GI (Indirect Illumination)

Approaches to indirect illumination

V-Ray implements several approaches for computing indirect illumination with different trade-offs between quality and speed:

V-Ray использует несколько подходов для расчета непрямого света с различными вариантами компромисса между качеством и скоростью:

Brute force

This is the simplest approach; indirect illumination is computed independently for each shaded surface point by tracing a number of rays in different directions on the hemisphere above that point.

Это самый простой подход; непрямой свет GI рассчитывается независимо для каждой точки поверхностей сцены путем прослеживания лучей в различных направлениях от этой точки.

Advantages:

• this approach preserves all the detail (e.g. small and sharp shadows) in the indirect lighting;
• it is free from defects like flickering in animations;
• no additional memory is required;
• indirect illumination in the case of motion-blurred moving objects is computed correctly.

Преимущества:

• Этот подход сохраняет все детали (мелкие и четкие тени) в непрямом освещении;
• Прямой расчет свободен от дефектов, таких как мерцание (flicker) при анимации;
• Не требует дополнительной памяти;
• Непрямое освещение в случае быстрого движения (motion-blurred) объектов рассчитывается корректно.

Disadvantages:

• the approach is very slow for complex images (e.g. interior lighting);
• it tends to produce noise in the images, which can be avoided only by shooting a larger number of rays, thus slowing it even more.

Недостатки:

• Этот подход очень медленный для сложных сцен (например, освещения помещений);
• Прямой расчет создает шум в изображении, который может быть устранен только увеличением числа лучей, что в свою очередь еще больше замедляет рендер.

Irradiance map

This approach is based on irradiance caching; the basic idea is to compute the indirect illumination only at some points in the scene, and interpolate for the rest of the points.

Этот алгоритм основан на кэшировании; основная идея состоит в том чтобы рассчитать освещение только для небольшого числа точек в сцене, и затем интерполировать результат для остальных точек.

Advantages:

• the irradiance map is very fast compared to direct computation, especially for scenes with large flat areas;
• the noise inherent to direct computation is greatly reduced;
• the irradiance map can be saved an re-used to speed up calculations of different views for the same scene and of fly-through animations;
• the irradiance map can also be used to accelerate direct diffuse lighting from area light sources.

Преимущества:

• irradiance map алгоритм очень быстрый по сравнению с прямым просчетом, особенно для сцен с большим количеством плоских поверхностей;
• шум присущий прямому просчету значительно уменьшается при использовании irradiance map;
• irradiance map может быть сохранена и повторно использована из файла, для ускорения рендера других видов сцены (других положений камеры) или fly-through анимации;
• irradiance map может быть так же использована для ускорения просчета прямого диффузного света от area light источников.

Disadvantages:

• some details in indirect lighting can be lost or blurred due to the interpolation;
• if low settings are used, flickering may occur when rendering animations;
• the irradiance map requires additional memory;
• indirect illumination with motion-blurred moving objects is not entirely correct and may lead to noise (although in most cases this is not noticeable).

Недостатки:

• Некоторые детали в GI, могут быть потеряны или размыты в результате интерполяции;
• Если используются low настройки, может появиться мерцание (flicker) при анимации;
• irradiance map требует дополнительной памяти;
• непрямое освещение с быстро движущимися объектами (motion-blurred) может быть не совсем корректным и может вести к появлению шума (хотя в большинстве случаев этого не происходит).

Photon map

This approach is based on tracing particles starting from the light sources and bouncing around the scene. This is useful for interior or semi-interior scenes whith lots of lights or small windows. The photon map usually does not produce good enough results to be used directly; however it can be used as a rough approximation to the lighting in the scene to speed the calculation of GI through direct computation or irradiance map.

Этот алгоритм основан на трассировке лучей начиная от источников света и дальше отражающихся на поверхностях объектов сцены. Может использоваться для рендера помещений или полуоткрытых сцен с большим количеством света и маленькими "окнами". Photon map обычно не дает достаточно хорошего результата для использования в финишном рендере; однако может быть использован как грубое приближение освещения сцены.

Advantages:

• the photon map can produce a rough approximation of the lighting in the scene very quickly;
• the photon map can be saved an re-used to speed up calculation of different views for the same scene and of fly-through animations;
• the photon map is view-independent.

Преимущества:

• photon map может давать грубое приближение освещения сцены очень быстро;
• photon map результат может быть сохранен для ускорения рендера с других точек той же сцены или fly-through анимации;
• photon map не зависит от положения камеры.

