第三單元：室內渲染-操作步驟

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內容：

  • 為室內渲染設置V-Ray 陽光
  • 入口天光- 使用V-Ray 面光源提升室內照明並加速渲染
  • 室內渲染的全局照明引擎選擇
  • 使用V-Ray材質庫中的材質，根據你的需要進行調整
  • 渲染高質量的圖片

 3.1 V-Ray 太陽和天空以及攝影機設置(V-Ray Sun & Sky and Camera Setup)　　　

本課我們從調整V-Ray 太陽和天空系統開始，它是我們這個案例的主要光源。因為光線是從窗外進來的，所以不足以照亮整個場景。我們調整攝影機曝光值( Camera Exposure Value(EV) )來修正這個問題。我們還可以調整攝影機的白平衡來調整陽光的色溫。

開啟範例檔案 \Lesson 3\01_Sun, Sky, Camera Setup_Start.skp

  1. 首先開啟交互式渲染。你可以看到這個室內場景只有很少的光照，非常非常的昏暗。
  2. 首先我們來看一下 SketchUp 的陰影。
  3. 調整時間段及日期，能夠讓陽光照射進來。
  4. 這個案例我們把時間調整為早上06:50，日期為4/08。
  5. 你把太陽的參數設定好了後，另一個可以提高場景亮度的方法，就是來到 V-Ray資源編輯器。
  6. 點擊設置(齒輪圖標)按鈕，開啟相機設置窗格。可以修改曝光值。
  7. 把滑桿向右移動，可以調亮圖片，把滑桿向左移動，可以調暗圖片。
  8. 我們把曝光值設定為3
  9. 因為時間段很早，陽光色溫比較暖。為了抵消這部份效果，我們點擊白平衡，把顏色調暖，中和掉暖色。

在渲染室內場景的時候，我們可能需要更大鏡頭視角的攝影機來捕捉更多的室內內容。但是這可能會引起透視變形。我們可以使用垂直校正( Vertical Tilt )選項調整渲染圖片，得到兩點透視的結果。

  1.  開啟效果窗格，可以看到垂直傾斜，打滑桿左右調整，調節圖片的垂直，我們把他調整為0.24。可以把圖中的場景垂直邊線，校正為垂直。

對於這個場景，我們把天空模型( Sky model )切換為CIE Clear（CIE 晴天）。這個模型，讓我們可以分別控制天空和太陽的亮度，用到的參數是日照強度（水平照明Horizo​​ntal Illum ) 。這讓我們對照明有更靈活的控制。

現在我還可以把他調的再亮一點

  1. 來到燈光面板，看看怎麼調整陽光。
  2. 我們使用Hosek et al天空模型，這是預設，也是推薦的。
  3. 現在我們想要更多的控制，所以開啟下拉式選單，選擇 CIE晴天。
  4. 注意，日照強度啟用了，這個參數可以控制天空的亮度。比如：把他設定為0，藍天就關閉了。太陽光還是照射進來，但是藍天的亮度徹底變黑了。
  5. 現在我們反過來，把這個值加倍，設定為50000，現在就會照射進來更多了光線。

最後，我們增加太陽的尺寸倍增值( Size Multiplier )做出更柔和的陰影。

  1. 現在陰影邊緣很硬，修護的方法是，找到太陽尺寸的被增值，把尺寸改成３。
  2. 把燈光延升面板關閉，查看渲染視窗，看起來光感差不多了。可以進行下一步。

  

3.2 入口天光 (Portal Lights)

在這個環節，我們使用入口天光 (Portal Lights) 來改善場景的照明質量。白天室內場景照明，光線通常是來自於窗外的環境光。這意味著大量的光線反彈，需要大量的全局照明。我們可以開啟燈光的入口天光 (Portal Light)開關，使用V-Ray 平面燈光(Plane Light)來解決這個問題。在這個模式下，燈光的顏色和強度被燈光背後的光照決定。如果我們把這些燈光放在窗外， V-Ray 將會採樣天空的顏色和光線強度，並且使用這個數值作為平面燈光的參數。這會把直接光線引入房間，計算會更快，質量也會更好。

