Gölgelendirme Efektleri için Kenar Yumuşatma

giriiş #

---

Bu bölümde, çeşitli gölgelendirme efektleri oluşturma bağlamında kenar yumuşatma (antialiasing) konusunu ele alacağız. Başlamak için öncelikle adaptif örneklemenin genel olarak ne olduğunu anlamamız gerekiyor. Ardından yeni görüntü örnekleyici ve ayarlarını inceleyeceğiz. Daha sonra kenar yumuşatmanın ne olduğunu ve V-Ray’de bulunan algoritmaları kısaca ele alacağız. Son olarak, DMC (Deterministik Monte-Carlo) yönteminden bahsedeceğiz.

Uyarlanabilir örnekleme #

---

V-Ray, uyarlanabilir bir örnekleme motorudur. Bu, V-Ray’in bir pikselin rengi veya bir yüzeyden yansıyan ışık gibi bir değeri hesaplaması gerektiğinde, bağlama bağlı olarak bu değer için değişen sayıda örnek alacağı anlamına gelir. V-Ray’in kullandığı uyarlanabilir algoritma çok basittir: birden fazla örnek gerektiren herhangi bir efekt için, V-Ray önce az sayıda örnek hesaplar ve ardından, örneklerin varyansı çok büyükse, sonuç yeterince iyi olana kadar daha fazla örnek almaya devam eder.

V-Ray’in hesaplaması gereken örnekler genel olarak görüntü örnekleri ve gölgelendirme örnekleri olarak sınıflandırılabilir. Görüntü örnekleri, alan derinliği ve hareket bulanıklığı efektleri de dahil olmak üzere, nihai görüntüyü oluşturan piksel değerleriyle doğrudan ilgili olanlardır. Gölgelendirme örnekleri ise parlak yansımalar, küresel aydınlatma, alan ışıkları vb. efektleri hesaplamak için alınanlardır. V-Ray, bu iki durumda da uyarlanabilir örnekleme kullanır. Aşağıdaki resim, belirli bir piksel içinde bir ışığın veya malzemenin nasıl örneklenebileceğine dair olası bir yolu göstermektedir.

Uyarlanabilir şekilde örneklenmesi gereken her değer için,   V-Ray’in her zaman hesapladığı  belirli bir minimum örnek sayısı , maksimum örnek sayısı ve minimum ile maksimum arasında kaç örneğin gerçekten hesaplanacağını kontrol eden bir  gürültü eşiği vardır  . Minimum örnek sayısına ihtiyaç duyulmasının nedeni, her uyarlanabilir algoritma gibi, V-Ray’in DMC örnekleyicisinin de örneklenen belirli değer hakkında herhangi bir varsayımda bulunmadan önce o değer hakkında biraz bilgi toplaması gerektiğidir.

Görüntü örneklemesi için, minimum örnek sayısı, maksimum örnek sayısı ve gürültü eşiği olmak üzere üç değer doğrudan kullanıcı tarafından belirtilir. VRaySampleRate render öğesi, maksimum değerin yüzdesi olarak gerçekte kaç örnek alındığını gösterebilir. Bununla birlikte, parlak yansımalar, alan ışıkları, GI gibi gölgelendirme efektleri için, her efekt için üç değeri ayrı ayrı belirtmek çok zahmetli olacaktır. Kurulumu basitleştirmek için V-Ray, kullanıcının ışıklar, malzemeler vb. için çeşitli subdivs parametrelerini kullanarak maksimum örnek sayısını belirtmesine olanak tanır (ancak önem örneklemesi, değerin beklenen katkısına bağlı olarak bu maksimum sayıyı değiştirebilir). Gürültü eşiği, DMC gürültü eşiği ile tüm değerler için global olarak belirtilir. Geriye kalan, belirli bir değer için alınması gereken minimum örnek sayısını bulmaktır:

• Minimum örnek sayısı doğrudan sabit bir sayı ile belirtilebilir. Bu kötü bir yaklaşım değildir, ancak gölgelendirme efekti için subdivs değerini artırmanın, kullanıcıların tipik olarak beklediğinin aksine, her zaman daha iyi bir kaliteye yol açmayabileceği anlamına gelir.

