RENDER ZONE HIGH END

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

homepage 

7 augustus 2017

 

Physically Based Renderen (1/2)

 
zie ook de voorgaande pagina's
http://www.ontmoeting.nl/renderzone/04-physical-1.html
http://www.ontmoeting.nl/renderzone/04-physical-2.html
 
 
Rendering is een fundamenteel onderdeel van Computer Graphics. Op het hoogste niveau wordt een 3D model letterlijk afgetast door miljoenen virtuele lichtstralen (drie dimensionale berekeningen) middels wiskundige algoritmen. Er zijn ook algoritmen voor texturen / materialen / lichtbronnen en animatie.
Renderingen maken in 2017 is onlosmakelijk verbonden met het visualiseren van een 3D ontwerp. voor architecten en interieur ontwerpers. Ook voor Games en animatie films, niet alleen in de vermaaksindustrie wordt gerenderd, ook in de wetenschappelijke wereld.
 
In de begintijd van renderen was alle aandacht gericht op het probleem of een object / voorwerp in het ontwerp, wel of niet zichtbaar zou zijn van een gegeven positie, waarbij vanuit de lichtbron berekeningen op het model werden afgevuurd. Daarna volgde het zo goed mogelijk uitzoeken van waar wel en niet en met hoeveel schaduw intensiteit zichtbaar zou moeten zijn. Daarna volgde de spiegelingen en refractie.
 
Tegenwoordig worden de virtuele lichtstralen meestal vanuit een raster van de kijkrichting het model in gestuurd, waarbij onderscheid gemaakt kan worden tussen hoge resolutie (dichtbij en interessant) of lagere resolutie (verder weg en minder interessant).
 
 
We zitten zelf aan de knoppen om het render programma. Als invoer gebruiken we de 3D tekening bv. vanuit SketchUp Pro. Naast de juiste software is ook een goede computer 'hardware motor' nodig om zo snel mogelijk renderingen te kunnen maken.
 
 
Joe Wilson:
"PBR is more of a concept than a strict set of rules"
Waarbij het zo goed mogelijk (natuurgetrouw) renderen van 3D modellen centraal staat.
https://www.marmoset.co/posts/physically-based-rendering-and-you-can-too/
 
 

Wat wordt eigenlijk bedoeld met Realische afbeeldingen?

 
Hall en Greenberg [*] ::
"Our goal in realistic image synthesis is to generate an image that evokes from the visual system a response indistinguishable from that evoked by the actual environment."
 
"Dat is een (te) hoog verheven doel, dat wel heel lastig is om te bereiken", aldus Shirley, auteur van onderstaande PDF.
 
1985
Physically based Lighting calculations for computer graphics
B.A. Reed College, Peter S. Shirley
http://aesl.hyu.ac.kr/resource/mont/pblccg.pdf
 
*
Roy Hall and Donald P. Greenberg. A testbed for realistic image synthesis. IEEE Computer Graphics and Applications, 3(8):10-20, 1983.
 
 
 

Physically based renderen

 
De trend voor de meeste render programma's is tegenwoordig vrijwel dezelde:
PHYSICALLY BASED RENDER ENGINE (PBR), of te wel zo natuurgetrouw mogelijk weergeven ook wel fotorealistisch genoemd.
 
Physcially Based rendering is gebasseerd op het Ray-tracing algoritme, gebaseerd op de optische lens van elke professionele fotocamera. Waarbij het in eerste instantie niet gaat dat de rendering afbeelding "er lekker uitziet", maar ook dat de manier waarop dat tot stand is gebracht, overeenkomt met de natuurkundige wetten.
 
 
 
 
Daarbij wordt algemeen uitgegaan van drie software basis eigenschappen:
 
1. het moet compleet zijn
het programma moet voorzien zijn van de belangrijke opties en mogelijkheden, die in High-End render programma's te vinden zijn (bv. als standaard Maxwell Render). Of te wel consistent met verschillende verlichtingsbronnen en kijkhoeken. Daarnaast moet de energiewet van toepassing zijn en het oppervlak dient zo goed mogelijk van een microstructuur voorzien te zijn. De energiewet is in principe simpel: er kan niet meer licht opgeteld aanwezig zijn in de scene dan de som van alle lichtbronnen samen. De materialen en oppervlakken is veel lastiger te bereiken en vraagt meer resolutie (rekentijd) en of meer extra informatie in de vorm van structuur en of Bumpmaps etc. . . . . .
 