開啟範例檔案 \Lesson 3\02_Portal_Lights_Start.skp

我們已經設定了場景佈光，還要做的一件事，就是在窗口添加入口天光 (Portal Lights)。

  1. 首先來到模型外邊，我們使用 V-Ray 平面燈光(Plane Light)來做這件事。
  2. 點擊工具欄上的平面燈光(Plane Light)工具按鈕，在垂直面上畫一盞矩形燈，然後使用選擇工具與移動工具，把他移動到窗戶的左上角，然後使用比例工具調整燈光大小，讓他整個覆蓋窗口。
  3. 燈光的白色面板應該朝向室內，所以按一下滑鼠右鍵，開啟快捷功能表，然後按「翻轉方向→元件的藍軸」
  4. 我們複製同一個平面燈光(Plane Light)，重複這個步驟，在其他窗口放置入口天光 (Portal Lights)。
  5. 都做好了之後，點擊 Render_Camera 場景標籤，回到室內場景。
  6. 接下來開啟交互式渲染，你還看到場景被這些人工光源照亮了。
  7. 我們還要把這些燈光設定為入口天光，來到V-Ray資源編輯器。在燈光面板，選擇矩形燈光(V-Ray Rectangle Light)。
  8. 展開矩形燈光(V-Ray Rectangle Light)的延伸面板，為了確定這些燈光的確在起作用，你可以把顏色調整為鮮艷的色彩。觀察它對場景的影響，它們給場景投入了大量光線。但是它應該是入口天光。
  9. 開啟選項面板，Light Portal 欄位從下拉式選單中選擇簡單的入口燈。渲染立刻就變了。你現在看不到彩色的燈光，而是窗外真實光線的替代。

Light Portal 有二種選項：準確和簡單，簡章模式會讀取天光並改善它，準確模式會考慮燈光背後的模型，在光照中也會考慮到他們的色彩，簡單模式處理起來更快，這個案例中，我們窗外沒有任何模型，所以就使用簡單模式即可。

注意入口天光打開以後，燈光強度與色彩參數，不會改變渲染畫面，它只會做為入口天光或者說是天光的替換。

  1. 我們停止交互式渲染，在 V-Ray幀緩存視窗(V-Ray Frame Buffer)中，我們看一下入口燈光對渲染畫面的影響。
  2. 開啟歷史記錄，把歷史位址設定為本課程的 Lesson 3/Rendering 資料夾，會有一張渲染圖片寫著入口天光on及一張渲染圖片入口天光off。
  3. 雙擊入口天光off，可以看到畫面的效果，然後切換到入口天光on，注意畫面變亮了一些。切換入口天光on及入口天光off，很容易看出來二者的變化。
  4. 現在先關閉歷史紀錄，把 V-Ray 幀緩存視窗(V-Ray Frame Buffer)拖開，回到 SketchUp ，打開圖層管理器，大開環景圖層，轉動到模型外面，反復切換可以看見環境圖片，這些對下一步有用，是窗外的景觀。
  5. 再次點擊Render_Camera 場景標籤，回到室內場景。

  

3.3 全局照明引擎(GI Engines)

在這個環節，我們講解不同的全局照明計算方式。

強算(Brute Force)是V-Ray中最準確的全局照明算法。它不需要預採樣，所以可以在交互式渲染中使用。它在我們需要高精確度渲染的時候適合作為主光線引擎。也可以作為次級光線引擎，但是一般是在戶外場景全局照明光線反彈次數不多的情況下。

發光貼圖(Irradiance Map) 是Brute Force的自適應版本。它很快，結果也很準確，但是需要預採樣。在大多數情況下，適合作為首次光線引擎。它不能作為次級光線引擎。

燈光緩存(Light Cache)是一種特殊的算法，可以快速計算多次光線反彈但是不是非常準確。它非常適合作為次級光線引擎，特別是在室內場景，光線反彈特別多的情況下。它不能作為首次光線引擎。