• Minimum örnek sayısı, maksimum örnek sayısının yüzdesi olarak belirtilebilir. Bu yaklaşım, alt bölümleme değerinin artırılmasının her zaman daha iyi kaliteyle sonuçlanmasını sağlar, ancak maksimum örnek sayısı başlangıçta çok düşükse, bu durum uyarlanabilir algoritmanın güvenilir bir şekilde çalışması için bu örneklerde yeterli bilgi bulunmaması anlamına gelebilir.

V-Ray DMC örnekleyicisi her iki stratejiyi de birleştirir ve gerçek minimum örnek sayısını belirlemek için daha büyük değeri kullanır. Bu stratejiler sırasıyla DMC min. örnek sayısı parametresi ve DMC adaptif miktar parametresi tarafından kontrol edilir. Minimum örnek sayısı alındıktan sonra, DMC örnekleyicisi gürültü eşiğine ulaşılana veya maksimum örnek sayısı alınana kadar daha fazla örnek almaya devam eder.

Yeni görüntü örnekleyici #

---

Eskiden V-Ray’in çeşitli Ayarlar eklentilerinde birkaç “subdivs” parametresi bulunuyordu. Şimdi ise geri kalanını, Kenar Yumuşatma ayarlarındaki ana “subdivs” parametresinden otomatik olarak hesaplıyor. Bu parametreyi artırmak toplam render süresini uzatır, ancak daha yüksek kaliteli örnekleme sağlar. Bu ayar, SettingsImageSampler  eklentisinde yer almaktadır.

V-Ray’de genellikle dört tür görüntü örnekleyici bulunur: sabit oranlı, uyarlanabilir, uyarlanabilir alt bölmeli ve aşamalı. Sabit oranlı olan, görüntüyü gruplar halinde işler. Aşamalı olan, tüm görüntüyü aşamalı olarak geçişler halinde işler. Uyarlanabilir olan aslında sabit olanla (V-Ray’in önceki sürümlerinde kullanılan) aynıdır, ancak iki parametre eklenmiştir: maksimum alt bölme sayısı  ve  gürültü eşiği . Bunları devre dışı bırakmak, sabit olanla aynı davranışı sağlar. Örnekleyicinin türü, SettingsImageSampler’ın type  parametresiyle   aşağıdaki değerlerle kontrol edilir:

0 – sabit oran #

Bu, DMC örnekleyici ayarlarından bağımsız olarak, her piksel için belirtilen fixed_subdivs’in karesine eşit sayıda kamera ışınını izleyecektir   . AA örneklemesinin sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gerektiğinde kullanışlıdır.

1 – uyarlanabilir #

Bu örnekleyici, piksel ile komşuları arasındaki yoğunluk farkına bağlı olarak piksel başına değişken sayıda örnek oluşturur. Bu, çok sayıda küçük ayrıntı (örneğin ince saç telleri) ve/veya bulanık efektler (alan derinliği, hareket bulanıklığı, parlak yansımalar vb.) içeren görüntüler için tercih edilen örnekleyicidir. Ayrıca, uyarlanabilir alt bölme örnekleyicisinden daha az RAM kullanır.

Aşağıdaki diyagram, V-Ray’in Uyarlanabilir örnekleyici kullanırken örnekleri nasıl yerleştirdiğini görsel olarak göstermektedir. Siyah kareler görüntünün piksellerini, noktalar ise tek tek örnekleri temsil etmektedir. İlk geçişte, V-Ray her zaman Min subdivs parametresiyle belirlenen minimum sayıda örnek yerleştirir. Ardından, örneklerin rengi karşılaştırılır ve sonraki geçişlerde gerektiğinde daha fazla örnek eklenir.

2 – uyarlanabilir alt bölümleme #

Bu örnekleme aracı kullanımdan kaldırılmıştır.