 
 
De natuur kan worden nagebootst door de virtuele interactie tussen energie en stof. De uitkomst daarvan kan door de waarnemer (in de werkelijke wereld) worden bekeken.
 
 
 
2. het moet illustratief zijn
het moet voor mensen prettig en natuurlijk zijn om naar te kijken, leesbaar en duidelijk. Aangezien het publiek, dat naar de renderingen kijkt, heel divers kan zijn. Het moet lekker smoelen.
 
3. het 'moet' Physically Based zijn
Is dat wel zo? moet het Physically Based zijn om een handig en snel renderprogramma uit te brengen?
 
Als basis dienen de natuurkundige wetten met de overeenkomende wiskundige uitwerking daarvan.
Vervolgens de interpretatie van die wiskunde en het inpassen in het renderprogramma middels programmeren.
 
Indien er duidelijk verschillen tussen Render programma A en B zijn met hetzelfde 3D ontwerp, dan schort er niets aan de natuurkundige wetten, maar wel aan de interpretatie van de ontwerpers van deze PBR-renderprogramma's. Ook de materialen dienen Physically Based te zijn. Het probleem hierbij is dat het controleren of een programma Physically Based is, is door niemand behalve de eigen ontwerpers/programmeurs zelf te achterhalen.
 
Het doel van alle inspanningen is steeds om een rendering af te leveren, die niet te onderscheiden zal zijn van een goede foto van dezelfde situatie.
 
 
 
De getekende 3D scene in bv. SketchUp Pro bestaat in wezen uit dit model. Waarbij licht en geometrie, tesamen met het gekozen materiaal het beeld vormen dat met de camera "kan worden gevangen". Om vervolgens met een renderprogramma verder, nogmaals met licht en materiaal kan worden omgetoverd.
 
 

We willen daar 2 punten aan toevoegen:

 
4. De instellingen (gebruikers interface) dienen ook volgens natuurkundige wetten te werken. En voor de "beste" renderprogramma's te worden uitgevoerd op een manier en wijze die voor de bedienaar gebruikersvriendelijk is.
 
 
We zien daar een enorme kloof tussen perfecte OpenSource renderprogramma's met ultieme goede handleidingen (meestal stukken beter dan bij commerciële renderprogramma's), maar vaak met een gebruikers interface en installatie methode, die op z'n zachtst gezegd onvriendelijk is voor de bedienaar.
 
Het is dus niet alleen de kunst om zo dicht mogelijk bij een fotografische opname en afbeelding te komen (is al ongeloofelijk moeilijk genoeg), maar ook om dat op een dusdanige manier te doen dat de gebruiker "er fluitend mee overweg kan" zo prettig en voor de hand liggend werkt de optimale user interface.
 
5. Indien zo goed mogelijk aan alle vier van de voorgaande punten is voldaan (sommige punten staan lijnrecht tegenover andere !), dan komt de tijd om het programma aan de wereld te tonen. Dat kan als research (Open Source) project, waarbij de programmeercode openbaar wordt en er uitgebreide aanvullende documenatie wordt geboden, allemaal gratis. Of als commercieel product om te gaan concurreren met de tientallen andere render programma's in de wereld.
 
En bij het "commercieel maken" gaat het vaak mis. Wiskundigen en programmeurs net afgestudeerd van de universiteit of als freelancer werkzaam gedurende een korte periode bij de een en dan weer bij de andere render fabrikant, moet het communicatie proces met de klant overlaten aan andere personeelsleden of parttimers of mensen op een geheel andere geografische locatie en land.
 
Mensen die gespecialiseerd zijn in vakdisciplines zoals financiën, planning, sales, dealer organisatie, marketing, aandelen, Forum begeleider, Facebook invullers, website bouwers etc. Zij nemen de oorspronkelijke ontwerp inspanningen geheel uit handen van de eigenlijke bedenkers en bouwen om "het product, dat nu "hun eigendom" is, de eigen interpretatie schil voor de buitenwereld. Dat alles onder aanvoering van een directeur / directie die in veel gevallen meer kennis heeft van sales en markteting dan van programmeren en wiskunde.
 
We zien dat in sterke mate terugkomen bij het renderprogramma Corona (maar de lijst met voorbeelden kan gemakkelijk tot boven de 10 worden uitgetilt), waar de basis een aantal afgestudeerde universiteits studenten met een professor vanuit de school door zijn gegroeid tot een commercieel bedrijf. De wetenschap moest plaats maken voor andere disciplines, die vaak geen of nauwelijks affiniteit hebben met de oorspronkelijke spannende en ingewikkelde hoogwaardige wetenschappenlijke / wiskundige achtergrond en inspanningen.
 
