RENDER ZONE

http://www.ontmoeting.nl/renderzone/

homepage

 
3 Op deze pagina:
1. Spectraal renderen
2. Top tien tips
3. Maxwell Render over licht
4. Spectrale berekening licht en materiaal
5. Naschrift

Spectraal renderen

Kleur modellen en kleur ruimte

Kleur en de waarneming van kleur is in het verleden vastgelegd in wiskundige modellen, waarbij vrijwel alle zichtbare kleuren eigen coördinaten in een 2D- of 3D ruimtelijk kleurmodel kregen. De kleur theorie is met 2D modellen begonnen, waarbij binnen x- en y-as de plaats binnen de kleurruimte kon bepalen.

Later werd dat uitgebreid met 3D kleurmodellen, waarbij een betere benadering en definitie van de zichtbare kleuren mogelijk werd. Binnen een de totalen kleurruimte is het mogelijk om een deel van die kleurruimte te benutten, de meest bekende is die van RGB (beeldscherm) en wellicht minder bekend en ook veel kleiner (minder kleurschakeringen) de CMYK welke in gebruik is bij de Grafische Industrie en bij kleurenprinters.

RGB kleurmodel van de meeste render programma's


Prisma met een smalle lichtbundel, in het renderingsproces (spectraal render optie moet in programma zitten) gesplitst in afzonderlijke RGB kleuren.

YafaRay (version 0.1.1) [ Open Source ]
Rendertijd: 1 min 41 s
Raydepth: 5; Shadowdepth: 5
Samples: 4/6 Mitchell
Lighting: direct causticsp; Photons: 1000000; AO samples 32


Bij Computer Graphics is spectraal renderen aantrekkelijk voor een optimaal resultaat. De gebruiker (afhankelijk van soft- en hardware) dient wel voor lief te nemen dat het renderproces meer tijd in beslag neemt. Er worden 'natuurgetrouwe lichtpijlen' afgeschoten op de 3D-scene met telkens wisselende golflengtes. Net zoals het werkelijke licht uit diverse golflengtes is opgebouwd, die wij als kleuren zien. Uiteraard is dit proces een stuk langzamer, dan andere manieren van renderen met drie RGB, rood, groen en blauw onderdelen tesamen.

Met behulp van het RGB model kan zichtbaar licht worden gesimuleerd, het is een combinatie van een groot aantal kleuren in het licht spectrum. Heeft u een rode vaas en valt er wit licht op, dan komt het witte licht op het rode vaas oppervlak en alle golflengten (kleuren) behalve het rode spectrum worden geabsorbeerd door het materiaal. Alleen het rode deel van het spectrum wordt teruggekaatst om te bekijken. Het standaard RGB kleuren model wordt bij computers ook gebruikt in de grafische kaart om het beeldscherm aan te sturen.

Er zijn nog veel meer kleurmodellen, zoals sRGB, PAL, ECI, Color Mach, CIE XYZ color space, Wide Gamut, ProPhoto, Apple, adobe 1998 en nog vele andere.

CIE (Commission International de l'Eclairage) biedt een groot bereik van waar te nemen kleuren. Het is op menselijke waarneming gebaseerd, het is lineair en het bevat alle andere kleurenruimten. Nadeel is dat het niet-uniform is. Photoshop Lab color is ondermeer op CIE gebaseerd, waar gebruikers afgeleiden van zijn ontwikkeld zoals ondermeer LAB, ncs, HSV, HSB, HLS, YIQ, het Munsell systeem.

Kleursystemen zijn belangrijk om de weergave van een 3D ontwerp en rendering zo goed mogelijk naar voren te laten komen. Daarbij speelt het gebruik van 'optimale' materialen (textures) een belangrijke rol. We denken maar aan de weergave van koper, brons, zilver en staal om maar enkele te noemen. Ook glas stelt veel eisen aan een renderprogramma, waarbij nog meer komt kijken.

 

Top Ten Tips for More convincing Lighting and Rendering

http://www.peachpit.com/articles/article.aspx?p=2165641

 

Sky / Atmospheric Rendering

http://vterrain.org/Atmosphere/

 

Simple Analytic Approximations to the CIE XYZ Color Matching functions

http://jcgt.org/published/0002/02/01/

Full text PDF 1.3 MB download

 

Spectraal renderen wordt vaak toegepast toegepast in samenwerking met Photon mapping en bij Ray Tracing om nog nauwkeuriger het gemaakte 3D-model "te scannen". De te maken afbeeldingen kunnen ook buiten het zichtbare gebied vallen, waarbij warmte beelden kunnen worden gerenderd of waarbij andere delen van het elektromagnetische spectrum aan de orde komen voor wetenschappelijk onderzoek.

Het optimum van een rendering behoeft niet altijd kwalitatief beter te zijn. Wèl is het zo dat de gebruiker meer grip heeft op het renderproces waardoor het resultaat beter kan uitvallen en dichter bij de ultieme werkelijkheid kan komen. Vooral in extreme gevallen als het gaat om de weergave van glas, lichtbreking etc.

Spectraal renderen gebeurt vaak met een render programma, dat met de grafische kaart (NVIDIA CUDA cores) werkt, waardoor het proces, dankzij al deze parallele processen, toch nog redelijk vlot kan verlopen.

Grafische kaart render programma's zijn ondermeer: Octane Render (meest bekende), LuxRender, Mental Ray, Indigo Renderer, Thea Render, FluidRay, Arion, FluidRay, Mitsuba, Spectral Studio en Ocean.

 

Bij Octane 2.1 lezen we over licht spectra:

* Supports Multiple Color Spaces

* RGB Colors

* Gaussian Spectra

* Blackbody Spectra

* Hue, Saturation and Contrast Control

Samen met Physically-based / Spectral Light Transport & Unbiased and Direct Lighting / Ambient Occlusion.

