Arnold gibi bir render motoruyla çalışırken, ışın izleme renderlamasının temel prensiplerini anlamak faydalıdır. Sanal bir sahnenin gerçekçi görünümlü bir görüntüsünü üretmek, sahnedeki ışığın ışık kaynaklarından kameraya kadar olan tüm yayılımını simüle etmeyi gerektirir. Her görüntü pikselinin rengini belirlemek için Arnold, sahne geometrisinden, gölgelendiricilerden, ışıklardan vb. bilgi toplar ve pikselden görünen nesneleri ışık kaynaklarına bağlayan bir dizi rastgele ışık taşıma yolunu izler – bu işleme ‘örnekleme’ denir. Ortaya çıkan görüntünün kalitesi büyük ölçüde her piksel için oluşturulan yol veya örnek sayısına bağlıdır.
Arnold, bir görüntüyü işlerken, sahneyi inceleyerek her piksel için bir renk değeri belirlemelidir. Arnold bunu, kameranın konumundan sahnedeki bir nesneye çarpana kadar bir dizi ışın göndererek gerçekleştirir. Bir ışın bir nesneye her çarptığında, sonunda nesne hakkında bir bilgi parçası (örneğin rengi) döndürecek bazı hesaplamalar yapar. Bu işlem temelde sanal kameranın görüntü düzlemindeki piksellerin ‘örneklenmesi’ olarak tanımlanabilir.
Piksel başına çok az örnekle hesaplanan görüntüler gürültülü olabilir. Piksel başına örnek sayısını artırmak, gerçek sahneyi daha iyi temsil eden, daha az gürültülü bir görüntü sağlar. Aşağıdaki görüntüler, bir sahnedeki Kamera (AA) örnek sayısını artırmanın karşılaştırmasını göstermektedir. Kamera (AA) örnek sayısını artırmak yalnızca kenar yumuşatma gürültüsünü azaltmakla kalmaz, aynı zamanda daha fazla ikincil ışın örneği ekleyerek aydınlatmadaki gürültüyü de azaltır.
 |
 |
| 1 Kamera (AA): 1×1=piksel başına 1 örnek (görüntü gürültülü görünüyor) | 6 Kamera (AA): 6×6=36 (gürültü azaltıldı) |
Kamera (AA) Örneklemesi #
Peki, kamera örneklemesi nedir? Temelde, kamera tarafından oluşturulan ekran penceresinin her bir pikselinden sahneye bir dizi ışın gönderilir. Bunlara ‘birincil ışınlar’ denir, ancak bazen ‘göz’ veya ‘kamera ışınları’ ( Kamera (AA) (kenar yumuşatma)) olarak da adlandırılırlar çünkü bunlar oluşturma görünümünden gönderilirler. Bazen de ‘piksel örnekleri’ olarak adlandırılırlar.
Kamera (AA) değeri, piksel süper örnekleme oranını veya kameradan izlenecek piksel başına ışın sayısını kontrol eder. Örnek sayısı ne kadar yüksek olursa, kenar yumuşatma kalitesi o kadar iyi olur, ancak işleme süreleri o kadar uzar.
Bu işlemin doğrusal olmadığını unutmayın; çünkü bu örnekleme oranlarının her biri için alınan gerçek örnek sayısı, giriş değerinin karesidir. Örneğin, Kamera (AA) örnekleri 3 ise, kenar yumuşatma için 3×3 = 9 örnek kullanılacaktır. Dağılım örnekleri 2 ise, dağılım GI için 2×2 = 4 örnek kullanılacaktır. Aynı durum diğer değerler için de geçerlidir.