Er komt letterlijk "een strikje" om het product heen en de superlatieven spetteren de website af
 
Waarbij het afzetten tegen concurrenten niet van de lucht is, zonder enige technische onderbouwing van de gedane beweringen
 
 
 

Wat treffen we in het 'ergste' geval bij een renderprogramma aan?

Klik hier voor pagina 2/2 vervolg

 
 
 
 
 
 

 
documentatie
 
 
Physical Correct renderer, gaat in wezen een stap verder dan Based Renderer,
in ieder geval met de bedoeling om het nog beter te doen. Er is ook nog een marketing kreet bedacht van een render programma met: Plausable Physical Correct.
 
http://www.ontmoeting.nl/renderzone/04-physical-1.html
 
Physcially based Renderers
http://www.ontmoeting.nl/renderzone/40-physical-eng.html
 
 
In wezen is dit één van de mogelijke oplossingen, afgekeken van de natuur:
spectraal renderen
Lees daar wat Maxwell er over zegt
http://www.ontmoeting.nl/renderzone/03-spectral-1.html#maxwell
 
Maxwell: legt een bom onder veel reclame teksten bij andere render fabrikanten
die "Physical correct" vermelden
 
Understanding Physically Based Rendering in Arnold
Link Arnold
 
 
 
 
 
Boek
Physcially based rendering
from theory to implementation
Third edition
Matt Pharr, Wenzel Jakob, Greg Humphreys
 
Link
 
 
 
 
Wat goede materialen kunnen doen in een rendering
Physically Based Rendering
https://www.reallusion.com/character-creator/pbr-physically-based-rendering.html
 
 
 
Why Physcially Based Rendering is a Revolution
5 febr. 2015
http://www.migenius.com/articles/why-physically-based-rendering
 
 
Kijkje in de AMD Zen ontwikkelingsafdeling
Zen is de verzamelnaam van de nieuwe architectuur van x86 Core Zen CPU's van AMD
 
 
 
Nieuwe AMD Radeon Pro Render
Op Siggraph 2017 gedemonstreerd met Unreal Engine 4 en het Pro render voor real-time raytracing.
Zodra de scene in Unreal Engine 4 was geladen werd tegelijktijd de rendering in de Radeon Pro WX 9100 getoond. Het wachten op resultaat is dus technisch gezien niet langer nodig.
 
https://finance.yahoo.com/news/radeon-pro-wx-9100-radeon-023000650.html
 
 
 
AMD vs Nvidia : Physically Based Rendering
AMD zet zich af tegen NVIDIA
https://community.amd.com/message/2763543
 
 
Een poging om de verschillende Physically Based Render termen te verklaren
 
Link thearender
 
 
Octane
https://vimeo.com/groups/octanerender/page:2/sort:date
Octane Render by refractive software is the world first GPU based, un-biased, physically based renderer and its fast, very fast. Not only is Octane Render the fastest un-biased renderer available, but it's also fully interactive.
 
 
 
Disneys PBR met Path tracing
Hyperion Renderer
https://www.disneyanimation.com/technology/innovations/hyperion
Bijbehorende PDF
 

Path tracing: computer graphics middels Monte Carlo methode met goede Golbal Illumunation en van nature "unbiased". Alle licht op één punt wordt geïntegreerd, waarop het middels een BRDF functie wordt verminderd. De integratie vindt plaats voor elke pixel van de renderafbeelding. Een aantal opties is al bij Path tracing algoritme ingebouwd, waardoor het vaak wordt gebruikt als referentie (klankbord) voor de toe te voegen opties bij Ray Tracing algoritmen. Path tracing (o.m. met Arnold, FurryBall en Cycles) wordt veelvuldig in de film industrie (animatie) gebruikt vanwege zijn kortere rendertijd.