3 – ilerleyici #

Aşamalı örnekleyici, uyarlanabilir örnekleyiciye benzer, ancak görüntüyü bölümler halinde işlemek yerine, tüm görüntüyü aşamalı olarak geçişler halinde işler.

Bu örnekleyicinin avantajı, bir görüntüyü çok hızlı bir şekilde görebilmeniz ve ardından ek geçişler hesaplanırken gerektiği kadar uzun süre iyileştirme yapmanıza olanak sağlamasıdır. Bu, görüntünün son kova tamamlanana kadar bitmediği kova tabanlı görüntü örnekleyicilerinin aksine bir durumdur.

Bir dezavantajı, özellikle render öğeleriyle çalışırken bellekte daha fazla veri tutulması gerekliliğidir. Ayrıca, dağıtılmış render kullanılırken , sürekli iyileştirme nedeniyle istemci makine ile render sunucuları arasında sık iletişim gereklidir; bu da render slave’lerinde CPU kullanımını azaltabilir. Bu etki, Ray bundle size ve Min shading rate parametreleri kullanılarak bir ölçüde kontrol edilebilir.

Duruma En Uygun Görüntü Örnekleyiciyi Seçmek #

---

Hiçbir görüntü örnekleyici tüm sahneler veya iş akışları için en iyisi değildir. En iyi görüntü örnekleyiciyi seçmek genellikle deneme yanılma yöntemine dayanır, ancak izleyebileceğiniz birkaç kılavuz vardır.

• Görüntü Örnekleyici Türünü Kova olarak ayarlamak, V-Ray’in önceki sürümlerindeki Uyarlanabilir Tür ile aynıdır.

• Kova tipiyle, Maksimum Alt Bölme sayısını devre dışı bırakmak, Gürültü eşiğini de devre dışı bırakacak ve V-Ray’in önceki sürümlerindeki Sabit örnek davranışıyla eşleşecektir.

• Aşamalı render, genel sonuçları hızlı bir şekilde görmek gerektiğinde (ışık yerleştirme, gölgelendirici oluşturma veya genel görünüm geliştirme çalışmaları gibi) kullanışlıdır çünkü tüm görüntüyü bir kerede oluşturur ve içindeki gürültüyü aşamalı olarak temizler. Ayrıca, render işlemi tamamen çözümlenmeden önce herhangi bir zamanda durdurulabilir.

• Aşamalı render, her render işlemi için belirli bir süre harcanması gerektiğinde de faydalıdır. Bu özellik, tüm sekansın belirli bir zaman dilimi içinde render edilmesi gereken test animasyonlarının render edilmesinde de yararlı olabilir.

• VRayDenoiser’ı Progressive render’larla birleştirmek, render gürültüsünü temizlemeye yardımcı olabilir. Bir render’ı manuel olarak iptal ederken Denoiser’ın Güncelle düğmesi kullanılırsa, gürültü seviyeleri lekeleri ve/veya diğer istenmeyen etkileri önlemek için Denoiser’ı kullanmak için yeterli olacaktır. Ayrıca, 3ds max 2017’de ilerleme penceresinde İptal düğmesine ek olarak bir Durdur düğmesi bulunduğunu da unutmayın. Durdur’a tıkladıktan sonra, V-Ray render’ın gürültüsünü gidermeye başlayacaktır.

• Dağıtılmış render işlemlerini çalıştırırken Bucket kullanmak, ağ trafiğini azaltmaya ve bir veya daha fazla DR makinesi tarafından iş tamamlanmadığında bilgi kaybını en aza indirmeye yardımcı olabilir.

Örnekler: Görüntü Örnekleyici Karşılaştırmaları #

İşte görüntü örnekleyicilerinin kalite ve hız arasındaki ilişkiyi gösteren bazı örnekler. Tüm örnekleyiciler yaklaşık olarak aynı görüntü kalitesini üretecek şekilde ayarlanmıştır. İlk örnek normal, pürüzsüz bir görüntüdür (bulanıklık efekti yok), daha büyük bir görünüm için resimlere tıklayın:

Hem uyarlanabilir hem de uyarlanabilir alt bölümleme örnekleyicileri, sabit oranlı örnekleyiciye göre önemli ölçüde daha hızlıdır.

