講解Ambient Occlution的原理與高級(jí)應(yīng)用(4)

導(dǎo)言：

Ambient occlusion也就是大家熟知的環(huán)境遮擋，簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是一個(gè)取樣點(diǎn)上被其他幾何體覆蓋的程度，它是被通常用來(lái)模擬全局光照效果的簡(jiǎn)單方法。

下面教程開(kāi)始

環(huán)境遮擋的原理

基本的原理跟final gather類似，其取樣點(diǎn)的生成是一樣的。

首先從攝像機(jī)發(fā)出取樣光線，取樣光線和物體的交點(diǎn)，就是我們說(shuō)的取樣點(diǎn)，然后從取樣點(diǎn)發(fā)出次光線（probe rays）。

接著Ambient occlusion和fg就不一樣了。Ambient occlusion的次光線是每一條光線是否被周?chē)奈矬w所遮擋，如果遮擋了直接返回值，不做任何的Shader計(jì)算，也就是取樣點(diǎn)的周?chē)晃矬w阻擋著不讓看到背景的百分比；fg的次光線不太一樣，他的次光線與周?chē)奈矬w相交以后，它要求焦點(diǎn)處的顏色值，然后返回的是顏色值，而不是Ambient occlusion的真假值。

最后也是不一樣的，作為Ambient occlusion，每一個(gè)取樣點(diǎn)其實(shí)就是渲染時(shí)輸出的色彩值，而fg只是為渲染時(shí)的fg point，它代表著要渲染點(diǎn)附近的光照，在渲染時(shí)用來(lái)產(chǎn)生照明。（圖01）

圖01

 

下面我就結(jié)合MentalRay for Maya，跟大家一起討論一下Ambient occlusion的一些應(yīng)用。MentalRay for Maya中有三個(gè)節(jié)點(diǎn)是我們?cè)谑褂铆h(huán)境遮擋時(shí)需要用到的，mib_amb_occlusion，mib_fg_ occlusion，mib_bent_normal_env，如下圖。（圖02）

 

圖02

 

 

環(huán)境遮擋的使用

在介紹實(shí)際的應(yīng)用之前，我們用一個(gè)簡(jiǎn)單的場(chǎng)景作介紹，場(chǎng)景中只有一盞物理燈。默認(rèn)渲染如圖。（圖03）

 

圖03

Ambient occlusion（AO）經(jīng)典的環(huán)境遮擋效果，也被稱為漫反射遮擋（Diffuse occlusion），可以用來(lái)縮放對(duì)材質(zhì)環(huán)境光的貢獻(xiàn)，它一般賦給材質(zhì)的環(huán)境光參數(shù)（Ambient），更進(jìn)一步說(shuō)他最好賦給Lambertian材質(zhì)。如下圖。（圖04）

圖04

 

渲染的效果如下圖。（圖05）

 

圖05

 

 

現(xiàn)在暗部的細(xì)節(jié)出來(lái)了，可見(jiàn)AO很好的模擬了全局光。

 

Reflective occlusion發(fā)射沿著反射光線的方向發(fā)射次光線，而不像Ambient occlusion那樣以物體表面的法線方向?yàn)橹行陌l(fā)射次光線，下面的示意圖說(shuō)明了之間的不同。（圖06）

 

圖06

 

 

在MentalRay for Maya中實(shí)現(xiàn)起來(lái)很簡(jiǎn)單，只需要將mib_amb_occlusion節(jié)點(diǎn)參數(shù)中的Inflective打開(kāi)就行了。（圖07）

 

圖07

 

 

同時(shí)我們可以調(diào)整小spread的值為0.1，使得反射遮擋的效果更加明顯，渲染效果如圖。（圖08）

 

圖08

 

 

大家可以很明顯的看到物體的暗部是沿著反射方向產(chǎn)生的。

 

我們可以給mib_amb_occlusion的bright的參數(shù)連接一個(gè)環(huán)境節(jié)點(diǎn)，使得環(huán)境對(duì)我們的材質(zhì)有了影響，但這不說(shuō)明次光線對(duì)環(huán)境光進(jìn)行了采樣計(jì)算，它只是把遮擋的結(jié)果與環(huán)境光簡(jiǎn)單相乘罷了，連接和渲染結(jié)果如圖。（圖09、圖10）

 

圖09

圖10

 

第二種連接方法就是將我們的攝像機(jī)連接到環(huán)境球查詢節(jié)點(diǎn)上，然后設(shè)輸出參數(shù)為1（取樣環(huán)境），另外可以選擇occlusion in alpha，如圖。（圖11、圖12）

 

圖11

圖12

 

 

從渲染結(jié)果來(lái)看，效果是一樣的，但是他對(duì)環(huán)境球取樣的階段是不一樣的。我們可以減小它的spread參數(shù)，也就是改變次光線取樣范圍，使得反射更集中，渲染如圖。（圖13）