因為我們不太希望深入過於復雜全局照明設置，我們僅僅使用了質量滑桿來調節。調整滑桿，修改了一系列全局照明引擎中的參數。

對於草圖渲染，我們使用發光貼圖( Irradiance Map ) + 燈光緩存(Light Cache)因為這是最快的組合。對於高質量渲染，我們使用強算(Brute Force) + 燈光緩存(Light Cache)因為它結合了燈光緩存的高效率和Brute Force的準確性。

開啟範例檔案 \Lesson 3\03_GI_Engines_Start.skp 

設定好燈光之後，我們來看一下渲染參數。

  1. 點擊V-Ray資源編輯器，在參數設定面板有各種渲染器參數。我們來看一下更多參數，點擊展開渲染延伸面板，我要特別談一下全局照明。
  2. 展開全局照明面板，全局照明對室內非常重要，因為它計算間接反射光，照明整個空間，注意這裡，只有一個可以調整的參數，這和我們使用的渲染引擎有關聯。
  3. 現在先關閉交互式渲染，這會切換為漸進式渲染，現在我們可以看到更多參數。
  4. 對於主光線和次級光線欄位，目前設定為強算及燈光緩存，是室內渲染推薦的搭配。但是在調整的過程中，我們可能要選擇渲染速度更快的設定。
  5. 試試這個，在主光線下拉式選單中，選擇發光貼圖。發光貼圖做為主光線的引擎，會用較低的質量渲染，適合快速草圖渲染。對於次級光線，我們保持燈光緩存，非常適合室內照明。
  6. 來到渲染質量滑桿，這裡寫著中等，把它滑到草圖。這些參數適合草圖渲染。
  7. 我們來嘗試一下渲染，第一回渲染是燈光緩存預採樣，第二回渲染有小方塊的是發光貼圖預採樣，它渲染的非常快，但是你看得出來品質不好。
  8. 為了進行比較，我們開啟V-Ray幀緩存視窗(V-Ray Frame Buffer)歷史記錄，把它儲存起來。
  9. 接下來我們修改一下質量，從草圖切換為中等，重新渲染一下，使用的渲染時間長了很多，把它儲存到歷史記錄。
  10. 如果你把他們設定為A、B圖片進行對比，你可以看到質量設定為中等後的變化。
  11. 最後一個修改，我們回到參數設定，我們把主光線設定為強算(Brute Force)，然後點擊渲染。
  12. 這張渲染完成後，儲存為歷史記錄。
  13. 把歷史記錄圖片設定為A、B圖片，以進行比較。注意！使用了強算(Brute Force)之後，圖片細節好了很多，不僅品質變好了，而且邊角處的細節也變得清晰。
  14. 做好全局照明預覽後，你可以回到V-Ray資源編輯器，把質量滑桿設定為高。

 

 

3.4 材質(Materials)

在這一步中，我們使用材質庫中的材質來佈置場景。我們將挑選合適的材質，調整它們的尺寸。在必要的時候，我們還會精細調整材質參數。 

注意：當我們給代理物體指定材質的時候我們要使用多重材質( Multi Material )，而且代理物體在導出的時候要有正確的材質ID。這個工作流程在第一課的附加模塊關於代理物體的部分進行了講解。