Burada, bazı ince dokular (çok sayıda ince kabartma haritalama ) ve bir alan ışığı içeren daha karmaşık bir örnek var; bu örnek önceden hesaplanmış bir ışınım haritası kullanıyor – render süreleri yalnızca son render için geçerlidir.

Bu durumda,  uyarlanabilir  örnekleyici en iyi performansı gösterirken,  uyarlanabilir alt bölme  yöntemi en kötü performansı gösterdi. Bunun sebebi nedir? Görüntü örnekleyicilerinin neyle başa çıkmak zorunda kaldığına dair bir fikir vermek için, kenar yumuşatma uygulanmamış görüntüyü aşağıda sunuyoruz.

Görüntünün bazı kısımları, ince kabartma haritası nedeniyle oldukça “gürültülü”. Bunu düzeltmek için çok sayıda görüntü örneği gerekti. Dahası, her görüntü örneğinin hesaplanması oldukça maliyetliydi – bir ışınım haritası ve bir alan ışığı var ve (özellikle alan ışığı) çok fazla hesaplama gerektiriyor. Sabit ve Uyarlanabilir örnekleyicilerde, V-Ray bir piksel için kaç görüntü örneği alınacağını önceden bilir; bu nedenle, bazı değerlerin (örneğin alan ışığı) hesaplamasını optimize edebilir, böylece nihai görüntü sonucu benzer olurken, aslında bu değerler tek tek görüntü örnekleri için daha düşük doğrulukla (yani daha az gölge ışını izleyerek) hesaplanır. Bu, Uyarlanabilir alt bölümleme örnekleyicisi için yapılamaz – bir piksel için kaç örnek hesaplanacağını önceden bilmez; bu nedenle sabit (yüksek) bir doğruluk sağlaması gerekir. Örnekleyicinin görüntüye doğru şekilde uyum sağlaması için de sabit doğruluk gereklidir. Bu nedenle, bu örnekte, Uyarlanabilir alt bölümleme örnekleyicisi diğer iki yöntemden daha kötü performans gösterdi.

Örnek #

Görüntü örneklemesinin işlevlerinden biri de, görüntüdeki pürüzlü kenarların azaltılması olan kenar yumuşatmadır. Aşağıdaki örnek, kenar yumuşatma uygulanmış bir görüntü ile uygulanmamış bir görüntü arasındaki temel farkı göstermektedir.

Kürenin kenarındaki piksellerin her biri için yalnızca bir örnek alınırsa, piksel rengi seçimi nesnenin kenarındaki koyu gri veya (beyaz) arka planla sınırlı kalır. Bu renklerden birini kullanmak (yani yalnızca bir örnek almak) görüntünün tırtıklı görünmesine neden olur. Bu, hiç kenar yumuşatma uygulanmamasına eşdeğerdir.

Her pikselde iki veya daha fazla örnek alınırsa, renkler ortalama alınır ve nesnenin kenarındaki pikseller, kürenin koyu grisi ile arka plan arasında bir renkte olur. Bu ara renkler, nesnenin nihai görüntüde daha pürüzsüz görünmesini sağlar.

Kenar yumuşatma uygulanmış görüntüde, kenarlar yumuşatma uygulanmamış görüntüye göre daha pürüzsüz görünür.

V-Ray, bir rengin diğeriyle buluştuğu alanlarda, örneğin arka plana değen kenarlarda, renk örneklemesi yaparak kenar yumuşatma işlemi gerçekleştirir. Görüntü örnekleyicisinin seçimi ve parametre ayarları, belirli bir sahne için kenar yumuşatmanın etkinliğini belirler. 

Malzeme içindeki kenar yumuşatma özelliği filtrelerden de etkilenebilir.

Yukarıdaki resim, paket içerisinde bulunan sahneler kullanılarak oluşturulmuştur . Lütfen bunları açın ve yorumlu bölümlere bakın. Ayrıca, görüntü örnekleme kalitesi ve gölgelendirme kalitesi için farklı ayar kümelerini yorum satırı haline getirebilir/yorum satırından çıkarabilirsiniz.