 

James Coleman: spectra gebruik in Arion render programma.

 

In technische termen is Arion een physically-based, unbiased and spectral render engine. Meer over deze super termen op deze site.

http://support.randomcontrol.com/display/AKB/Light+simulation

Maxwell Render over licht

Lichtbronnen in Maxwell Render worden door hun spectrale karakteristieken vastgelegd. Een lichtbron bevat meestal informatie over de intensiteit van de straling bij elke mogelijke golflengte.

Maxwell Render onttrekt geen licht die standaard wordt gebruikt in traditionele 3D toepassingen (afstand, punt, omni of spotlights). Daarvoor in de plaats gebruikt Maxwell de actuele geometrie met uitzendende materialen. Deze benadering om licht te simuleren komt voor uit wat er in de echte wereld gebeurt en komt daarmee zo dicht mogelijk bij de werkelijke situatie. Waarbij een hoge standaard van realisme, met prachtig verlopende schaduwen, voorziet in een natuurlijke licht weergave in de 3D scene. Maxwell Render kan een groot aantal lampen in een scene aan, zonder dat het ten koste gaat van verliezen, zoals bij andere render programma's.

Licht in Maxwell Render wordt gemaakt door een uitzend materiaal aan een object te koppelen. Waarbij het mogelijk is om de kleur en de intensiteit zodanig in te stellen, met regelaars die uit de echte reële natuurkunde stammen:

Watt of rendement. Maar het is ook mogelijk om meer complexere definities te gebruiken zoals Lumen, Lux, Kelvin graden en RGB etc. Voor nieuwe gebruikers van dit renderprogramma wordt geadviseerd om te beginnen met het kiezen van een Emitter van de Presets dropdown menu.

Zie:

Light sources in Maxwell Render are defined by spectral characteristics and a light source usually possesses a lot .

http://support.nextlimit.com/display/maxwelldocs/
Maxwell%27s+approach+to+rendering


Spectrale berekening licht en materialen

Het is vrijwel standaard dat de meeste render Engines berekening uitvoeren in een aangeduide kleur ruimte (meestal RGB). Maar dit is echter natuurkundig (physically) minder juist en vandaar dat bij ondermeer Maxwell Render deze manier niet wordt toegepast, daarvoor in de plaats wordt de echte natuurkundige manier gebruikt. Maxwell gaat er daarbij vanuit dat licht een Elektro Magnetische golf is die binnen een bepaald frequentie spectrum en golflengte wordt bepaald. Waarbij een ruim gebied wordt gekozen dat loopt van infrarood tot aan ultraviolet.

Nadat Maxwell klaar is met de render procedure zal elke pixel in de te maken render afbeelding een verschillende hoeveelheid spectrale energie krijgen. Deze energie kwam vanuit het licht in de scene en bereikt een virtuele film / ccd fotocamera lens of gewoon de retina van het oog van de kijker. Maxwell bewaard deze informatie in een intern format dat MXI wordt genoemd.

De kleur van het pixel is in het algemeen het eindresultaat dat we willen hebben en een interpretatie van vele verschillende frequenties, die het oog of de camera/film lens bereiken. Maxwell simuleert dit proces om uiteindelijk deze om te zetten naar spectrale waarden binnen de bekende kleuren modellen zoals XYZ en RGB etc.


Naschrift:

Met deze uitspraak legt Maxwell Render een bom onder veel van de reclame teksten op internet bij andere render fabrikanten:

Is "Physical correct" wel de juiste term die de lading dekt?


*******

in het Engels:

http://www.3dxo.com/software/6702_maxwell_render

 

SPECTRAL CALCULUS FOR THE LIGHT AND MATERIAL PROPERTIES

It is very usual, even standard nowadays, that most rendering engines perform calculations in a specific color space (typically RGB). However, this is physically incorrect and therefore Maxwell avoids this approach and considers real world behavior instead. In harmony with reality, Maxwell considers light as an electromagnetic wave defined by a frequency spectrum. Maxwell considers a spectrum which ranges from the Infrared to the Ultraviolet.

Once Maxwell has completed the rendering procedure, each pixel in the output image contains different amounts of spectral energy. This energy was sourced from the lights in the scene and arrives at the conceptual film/ccd of the virtual camera, or at the retina of the viewer. Maxwell stores this information in a new internal format called MXI. The pixel color which is generally the final desired result is an interpretation and sensation of the different frequencies which arrive at the film/ccd or the retina. Maxwell simulates this process and ultimately transforms the spectral measures into known color formats such as XYZ, RGB etc.

 


Een Shader kan de illusie van spectraal renderen weergeven.

 

Mental Ray Photon Shader

3D Studio MAX 9 door Dirk Kipper

Deze [open] Photon Shader die door Dirk Kipper is ontwikkeld voor Mental Ray simuleert het effect wat Photons in werkelijkheid ook doen. Ze bouwen met alle diverse frequenties uiteindelijk wit licht op. Of een andere kleur.

Dirk heeft ook een Maya voorbeeld verschaft. Hij vertelt er bij: "zie deze Shader meer als een speelobject dan een serieuze productie / commerciële Shader. Deze Shader is alleen met een prisma te gebruiken, voor de rest heeft ie geen enkele zin."

Een render programma dient altijd ruimte te maken voor dergelijke experimenten van zijn gebruikers. Het dichttimmeren van een programma, zodat alleen commerciële Shaders kunnen worden toegepast tegen betaling, is geen goede keuze van het management en voor de gebruikers van deze software.


homepage

omhoog