地板材質

  1. 燈光已經設置好了，現在來關注一下材質，我們先來調整面積最大的材質，因為它為整個場景照明影響最大。首先來講解一下窗戶的玻璃。
  2. 來到V-Ray資源編輯器，點擊材質面板，在材質列表中有玻璃(Glass)。
  3. 如果展開材質延伸面板，在材質分類資料夾中，點擊玻璃(Glass)資料夾，材質庫裡有幾種玻璃，這個Glass就是普通的玻璃，是我們這裡用的，事先把他拖過來了，光線就可以透射進來。
  4. 關於玻璃有一點，如果回到 SketchUp，玻璃進入編輯元件模式。
  5. 我們可以只觀察這些玻璃元件，按一下「檢視→元件編輯→隱藏模型的其餘部份」，重點在於玻璃要有厚度，這項使用 V-Ray 帶有折射的玻璃材質時，折射才會是正確的。
  6. 現在我回到最初的鏡頭視角，檢視中關閉「隱藏模型的其餘部份」，也關閉編輯元件。
  7. 我在地板上添加木頭材質，在資源編輯器材質列表中，展開左側延伸面板，向下瀏覽到 Wood & Laminate(木材與夾板)資料夾，找到你想要測試的木地板。
  8. 找到喜歡的以後，把它拖拉到材質列表中。
  9. 記得先選擇地板元件，然後在剛加入的地板材料上按右鍵，選擇「將材質應用到選擇物體」。
  10. 接下來調整材質的尺寸，回到SketchUp，開啟材質面板，進入編輯模式，設定尺寸。
  11. 接下來我們要測試渲染效果，首先來到參數面板，讓預覽快一些，把質量滑桿調整為草圖。
  12. 這裡是漸進式渲染，所以展開右側延伸面板，打開全局照明面板，把主光線修改為發光貼圖，這就是草圖參數。
  13. 把延伸面板關閉，點擊渲染。
  14. 使用歷史記錄把渲染圖片儲存起來。
  15. 再嘗試另一種木材地板材質，回到V-Ray資源編輯器，點擊材質面板，展開左側延伸面板，向下瀏覽到 Wood & Laminate(木材與夾板)分類，在材質庫中找到偏暗的木材，我選擇 Veneer D02 120cm 材質，將它拖拉入材質列表中。
  16. SketchUp中選擇地板元件，然後在剛加入的地板材料上按右鍵，選擇「將材質應用到選擇物體」。
  17. 重新渲染，比較變化。
  18. 把這張也儲存到歷史記錄
  19. 如果你反覆比較的話，會注意到，不僅材質本身的顏色變了，牆上的色澤也變了。這就是實現生活光線從表面反射到其他表面的現象。你可以看到材質對室內照明的顯著影響。
  20. 我們最後修改一次木材材質，向上瀏覽找到 Flooring_Laminate_E_Narrow_250cm 材質，把它指定給地板，並修改材質尺寸。
  21. 回到V-Ray資源編輯器，右下角的工具按鈕是用以清除未使用的材質，點擊一下，清理掉我們已經使用過，但不再使用的木材材質。

牆壁材質

  1. 下一個大面積材質是牆壁，在V-Ray資源編輯器的材質面板，展開左側延伸面板，來到 WallPaint & WallPaper 材質分類。
  2. 在材質庫可以搜索，輸入 fine，把第一個 WallPaint_FineGrain_01_White_1m 材質拖拉至材質列表中，並指定材質給牆壁。
  3. 選擇牆壁(Wall)元件，WallPaint_FineGrain_01_White_1m 材質按一下右鍵，選擇「將材質應用到選擇物體」。
  4. 這裡寫著細緻紋理，也有一個尺寸，我們在 SketchUp 修改尺寸，你會發現編輯材質的寬與高是禁用的，這是因為這裡使用的紋理，沒有出現在SketchUp中。
  5. 這裡是修正方法，選擇WallPaint_FineGrain_01_White_1m 材質，然後展開右側延伸面板，你可以看到材質的一系列額外參數。
  6. 我們要找到這個材質所使用的紋理圖片，如果你向下瀏覽，開啟貼圖面板，在開啟凹凸面板，有一個紋理欄位。
  7. 點擊這個棋盤格工具按鈕，這裡有一個眼睛圖表，上面有個斜線，這意味著它在 SketchUp中不可見，點擊它，開啟可見性。
  8. 你回到SketchUp後，你會看到牆壁上有重複的圖片，這正是我們需要的。
  9. 回到材質面板，編輯材質為正確的尺寸。
  10. 修正尺寸以後，回到資源編輯器，再次點擊眼睛圖標，影藏材質在視窗中的預覽。
  11. 按一下 Back，在這裡往上瀏覽，我們來修改漫反射顏色。
  12. 點擊漫反射顏色設定，把他修改為220灰色。
  13. 然後我們拖拉另一個黃色牆壁塗料至材質列表。
  14. 回到SketchUp，注意剛才那個貼圖沒有了。
  15. 我想選擇這面牆，把這個黃色牆壁塗料材質指定給它。
  16. 我還要修正材質尺寸。(請依照上方修正WallPaint_FineGrain_01_White_1m 材質的步驟處理)
  17. 現在我們可以在一次渲染。