Parametreler #

Sabit (kova) görüntü örnekleyici #

• fixed_subdivs  – Sabit örnekleyici için alt bölüm değerleri

• fixed_per_pixel_filtering  – Sabit örnekleyici için piksel başına filtrelemeyi etkinleştirmek için True değeri.

Uyarlanabilir (kova) görüntü örnekleyici #

• dmc_minSubdivs  – Uyarlanabilir DMC görüntü örnekleyicisi için minimum alt bölüm değeri.

• dmc_maxSubdivs  – Uyarlanabilir DMC görüntü örnekleyicisi için maksimum alt bölüm değeri.

• dmc_threshold  – Uyarlanabilir DMC görüntü örnekleyicisi için renk eşiği

• dmc_adaptive_method  – Eski ve yeni uyarlanabilir örnekleme yöntemleri arasında geçiş yapar.

• dmc_per_pixel_filtering  – Uyarlanabilir DMC görüntü örnekleyicisi için piksel başına filtrelemeyi etkinleştirmek için True değeri kullanılır.

Aşamalı görüntü örnekleyici #

• progressive_minSubdivs  – Aşamalı görüntü örnekleyicisi için minimum alt bölüm değeri.

• progressive_maxSubdivs  – Aşamalı görüntü örnekleyicisi için maksimum alt bölüm sayısı değeri.

• progressive_threshold  – Aşamalı görüntü örnekleyici için gürültü eşiği

• progressive_maxTime  – Aşamalı görüntü örnekleyici için maksimum işleme süresi.

• progressive_bundleSize  – Aşamalı görüntü örnekleyici için paket boyutu

• progressive_showMask  – Doğruysa, AA maskesi gösterilecektir.

• progressive_progNoiseThreshold  – Eşik değerinin düşürüldüğü aktif piksel yüzdesi cinsinden kademeli gürültü eşiği.

Diğerleri #

• render_mask_mode – Oluşturma maskesi için modu ayarlar. Mod, maskeyi oluşturmak için hangi render_mask_* parametresinin kullanılacağını kontrol eder. Olası değerler şunlardır: 0 – Devre dışı, 1 – Doku, 2 – Nesneler, 3 – Nesne Kimlikleri

• render_mask_texture  – render_mask_mode=Texture olduğunda render maskesi için kullanılan doku. Bu, float dokuları kabul eder; <=1e-6 değeri, V-Ray’in bu pikselde render yapmayacağı anlamına gelir.

• render_mask_objects  – render_mask_mode=Objects olduğunda render maskesi için kullanılacak Node/GeomGen eklentilerinin listesi

• render_mask_object_ids  – render_mask_mode=ObjectIDs seçeneği kullanıldığında render maskesi için kullanılacak nesne kimliklerinin tamsayı listesi.

Bu parametreler için iyi varsayılan değerleri aşağıda görebilirsiniz.

DMC Sampler Genel Bakış #

Monte Carlo (MC) örneklemesi, “bulanık” değerleri (artilaslama, alan derinliği, dolaylı aydınlatma, alan ışıkları, parlak yansımalar/kırılmalar, saydamlık, hareket bulanıklığı vb.) değerlendirmek için kullanılan bir yöntemdir. V-Ray, Deterministik Monte Carlo (DMC) adı verilen Monte Carlo örneklemesinin bir varyantını kullanır.

Saf Monte Carlo örneklemesi ile Deterministik Monte Carlo arasındaki fark, birincisinin her değerlendirme için farklı olan sözde rastgele sayılar kullanması (ve bu nedenle tek bir görüntünün yeniden işlenmesinin gürültüde her zaman biraz farklı sonuçlar üretmesidir), Deterministik Monte Carlo’nun ise önceden tanımlanmış bir örnek kümesi (muhtemelen gürültüyü azaltmak için optimize edilmiş) kullanmasıdır; bu da bir görüntünün yeniden işlenmesinin her zaman tam olarak aynı sonucu üretmesini sağlar. Varsayılan olarak, V-Ray tarafından kullanılan Deterministik Monte Carlo yöntemi, Christophe Schlick tarafından C. Schlick, “An Adaptive Sampling Technique for Multidimensional Integration by Ray Tracing”, İkinci Eurographics Rendering Çalıştayı (İspanya), 1991, s. 48-56’da tanıtılan Schlick örneklemesinin bir modifikasyonudur.

