamo visto come la Photon Map fosse fondamentale per una netta riduzione dei tempi di render, mantenendo quasi inalterato il risultato qualitativo, ma in termini quantitativi, ovvero valori di illuminamneto o luminanza?
Dalle seguenti immagini è possibile trarre alcune considerazioni su tale aspetto, che come abbiamo ampiamente specificato anche negli scorsi articoli, è il vero obbiettivo di tale trattazione, ovvero il comportamento dei due algoritmi di calcolo in ambito simulativo, e solo in seconda battuta in ambito fotorealistico.
Confronto qualitativo: il rendering
Vi ricordo che questi sono i componenti rilevanti, inseriti nella work station utilizzata per la verifica:
- Processore : Intel Core i7 4930K – 3,4GHz (OK – 4,15 GHz)
- Ram : 30 Gb – 1333 MHz
La seguene immagine propone a sinistra il risultato ottenuto utilizzando l’algoritmo di alcolo Final Gather, con i seguenti valori :
- FG Point Density : 0,8
- Rays per FG Point : 400
- Interpolate : 100
- Diffuse Bounces : 7
- Render Time : 35 minuti circa
Mente a destra il risultato ottenuto attivando la Photon Map con valori di Final Gather :
- FG Point Density : 0,4
- Rays per FG Point : 200
- Interpolate : 60
- Diffuse Bounces : 1
E Photon Map :
- Maximum Num. Photons per Sample : 1000
- Maximum Sampling Radius : 60 cm
- Average GI Photons per Light : 25000
- Render Time : 6 minuti circa
La prima considerazione sull’aspetto puramente qualitativo è che, come pevisto, le due immaini sono pressochè identiche, salvo un leggero e quasi impercetibile aumento di luminosità sulla versione ottenuta con l’ausilio della Photon Map, ed è corretto che questo accada in quanto l’ausilio dei fotoni permette di ottimizzare il calcolo nelle zone più critiche da processare ed analizzare.
Confronto quantitativo: vista in falsi colori e griglia di calcolo
L’immagine seguente in falsi colori dei livelli di illuminamento, che in qualche modo conferma tale comportamento , è riferita a sinistra all’utilizzo del Final Gather e a destra con la Photon Map.
L’ultimo comparativo è dedicato alla griglia di punti sul piano posto a 20 cm dal suolo con valori di illuminamento, ed è l’aspetto fose più interessante, come nelle immagini precedenti a sinistra il risultato ottenuto con il Final Gather e a destra con la Photon Map.
Come potete osservare , la differenza fra le due versioni varia di pochi Lux, a parte un punto in particolare in alto a sinistra.
Questo tipo di variazione, in questo caso specifico, può essere considerata irrilevante in termini analitici e dunque conferma l’attendibilità della Photon Map abbinata al Final Gather in condizione luminosa artificiale in un ambiente eserno.
Va comunque considerato, che ogni ambientazione ha determinate e specifiche caratteristiche strutturali ed ambientali che possono determinare variazioni (in alcuni casi anche rilevanti) sul comportamento delle due soluzioni prese in esame, quindi in linea di principio se quanto affermato sopra può essere considerato corretto è altrettanto vero che devono essere effettuati , almeno in fase preliminare (clay render con un unico materiale assegnato ad ogni superfice e forma) test con enrambe le soluzioni, in modo tale da escludere ogni tipo di eventuale errore.
Solo dopo tale test, è possibile scegliere quale soluzione adottare per poter ottenere il miglior compromesso fra attendibilità dei dai, qualità grafica e tempi di calcolo.
Qualora dovesso risultare differenze tali da diver essere considerate rilevanti, il Final Gather è comunque considerato il risultato più attendibile.
In una ambientazione interna abbiamo riscontrato i medesimi risultati sopra descritti, dunque non ha senso dilungarci oltre, tranne nel caso di utilizzo di luce naturale o mista (naturale+artificiale) . Questo caso specifico è il più oneroso e complicato da calcolare ed analizzare, per la natura stessa delle fonti luminose (sole e cielo fisico su tutti).
L’utilizzo delle Sky Portal: pro e contro
Per motivo di cui si diceva, una soluzione normalmente adottata da chi vuole ottenere un risultato (solo) qualitativamente elevato mantenendo tempi di calcolo contenuti, è affiancare al mrSun e mrSky un altro tipo di Photometric Light ovvero le Sky Portal.
Le Sky Portal sono state inrodotte proprio per velocizzare ed ottimizzare il calcolo della luce naturale negli ambienti interni, ed hanno il compito specifico di concentrare il numero dei fotoni (se si utilizza la Photon Map) nella direzione desiderata. Posizionate in prossimità delle aperture (porte , finestre o lcernai) , concentrano i fotoni prodotti dal sole e dal cielo fisico, ma se in ambito fotorealistico forniscono un contributo decisamente utile e performante, ovvero garantiscono qualità grafica in tempi ragionevoli, in ambito simulativo come si conportano?
L’immagine seguente riporta dall’alto verso il basso i risultati ottenuti su una griglia di punti con valori di illuinamento utilizzando solo il Final Gather nel primo caso, a seguire Final Gather abbinato alla Photon Map con l’ausilio della Sky Portal , ed in fine Final Gather abbinato ad una Sky Portal con le due configurazioni possibili , Scene Environment ed Existing Skylight.
Se prendiamo come riferimento corretto i risultati ottenuti sulla griglia del Final Gather (prima griglia in alto) , vediamo che l’utilizzo delle Sky portal stravolge completamente i dati di illuminamento , sia in termini numerici che di distribuzione.
Questo aspetto delegittima in linea di massima il loro utilizzo in ambio puramente simulativo e di conseguenza riduce all’utilizzo del solo Final Gaher nel caso in cui si debba prendere in considerazione una condizione luminosa naturale (o mista).
Purtroppo non è un aspetto di poco conto anzi, se vogliamo è il maggiore limite del sistema, perchè il Final Gather in questi casi diventa molto molto lento e soprattutto impone valori di interpolazione elevati, determinando la perdita di alcuni dettagli.
Anche in questo caso comunque, è consigliato di volta in volta verificare tale comportamento, in quanto in alcuni determinati e circoscritti casi , le Sky portal influenzano in modo minore il risultato in termini quantitativi e dunque potrebbero essere prese in considerazione.
In conclusione
In conclusione , possiamo dire che il Final Gather è la soluzione ideale e forse imposta, se viene presa in considerazione una condizione luminosa naturale o mista, sia in ambienti interni che esterni, mentre la Photon Map abbinata al Final Gather può e deve essere presa in considerazione solo nel caso in cui venga utilizzata una condizione luminosa artificiale, subordinata in ogni caso a test comparativi onde evitare spiacevoli inconvenienti.
Come abbiamo più volte affermato, e confermo il sistema non può essere definito “perfetto” in ogni sua parte, presenta delle criticità , dei limiti , pregi e difetti, come ogni sistema del resto, la cosa fondamentale a mio avviso è conoscere fino in fondo tali limiti e difetti, in modo tale da poter ottenere risultati , sia in ermini quantitativi che qualitativi , affidabili ed in linea con le esigenze progettuali.