家具

  1. 現在我們已經給模型主要的表面加上材質，我們打開家具圖層，給他們添加材質。
  2. 我把歷史面板關閉。
  3. 來到圖層面板，打開家具圖層，你會看到場景中已經出現一些家具，我們要給家具添加材質。
  4. 在資源編輯器的材質面板，展開左側延伸面板，選擇金屬(Metal)材質資料夾，找到模糊鋁合金(Aluminum_Blurry)、模糊鐵(Iron_Blurry_5cm)，還有金屬漆暗銅色(Metallic_Paint_BronzeDark)，把它們拖到材質列表中以後，現在要把它們指定給家具。
  5. 把材質編輯去移開，回到SketchUp，用選擇工具選擇樓梯扶手，在選擇落地燈、吊燈、上方的軌道照明燈，還有窗框(小心不要選到玻璃)，然後把模糊鐵(Iron_Blurry_5cm)指定給它們。
  6. 一定要修正一下尺寸，因為這裡有尺寸。所以我們展開其延伸面板，找到凹凸貼圖，點擊這個紋理圖標，點擊這個眼睛圖標。
  7. 回到SketchUp，打開材質編輯器，將模糊鐵(Iron_Blurry_5cm)寬度調整為05m，以修改模糊鐵的正確尺寸。
  8. 做好以後，回到V-Ray材質延伸面板，把眼睛圖標關閉，再點按Back，就做好了。我把面板關閉以便看到更多的東西，
  9. 回到SketchUp，用選擇工具選擇桌子，然後指定V-Ray材質列表的金屬漆暗銅色(Metallic_Paint_BronzeDark)。
  10. 最後選擇這些容器，指定V-Ray材質列表的模糊鋁合金(Aluminum_Blurry)
  11. 我們來研究一下電視，我們需要另一個材質。展開材質延伸面板，來到塑料(Plastic)材質資料夾，找到黑色光滑塑料(Plastic_Simple_Shiny_Black)，並把它拖拉至材質列表中。
  12. 在SketchUp中，選擇電視，把黑色光滑塑料(Plastic_Simple_Shiny_Black)指定給電視。
  13. 最後做一個小修改，展開黑色光滑塑料(Plastic_Simple_Shiny_Black)材質的延伸面板，看到參數，我們把反射光澤度降低一點至88，把延伸面板收起來。
  14. 我們把這些家具加上了材質後，點擊渲染，看看結果。

沙發(使用多維材質)

  1. 最後兩個要強調的點，就是後面的沙發，及這兩張椅子。這兩個是代理物體，所以如果你看一下資源編輯器，你會看到一個椅子代理物體和一個沙發代理物體，所以這兩個物件的處理方法會有一點不同。
  2. 首先來處理沙發，來到材質面板，展開延伸左側面板，我們要找一些布料。找到布料(Fabric)資料夾，你可以選擇你喜歡的布料，但是我知道有兩個效果不錯，我把灰色布料B01(Fabric_B01_20cm)及黃色布料D03(Fabric_D03_Yellow_10cm)都拖拉至材質列表中。
  3. 回到V-Ray幀緩存視窗(V-Ray Frame Buffer)，在背景沙發週圍繪製一個渲染區域，打開交互式渲染，這讓我們只預覽沙發的變化。
  4. 回到資源編輯器的材質面板，材質列表中已經有一個Sofa_MM材質，MM是多維材質的縮寫，我們已經給沙發指定了一個多重材質，看看它的調整方法。
  5. 關閉材質左側材質延伸面板，然後打開右側材質延伸面板，多重材質可以給物體連接多個材質。
  6. 這裡有四個材質槽，對映著代理物體的不同位置。前三個是沙發本身，最後一個是沙發上的靠墊。
  7. 現在來指定布料材質，展開0材質槽下拉式選單，把灰色布料B01(Fabric_B01_20cm)指定給前三個槽，最後一個槽指定黃色布料D03(Fabric_D03_Yellow_10cm)。你會看到沙發上的靠墊變黃色了。
  8. 這裡有尺寸，但是因為這些代理物體是有UV Mapping的，我們不需要修改尺寸，這算是優點。
    備註：UV Mapping是將2D圖像投影到3D模型的表面以進行紋理映射的3D建模過程。