V-Ray, bulanık değerlerin her biri için ayrı örnekleme yöntemlerine sahip olmak yerine, belirli bir değer için kaç ve hangi örneklerin alınacağını, o değerin gerekli olduğu bağlama bağlı olarak belirleyen tek bir birleşik çerçeveye sahiptir. Bu çerçeveye DMC örnekleyici denir.

DMC için parametreler #

DMC yöntemini doğrudan kontrol eden bir diğer eklenti ise  SettingsDMCSampler  eklentisidir. Parametreleri şunlardır:

• time_dependent  – Bu doğruysa, örnek deseni kareler arasında değişecektir.

• adaptive_amount  – Uyarlanabilir örnekleme miktarı; 1.0 tam uyarlamayı, 0.0 ise uyarlama yapılmamasını ifade eder.

• adaptive_threshold  – Örneklemeyi ne zaman durduracağınızı belirleyen gürültü eşiği. Daha düşük değerler gürültüyü azaltır, ancak işleme süresini uzatabilir.

• adaptive_min_samples  – Alınacak minimum örnek sayısı.

• subdivs_mult  – Genel bir alt bölümleme çarpanı. Taslak render’ların genel kalitesini düşürmek için kullanışlıdır.

• yol_örnekleyici_türü  – tamsayı

• div_shade_subdivs  – VRay’in, AA ayarlarını değiştirirken yaklaşık olarak aynı kalite ve ışın sayısını elde etmek için ışıklar, malzemeler vb. için örnek sayısını AA örnek sayısına bölmesine olanak tanır.

• random_seed  – Sıfırdan farklıysa, DMC örnekleyicisi için rastgele bir tohum değeri.

• use_local_subdivs  – Malzemelerde/ışıklarda/GI’da gölgelendirme alt bölümlerinin kullanılacağını belirtmek için true, alt bölümlerin otomatik olarak belirleneceğini belirtmek için false değeri kullanılır.

Etkiler #

---

Yumuşak gölgeler için kenar yumuşatma #

Gölgeler, sahnedeki ikincil (gölge) ışınlar tarafından hesaplanır. V-Ray’in daha fazla gölge ışını göndermesini sağlamanın en iyi yolu, Minimum Gölgelendirme Oranını artırmaktır. AA Kalitesi, gölgelerde görülen gürültüyü azaltmaya yardımcı olur. Her Birincil Işın için (AA Kalitesi tarafından kontrol edilir) V-Ray ek ikincil (gölge) ışınlar gönderir, bu nedenle AA Kalitesi gölgelerin kalitesini de etkiler. Eşik değeri, renderlarımızda ne kadar gürültüye razı olduğumuz konusunda büyük bir faktördür. Aşağıdaki örnek resimlerde “Gölgelendirme kalitesi” terimi, Görüntü Örnekleyici’nin Minimum Alt Bölme, Maksimum Alt Bölme ve Gürültü Eşiği için bir ön ayarı ifade eder.

Yansımalar için Kenar Yumuşatma #

Daha yüksek bir Minimum Gölgelendirme Oranı, parlak yansımalar için daha fazla ikincil ışın hesaplamasına olanak tanır. Bir sahnede az veya hiç yansıma yoksa, daha düşük bir Minimum Gölgelendirme değeri render sürelerini hızlı tutacaktır. Gölgelendirme Kalitesini (Minimum Gölgelendirme Oranı) artırmak, ikincil efektleri (bulanık yansımalar gibi) artıracaktır. AA Kalitesini artırmak, sahnedeki geometrideki Kenar Yumuşatmayı artıracaktır.