 

圖13

 

mib_fg_ occlusion的使用mib_fg_ occlusion其實(shí)就是一個(gè)選擇器，也就是說(shuō)如果在渲染的時(shí)候渲染全局中打開(kāi)了final Gather，我們就用final gather來(lái)計(jì)算遮擋，反而反之，節(jié)點(diǎn)連接如圖。（圖14、圖15）

 

圖14

圖15

 

 

mib_bent_normal_env的使用在講mib_bent_normal_env之前，我們有必要了解一下mib_amb_occlusion其他的輸出模式（output_mode）。

 

0是標(biāo)準(zhǔn)的遮擋模式，1是環(huán)境進(jìn)行取樣模式，2、3就是bent normal模式。所謂bent normal就是計(jì)算未遮擋的次光線，求平均值，所得到的就是bent normal的法線矢量，名字很形象。

 

矢量的三個(gè)分量的值分別對(duì)應(yīng)紋理的RGB三個(gè)值，output Mode的模式2輸出的是世界坐標(biāo)系，模式3輸出的是攝像機(jī)坐標(biāo)系。（圖16）

 

圖16

 

模式2，世界坐標(biāo)系。（圖17）

 

圖17

 

模式3，攝像機(jī)坐標(biāo)系。（圖18）

 

圖18

 

 

mib_bent_normal_env其實(shí)是為了加速環(huán)境遮擋所制作的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，在動(dòng)畫(huà)中對(duì)于我們場(chǎng)景中的不移動(dòng)不變形并且沒(méi)有別的物體接近一直影響到他的受光物體，我們就可以采用這種方法，所以局限性很大，但是帶來(lái)最大的好處就是渲染速度巨大提升，因?yàn)槲覀儾挥酶櫲魏我粭l光線。

 

我們可以預(yù)先將環(huán)境遮擋和bent normal烘焙成紋理文件，我們也可以用lightmap節(jié)點(diǎn)幫我們將文件保存進(jìn)紋理文件，連接的示意圖如圖。（圖19）

 

圖19

 

我們連接的紋理文件（圖中虛線框），一定要把writable選項(xiàng)打開(kāi)，才能使我們的紋理寫(xiě)道磁盤(pán)文件上，連接圖如下。（圖20）

 

圖20

 

烘焙完紋理以后，前期工作就算完成了，就可以用我們的mib_bent_normal_env了。

 

我們可以這樣理解這個(gè)節(jié)點(diǎn)，他的作用跟把烘焙的紋理不但能直接加到物體的材質(zhì)上，而且它可以是相對(duì)環(huán)境的反應(yīng)，只不過(guò)我們要用一張環(huán)境貼圖，而不是真實(shí)物體的影響。

 

這種方法主要是用在實(shí)時(shí)渲染（realtime rendering），也就是我們說(shuō)的游戲中，能模擬很好的全局光照。下面是我們烘焙好的兩張圖，一張是環(huán)境遮擋，另一張是bent normal。（圖21、圖22）

 

圖21

圖22

 

 

環(huán)境遮擋

連接方法示意圖。（圖23）

 

圖23

 

節(jié)點(diǎn)的實(shí)際連接圖。（圖24）

 

圖24

 

環(huán)境遮擋的高級(jí)應(yīng)用實(shí)際應(yīng)用中，將環(huán)境遮擋，單獨(dú)渲染成一層，然后再后期是使我們最常用的方法，因?yàn)橹灰覀儾蛔非笪锢淼恼鎸?shí)度的話，這種方法是很靈活方便的。

 

我們?cè)赑S中舉個(gè)例子。下面是我們渲染的兩個(gè)層，一層是color層，另一層就是occ層。（圖25、圖26）

 

圖25

圖26

 

 

在PS里面我們可以把occ層設(shè)為mutiply模式，合成后為下圖。（圖27）

 

圖27

 

在MentalRay中，我們可以把Ambient occlusion作為一個(gè)Light shader，成為燈光的內(nèi)建環(huán)境遮擋，節(jié)點(diǎn)連接如圖。（圖28）

 

圖28

 

渲染如圖。（圖29）

 

圖29

 

我們可以分析一下，每個(gè)渲染點(diǎn)需要查詢燈光，我們的燈光是環(huán)境遮擋Shader，他會(huì)返回這個(gè)點(diǎn)的照明強(qiáng)度為這個(gè)點(diǎn)的遮擋程度，背離燈光的地方，途中黑色的地方，因?yàn)樗跓艄獾年幱皡^(qū)，也就是說(shuō)它不會(huì)去查詢燈光照明強(qiáng)度的，因此沒(méi)辦法調(diào)用環(huán)境遮擋，從而成了黑色。

 

到此為止，我們的環(huán)境遮擋就講到這里了，感謝大家看我的教程。