椅子(製作多維材質)

  1. 把材質右側延伸面板關閉，現在來處理兩張椅子。我們在椅子週圍繪製一個渲染區域，這兩張椅子需要製作新的多重材質。
  2. 作法是這樣，在資源編輯器，材質列表中的左下角，點擊添加材質按鈕，選擇多維材質(多重材質)，重新命名為椅子MM。
  3. 接下來我們要給多為材質連接材質，所以我們展開材質左側延伸面板，選擇皮革(Leather)資料夾，瀏覽到黑皮革B01(Leather_B01_Black_25cm)，把它拖拉至材質列表中。
  4. 還要找到一個木材材質，材質資料夾的最下面，選擇Wood & Laminate(木材與夾板)資料夾，瀏覽至材質清單最下面，找到暗色膠合板(Veneer_D02_120cm)材質，把他拖拉至材質列表中。
  5. 回到SketchUp，選擇椅子，然後將椅子MM多維材質添加給椅子模型。
  6. 然後要把剛才選擇加入的材質指定給多重材質。選擇椅子MM多維材質，展開右側延伸面板，注意這裡沒有材質槽，我們要自己製作。
  7. 點擊「添加材質」按鈕三次，把第一個材質槽連結暗色膠合板(Veneer_D02_120cm)材質，它是椅子木材的部分。第二個材質槽連結黑皮革B01(Leather_B01_Black_25cm)材質。第三個材質槽連結已經存在的模糊鋁合金(Aluminum_Blurry)材質。不需要調整尺寸，因為代理物體模型已經有UV Mapping了。
  8. 收起延伸面板，可以看到材質已經指定給椅子了。
  9. 把椅子MM多維材質也添加到另一張椅子
  10. 結果都正確後，終止互動式渲染，關閉區域渲染。再用漸進式渲染一次草圖，看看結果。

 

3.5 高質量渲染(High Quality Rendering)

最後一步，我們把V-Ray設置為高質量渲染。我們在質量滑桿使用高(High)參數，添加降噪器渲染元素( Denoiser Render Element )。渲染結束以後我們可以使用V-Ray 幀緩存窗口的顏色校正( Color Corrections )選項進一步調整。

  1. 佈光與材質完成後，我們來調整高質量渲染。
  2. 在V-Ray資源編輯器的設置面板，我們來設置最終圖的解析度，我們要選擇適合你電腦的解析度，圖片越大，渲染時間越長。
  3. 關閉互動式渲染，也關閉漸進式渲染，這樣就會使用小塊式渲染模式。
  4. 對於渲染質量，把它拉到高。
  5. 展開右側延伸面板，看到更多參數。
  6. 在全局照明，把主光線設定為強算(Brute Force)，在下方的渲染元素，我們要使用降噪器(Denoiser)，降噪器會移除最終圖的噪點，會有一點噪點，因為現在是高質量，不是非常高質量。
  7. 我們展開降噪器選項，看看參數。這裡有預設，展開下拉式選單，我們可以設定降噪的強度。要小心，如果設定太高，會丟失細節，因為我們已經設定質量為高，輕微預設應該夠用。
  8. 另外一個渲染元素，我們添加材質ID，材質ID會給不同的材質指定一個顏色，可以用於Photoshop這類後期處理軟體，它起到的作用是提供材質選區遮色片，我們用它可以在Photoshop中單獨調整材質。
  9. 材質ID的顏色可以手動設定，在材質面板點擊任何一個材質，在右側的延伸面板向下捲動，在選項面板裡有顏色一欄，裡面有顏色ID欄位，你可以變更這裡，修改成你想要的顏色。但是沒有必要修改所有的ID顏色，其他的保持預設即可。
  10. 都做好以後，點擊渲染。
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