Bu Kamera (AA) örnekleri, birincil ışınlar (veya piksel örnekleri) olarak tanımlanabilir ve işlenen görüntünün genel kalitesini belirler. Kamera (AA) örneklerinin artırılması, görüntünün genel kalitesini iyileştirir, ancak her şey için örnekleme oranını artırdığı için genellikle israf olabilir. Sahnedeki gürültü kaynağı belirlendiğinde, örnekleme değerlerini yalnızca bu belirli ışınların sayısını artıracak şekilde ayarlamak daha verimlidir. Örneğin, çok fazla hareket bulanıklığı olan bir sahne varsa, daha büyük bir Kamera (AA) örneği gereklidir ve bu nedenle diğer örnek değerleri azaltılabilir. Benzer şekilde, Kamera (AA)’yı artırmak dolaylı aydınlatmaya da fayda sağlayabilir ve bu nedenle daha az Dağılım örneği gerekebilir. Bununla birlikte, bir karakterin cildindeki gürültüyü azaltmak istiyorsanız, Kamera (AA) örnekleri için bu kadar yüksek bir değer yerine daha yüksek SSS örneklerine sahip olmak daha verimli olacaktır .
Işık Örneklemesi #
Doğrudan aydınlatma ışınları, ışıkla ilgili ışınlar olarak tanımlanabilir. Bu ışınlar, sahnedeki bir konumdan çeşitli ışık kaynaklarına doğru hareket eder. Bu ışınlar, bir yüzeyin gölgede olup olmadığını belirler ve eğer değilse, aydınlatma bilgisi hesaplanabilir.
Işıklardan kaynaklanan gürültüyü teşhis etmek bazen zor olabilir, özellikle de geniş bir alana veya boyuta sahip bir ışık söz konusuysa. Bu durumlarda, bazen dolaylı dağınık gürültü ile karıştırılabilir. Bu, farklı gürültü ışın türlerini test etmenin gerekliliğini vurgular. Sorun gölge gürültüsü ise, Arnold render ayarlarında gölgeleri yok say seçeneğini açıp kapatarak gürültüyü tamamen ortadan kaldırabiliriz. Aşağıdaki resimler, bir ışığın Arnold’da nasıl izlendiğini göstermektedir.
 |
 |
| Bazı ışık ışınları bir cisme çarparken, diğerleri çarpmaz. | Arnold’da ışık örneklemesi |
Daha önce açıklanan gürültü sorunları, doğrudan ve dolaylı ışınlarda da ortaya çıkabilir. Doğrudan ışık kaynaklarından kaynaklanan gürültü genellikle yansıma noktalarında veya alan ışıklarından kaynaklanan büyük, yumuşak gölgelerde görülür. Bu durumda, ışık örneklerinin sayısının artırılması gerekir. Aşağıdaki görüntüler, ışık örneklerinin sayısının 1’den 3’e çıkarılması durumunda gölge gürültüsündeki farkı göstermektedir.
 |
 |
| 1 ışık örneği. Çok gürültülü. | 3 ışık örneği. Gürültü azaltıldı. |
Bir sahnedeki gürültüyü değerlendirirken, gürültü kaynaklarını birbirinden ayırmak faydalı olabilir. Dağınık ışınları devre dışı bırakmak (0), hangi tür gürültünün mevcut olduğunu belirlemeye yardımcı olabilir. Bir sahnedeki dolaylı dağınık ışınların sayısını optimize etmeye çalışırken, dağınık ışınların sayısını artırmak yerine (her dağınık örnek için render süresi iki katına çıkacaktır ), öncelikle gürültü kaynağının izole edilmesi gerekecektir.
 |
 |
| Hem hafif gürültü hem de yaygın gürültü (hangisinin hangisi olduğunu ayırt etmek zor). | Dağılım 0’a ayarlandı (devre dışı). Işık gürültüsünü tespit etmek daha kolay. |
Dağınık Işın Örneklemesi #
 |
 |
| Yeşil ışık yayan küpten gelen dolaylı (yaygın) aydınlatma | Yalnızca doğrudan aydınlatma ( diffuse_samples : 0) |
Dolaylı Dağınık ışınlar, nesneler ve yüzey gölgelendiricileriyle etkileşime giren ışınlardır. Bu nedenle, ışınlar sahnede nesneye atanan gölgelendirici tarafından belirlenen yönlerde hareket eder. İletim ışınları nesnelerin içinden geçer. Bir ışın ayna gibi yansıtıcı bir nesneye çarptığında, o noktadan gelen ışın tarafından belirlenen yönde yalnızca bir yansıma ışını izlenir. Buna karşılık, dağınık ışınlar çarpma noktasının etrafındaki yarım küre üzerinde rastgele örneklenir.