 
 
Physcially Based rendering NVIDIA
overzicht met 20.000 vermeldingen !
Link scholar google
 
 
 
Wikipedia
Physcially Based rendering
https://en.wikipedia.org/wiki/Physically_based_rendering
 
 
Standaard boek, eerste druk al van 2004, nu in de derde druk
http://www.pbrt.org/
 
Basic Theory of Physically-Based Rendering
 
https://www.marmoset.co/posts/basic-theory-of-physically-based-rendering/
 
Jeff Russel
1 nov. 2015
Physically-based rendering (PBR) is an exciting, if loosely defined, trend in real time rendering lately. The term is bandied about a lot, often generating confusion as to what exactly it means. The short answer is: "many things", and "it depends", which is rather unsatisfying, so I have taken it upon myself to try to explain at some length what PBR represents and how it differs from older rendering methods
 
 
Physically-Based Rendering, And You Can Too!
1 oct. 2015
Joe Wilson
https://www.marmoset.co/posts/physically-based-rendering-and-you-can-too/
 
This tutorial will cover the basics of art content creation, some of the reasoning behind various PBR standards (without getting too technical), and squash some common misconceptions. Jeff Russell wrote an excellent tutorial on the Theory of Physically Based Rendering, which I highly recommend reading first.
 
 
 
5 mrt 2017
Cheating Physically Based Light Intensity (IRL)
 
http://filmicworlds.com/blog/cheating-physically-based-light-intensity/
One question that I struggle with in PBR is: How physically accurate should we be? In general, I'm a PBR beliver in that we should try to model CG surfaces to behave like real surfaces and we should try to model lights to act like real lights. But what about the times when an artist comes to you asking to do something that is not physically realistic in order to make it look artistically better?
 
 
fxguide
case study remember me
https://www.fxguide.com/featured/game-environments-parta-remember-me-rendering/
 
 
 
PBR Theory
https://learnopengl.com/#!PBR/Theory
Physically based rendering is still nonetheless an approximation of reality (based on the principles of physics) which is why it's not called physical shading, but physically based shading. For a PBR lighting model to be considered physically based it has to satisfy the following 3 conditions (don't worry, we'll get to them soon enough):
 
Be based on the microfacet surface model.
Be energy conserving.
Use a physically based BRDF.
 
 
 
Physics and Math of Shading door Naty Hoffman (PDF 41 pag's)
Background: Physics and Math of Shading by Naty Hoffmann: there is too much theory to fully discuss in a single article so the theory here barely scratches the surface; if you want to know more about the physics of light and how it relates to the theory of PBR this is the resource you want to read.
 
Link naar blog selfshadow.com
 
 
 
Real shading in Unreal Engine 4: discusses the PBR model adopted by Epic Games in their 4th Unreal Engine installment. The PBR system we'll focus on in these tutorials is based on this model of PBR.
 
Link naar blog selfshadow.com
 
 
 
Marmoset: PBR Theory: an introduction to PBR mostly meant for artists, but nevertheless a good read.
https://www.marmoset.co/posts/basic-theory-of-physically-based-rendering/
 
 
 
Coding Labs: Physically based rendering: an introduction to the render equation and how it relates to PBR.
http://www.codinglabs.net/article_physically_based_rendering.aspx
 
 
Coding Labs: Physically Based Rendering - CookTorrance: an introduction to the Cook-Torrance BRDF.
http://www.codinglabs.net/article_physically_based_rendering_cook_torrance.aspx
 
 
Wolfire Games - Physically based rendering: an introduction to PBR by Lukas.
http://blog.wolfire.com/2015/10/Physically-based-rendering
 
 
Fantastische animatie (zet deze op het hele scherm)
waarbij u zelf aan de knoppen kunt zitten met alle opties.
Inclusief de programma code.
 
[SH17C] Physically Based Shading: a great interactive shadertoy example (warning: might take a while to load) by Krzysztof Narkowi showcasing light-material interaction in a PBR fashion.
https://www.shadertoy.com/view/4sSfzK
 
 
SIGGRAPH 2017
Ook tijdens de 2017 op 30 juli in LA kwam Physically Based Shading aan bod
 
http://s2017.siggraph.org/courses/events/physically-based-shading-theory-and-practice
 
The course begins with a brief overview of recent advances in physically based shading, then presents speakers from film and game studios who share examples of how physically based shading models have been used in production. The next section introduces new research and explains its practical application in production. Real-world examples are a particular focus of the course.
 
 
links naar PBR
http://wiki.polycount.com/wiki/PBR
 
 
Links naar Pathtracing 2017
https://jo.dreggn.org/path-tracing-in-production/
 
 
PBR en Pathtracing
PDF 39 pagina's
SIGGRAPH 2017 Course Notes
https://jo.dreggn.org/path-tracing-in-production/part1.pdf
 
 
deel 2 van de course notes
32 pagina's
SIGGRAPH 2017
https://jo.dreggn.org/path-tracing-in-production/part2.pdf
 
 
PDF 72 pagina's
https://jo.dreggn.org/path-tracing-in-production/talk-jo.pdf
 
 

naar boven