Disadvantages:

• the photon map usually is not suitable for direct visualization;
• requires additional memory;
• in V-Ray's implementation, illumination involving motion-blurred moving objects is not entirely correct (although this is not a problem in most cases).
• the photon map needs actual lights in order to work; it cannot be used to produce indirect illumination caused by environment lights (skylight).

Недостатки:

• photon map обычно не подходит для получения финального результата;
• требует дополнительной памяти;
• в V-Ray's варианте, просчет освещения двигающихся (motion-blurred) объектов не совсем точен (хотя это не составляет проблемы в большинстве случаев);
• photon map требует обязательного использования источников света, не может работать с environment lights (skylight).

Light cache

Light caching is a technique for approximating the global illumination in a scene. It is very similar to photon mapping, but without many of its limitations. The light map is built by tracing many many eye paths from the camera. Each of the bounces in the path stores the illumination from the rest of the path into a 3d structure, very similar to the photon map. The light map is a universal GI solution that can be used for both interior or exterior scenes, either directly or as a secondary bounce approximation when used with the irradiance map or the brute force GI method.

Алгоритм приближенного расчета глобального освещения в сцене. Очень похож на photon mapping, но без многих его ограничений. light map строится путем прослеживания множества путей начиная от камеры. Каждое отражение на пути сохраняет освещение от других лучей в 3d структуре, подобной photon map. Light map это универсальное GI решение которое может быть использовано и для интерьеров (помещений) и для открытых сцен, или прямо или как алгоритм вторичного отскока совместно с irradiance map или direct GI методом.

Advantages:

• the light cache is easy to set up. We only have the camera to trace rays from, as opposed to the photon map, which must process each light in the scene and usually requires separate setup for each light.
• the light-caching approach works efficiently with any lights - including skylight, self-illuminated objects, non-physical lights, photometric lights etc. In contrast, the photon map is limited in the lighting effects it can reproduce - for example, the photon map cannot reproduce the illumination from skylight or from standard omni lights without inverse-square falloff.
• the light cache produces correct results in corners and around small objects. The photon map, on the other hand, relies on tricky density estimation schemes, which often produce wrong results in these cases, either darkening or brightening those areas.
• in many cases the light cache can be visualized directly for very fast and smooth previews of the lighting in the scene.

Преимущества:

• lightmap просто настраивается. Лучи прослеживаются только от камеры, в противоположность photon map, в котором лучи должны быть прослежены от каждого источника, что требует дополнительного времени на подготовку просчета каждого источника.
• light-mapping алгоритм работает эффективно с любыми видами источников - включая skylight, self-illuminated объекты, non-physical, photometric и и.д.. В противоположность, photon map не ограничен в световых эффектах, которые может воспроизвести - например photon map не может воспроизвести освещение от skylight или от стандартного omni без обратно квадратичного снижения интенсивности с расстоянием.
• Light map обеспечивает корректные результаты в углах и вокруг небольших объектов. Photon map, использует сложный алгоритм оценки плотности, который часто дает ошибочные результаты, или затемняя или пересветляя такие области.
• Во многих случаях light map может быть использован для быстрого и качественного превью освещения в сцене.

Disadvantages:

• like the irradiance map, the light cache is view-dependent and is generated for a particular position of the camera. However, it generates an approximation for indirectly visible parts of the scene as well - for example, one light cache can approximate completely the GI in a closed room;
• currently the light cache works only with V-Ray materials;
• like the photon map, the light cache is not adaptive. The irradiance is computed at a fixed resolution, which is determined by the user;
• the light cache does not work very well with bump maps; use the irradiance map or brute force GI if you want to achieve better results with bump maps.
• lighting involving motion-blurred moving objects is not entirely correct, but is very smooth since the light cache blurs GI in time as well (as opposed to the irradiance map, where each sample is computed at a particular instant of time).

Недостатки:

• Как и irradiance map, light map зависит от положения камеры. Однако, генерирует аппроксимацию освещения всей сцены вместе с невидимыми для камеры частями, например, один просчет дает полную оценку GI в замкнутом помещении; * В настоящее время работает только с V-Ray материалами;
• В настоящее время работает только с V-Ray материалами;
• Так же как и photon map, light map не адаптивный метод. Освещение рассчитывается с постоянным качеством, установленным пользователем в настройках.
• light map работает не достаточно хорошо с bump maps;
• используйте irradiance map или direct GI для получения корректных результатов при использовании bump maps.
• Просчет освещения движущихся объектов (motion-blurred) выполняется не полностью корректно, хотя и дает очень сглаженный результат, так как lightmap сглаживает GI во времени (что противоположно irradiance map, где каждый сэмпл просчитывается в отдельный момент времени).