Arnold render motorunda dağınık ışınların nasıl yayıldığını gösteren diyagram.
Yansıma Işını Örneklemesi #
Parlak, yansıtıcı yüzeylerin işlenmesinde, dağınık ışınlarda olduğu gibi gürültü de bir sorun olabilir. Parlak noktalar, dolaylı yansıtıcı örneklerde gürültüye neden olabilir. Örneğin, küçük, parlak ışıkların geniş yansıtıcı yansımaları. Eğer sorun yansıtıcı bir vurguda gürültü ise, kaynağın doğrudan ışık mı yoksa ikincil bir ışın türü (yansıtıcı gibi) mi olduğunu doğrulamak gerekir. Bu, Dağınık Işın Derinliği ve Yansıtıcı Işın Derinliği değerlerini sıfıra ayarlayarak kolayca elde edilebilir (bu, esasen tüm küresel aydınlatmayı kapatır). Gürültü hala mevcutsa, bunun aydınlatma modelinin doğrudan yansıtıcı bileşeni olduğunu biliyoruz. Çoğu durumda, yansıtıcı örnek sayısını artırarak çözülebilir.
 |
 |
| 1 (yetersiz örnek) | 4 (yeterli örnek sayısı, gürültüyü azaltır) |
Birimler #
Hacim örneklemesi yapılırken, doğrudan Kamera (AA) ışınları hacimden geçerken hacmi birden fazla kez örnekler. Dolaylı ışınlar ( Hacim Dolaylı ) benzer şekilde davranır ve ışın hacimsel nesne içinden “adım” (hacim Adım Boyutu ) atarken birden fazla kez gönderilir. Bu nedenle, bir hacmi örneklemek genellikle bir yüzeyi örneklemekten daha uzun sürer.
Hacimsel örnekleme. Doğrudan aydınlatma (yeşil). Dolaylı aydınlatma (mavi).
Işın her adımda gölgelendiriciyi değerlendirir ve hacmin yoğunluğunu biriktirir. Bu yoğunluk değerleri hacim boyunca daha düzensiz hale geldiğinde, yakındaki ışınlar önemli ölçüde farklı değerler hesaplayabilir ve bu da görüntüye gürültü katabilir. Bu durumda, daha fazla ışık hacmi örneği kullanarak görüntü oluşturmak veya hacimdeki adım boyutunu küçültmek gerekebilir. Düşük örnekleme değerlerinde bile, hacimlerle temiz görüntüler oluşturmak maliyetli olabilir.
 |
 |
| Hafif hacimli örnekler: 1 | Hafif hacimli örnekler: 6 |
Hacimleri oluştururken dikkate alınması gereken üç şey vardır: ışın izleme, doğrudan ışık ve dolaylı ışık örneklemesi; bunların her birinin farklı örnekleme ayarları vardır.
Adım Boyutu #
Işın izleme işleminin adım boyutu . Burada çok düşük bir örnekleme hızı, hacim oluşturma işleminin hacimdeki küçük ayrıntıları kaçırmasına, onları gürültülü hale getirmesine, olması gerekenden daha ince göstermesine veya piroklastik bulut gibi “katı” bir hacmin “yüzeyinin” tam konumunun yanlış tahmin edilmesine neden olur. Kötü bir adım boyutu, örnekleme işleminin geri kalanını daha gürültülü hale getirebilen bir kartopu etkisi yaratır. Bunu alfa kanalına bakarak veya hacme biraz emisyon ekleyip tüm aydınlatmayı kapatarak test etmek oldukça kolaydır. İstenen Kamera (AA) ayarında emisyon/alfa kanalı gürültülü ise, adım boyutu muhtemelen çok büyüktür.