Which method to use? That depends on the task at hand. The Examples section can help you in choosing a suitable method for your scene.

Какой метод использовать? Это зависит от задачи. Раздел с примерами может помочь в выборе подходящего метода для вашей сцены.

Primary and secondary bounces

The indirect illumination controls in V-Ray are divided into two large sections: controls concerning primary diffuse bounces and controls concerning secondary diffuse bounces. A primary diffuse bounce occurs when a shaded point is directly visible by the camera, or through specular reflective or refractive surfaces. A secondary bounce occurs when a shaded point is used in GI calculations.

Настройки для непрямого освещения в V-Ray разделены на две секции: настройки алгоритма первичного отскока и настройки связанные с алгоритмом для просчета вторичного отскока. Первичный диффузный отскок происходит, когда точка отображения (шейдинга) прямо видна камерой, или через отражение/преломление. Вторичный отскок происходит, когда точка отображения (шейдинга) используется в просчете GI (глобального освещения).

On

GI caustics

This allows indirect lighting to pass through transparent objects (glass etc). Note that this is not the same as Caustics, which represent direct light going through transparent objects. You need refractive GI caustics to get skylight through windows, for example.

Позволяет непрямому освещению проходящему через прозрачные объекты (стекло) создавать световые эффекты. Обратите внимание на разницу между GI caustics и Caustics, последняя представляет собой прямой свет от источников, прошедший через прозрачный объект. Refractive GI caustics нужна для получения эффектов каустики от skylight прошедшему через стекло.

This allows indirect light to be reflected from specular objects (mirrors etc). Note that this is not the same as Caustics, which represent direct light going through specular surfaces. This is off by default, becase reflective GI caustics usually contribute little to the final illumination, while often they produce undesired sublte noise.

Делает просчет непрямого освещения отраженного от зеркального объекта. Это не то же самое, что и Caustics, которая представляет прямой свет от источника отраженный от зеркальной поверхности. По умолчанию эта опция отключена т.к. обычно вносит очень слабый эффект, но создает нежелательный шум.

Post-processing

Controls the saturation of the GI; a value of 0.0 means that all color will be removed from the GI solution and will be in shades of grey only. The default value of 1.0 means the GI solution remains unmodified. Values above 1.0 boost the colors in the GI solution.

Изменяет насыщенностью цветов. 0.0 означает, что все цвета будут удалены из результата расчета GI. Значение 1.0, устанавливаемое по умолчанию, означает, что насыщенность GI останется неизмененной. Значения выше 1.0 усиливают насыщенность цвета.

This parameter works together with Contrast base to boost the contrast of the GI solution. When Contrast is 0.0, the GI solution becomes completely uniform with the value defined by Contrast base. A value of 1.0 means the solution remains unmodified. Values higher that 1.0 boost the contrast.

Параметр работает совместно с Contrast base для усиления контраста GI просчета. Когда Contrast установлен в 0.0, GI solution принимает контраст, определенный параметром Contrast base. Значение 1.0 Contrast оставляет контраст неизмененным. Величина больше 1.0 усиливает контраст.

This parameter determines the base for the contrast boost. It defines the GI values that remain unchanged during the contrast calculations.

Этот параметр определяет основание для параметра Contrast. Определяет значения GI, которые остаются неизменными в течение расчета контраста.

Primary diffuse bounces

This value determines how much primary diffuse bounces contribute to the final image illumination. Note that the default value of 1.0 produces a physically accurate image. Other values are possible, but not physically plausible.

Значение определяет вклад который primary diffuse bounces вносит в освещение сцены. Величина 1.0 по умолчанию обеспечивает физически корректный результат. Другие значения допустимы, но физически не корректны.

The list box specifies the method to be used for primary diffuse bounces.

Метод который будет использован для просчета primary bounces.

Secondary diffuse bounces

This determines the effect of secondary diffuse bounces on the scene illumination. Values close to 1.0 may tend to wash out the scene, while values around 0.0 may produce a dark image. Note that the default value of 1.0 produces physically accurate results. While other values are possible, they are not physically plausible.

Значение определяет вклад который primary diffuse bounces вносит в освещение сцены. Величина 1.0 по умолчанию обеспечивает физически корректный результат. Другие значения допустимы, но физически не корректны.

This parameter determines how V-Ray will calculate secondary diffuse bounces.

Метод который будет использован для просчета primary bounces