 |
 |
| Adım boyutu doğru | Adım boyutu çok büyük olduğunda alfa kanalında bozulmalar ortaya çıkar. |
Adım boyutu aslında dünya uzayında değil, nesne uzayındadır. Bunun nedeni, hacmin dönüşümünün ölçeklendirilmesi sırasında örnekleme kalitesinin aynı kalmasıdır. Bununla birlikte, aşırı büyük adım boyutlarından kaçınılmalıdır. Aksi takdirde, hacim incelmiş ve soluk görünecektir. Aşağıdaki örnek görüntülerde, bu etkiyi abartmak için hacim 100 birime kadar ölçeklendirilmiştir (1/25/50 bu hacmin boyutuna göredir).
 |
 |
 |
| 1 | 25 | 50 |
Genel olarak, gözle görülür bozulmalar oluşmadan önce adım boyutu mümkün olduğunca büyük olmalıdır. Düşük adım boyutları render sürelerini artıracaktır. Örneğin, adım boyutu 0,1 olduğunda ve hacim dünya uzayında 10 birim büyüklüğünde olduğunda, yaklaşık 100 birincil örnek vardır ve bu nedenle hacim gölgelendiricisi 100 kez çağrılır.
Doğrudan Aydınlatma #
Adım boyutu doğru olduğunda, gürültü doğrudan veya dolaylı aydınlatmadan kaynaklanabilir. Doğrudan aydınlatmayı tespit etmek oldukça kolaydır. Dolaylı ışık kapatılmalı ve eğer render gürültülü ise, gürültüye neden olan ışık bulunana kadar her ışık tek tek render edilmeli ve Hacim Örnekleri (Volume Samples) artırılmalıdır. Doğrudan aydınlatma gürültüsü Hacim Örnekleri arttıkça önemli ölçüde azalmazsa , muhtemelen çok düşük bir Adım Boyutu (Step Size ) veya örneklenmesi zor ışık etkileşimlerinden (yüksek derecede anizotropik hacimler, yoğun dokulu mesh_lights, karesel düşüş vb.) kaynaklanmaktadır . Bu durumda, örnekleri sınırlama veya filtreleme yoluyla ortadan kaldırmaktan başka yapılacak pek bir şey yoktur.
Dolaylı Aydınlatma #
Dolaylı gürültüyü tespit etmek de kolaydır. Gürültülü bir hacmin Hacim Işın Derinliği (Volume Ray Depth ) devre dışı bırakılmalıdır ve eğer görüntü artık gürültülü değilse, sorun dolaylı örneklemeden kaynaklanıyor demektir. Kalitenin iyileştirilmesi gerekiyorsa, Hacim Dolaylı Örnekleme sayısı artırılmalıdır. Bunu artırmak gürültüyü azaltmazsa, gürültü yine örneklenmesi zor ışık etkileşimlerinden (çoklu saçılma, anizotropik hacimler, hacme gömülü ışıklar vb.) kaynaklanıyor olabilir ve daha önce de belirtildiği gibi, örnekleri sınırlama veya filtreleme yoluyla ortadan kaldırmaktan başka yapılacak pek bir şey yoktur.
Hacim ışını derinliği #
Hacim ışını derinliğini artırmak, bir hacmin görünümünde önemli bir fark yaratabilir. Bununla birlikte, hacim ışını derinliğini artırmanın, hacim içindeki çoklu saçılma yansımalarının sayısını artıracağını (varsayılan olarak 0) ve bu nedenle render sürelerinin önemli ölçüde artacağını unutmayın.
 |
 |
| 0 | 6 |
Daniel M. Lara (Pepeland) tarafından tasarlanan Pepe modeli.
