D5 GI | Qu'est-ce que l'éclairage global et pourquoi en avons-nous besoin ?

01 Préface

1.1 Qu'est-ce que l'IG ?

Les concepteurs s'efforcent souvent de créer des rendus si réalistes qu'ils sont indiscernables de photographies. Une modélisation détaillée joue un rôle important dans l'obtention du réalisme, mais un logiciel de rendu avancé capable de simuler avec précision la lumière et les matériaux du monde réel est essentiel pour faire passer les rendus au niveau supérieur.

L'illumination globale (GI) est la technique en infographie qui reproduit les interactions d'éclairage réalistes. Elle calcule non seulement l'éclairage direct d'une source, mais aussi l'éclairage indirect qui atteint une surface après plusieurs rebonds.

Dans le monde réel, la lumière continue de rebondir sur les surfaces jusqu'à ce que son énergie se dissipe. Simuler ce phénomène est crucial pour produire des rendus avec une luminosité, un contraste et des détails réalistes.

GI vise à résoudre le problème des rebonds de lumière dans la scène, une deuxième fois et par la suite, ce qui peut apporter une meilleure luminosité et des détails aux parties non éclairées directement. Il joue un rôle crucial dans la création de rendus photoréalistes capables de tromper l'œil humain.

1.2 Pourquoi la GI en temps réel ?

Étant donné son importance, l'illumination globale (GI) a constitué un défi technique persistant dans l'industrie du rendu. Au fil des ans, diverses solutions, y compris le lancer de rayons, ont été développées pour mettre en œuvre efficacement la GI. Cependant, obtenir une GI en temps réel est particulièrement difficile en raison du temps de calcul limité disponible.

• BonjourRendu hors ligneCela permet aux algorithmes de passer un temps considérable à résoudre l'éclairage indirect d'une scène et à produire des résultats de haute qualité. Les images d'un film d'animation, par exemple, nécessitent des centaines d'heures de calcul hors ligne.Bonjour
• Rendu en temps réelIl doit rendre au moins 30 images par seconde, soit une image en 0,03 seconde.

Le rendu GI en temps réel représente le summum de la technologie de rendu, offrant un retour visuel immédiat et permettant des flux de travail créatifs fluides. D5 Render a relevé ces défis en développant une solution de GI avancée qui combine qualité et rapidité.

02 Le principe de la solution GI D5

2.1 Solutions précédentes

L'équation de rendu, introduite par Kajiya, est le fondement des algorithmes d'éclairage global. Elle modélise l'interaction de la lumière avec une scène, en respectant les lois de la physique et la conservation de l'énergie. La résolution de cette équation en temps réel (moins de 0,03 seconde) est extrêmement complexe.

Les solutions GI temps réel précédentes ont des problèmes, notamment la fuite de lumière, une occultation excessive et beaucoup de bruit dus à des taux d'échantillonnage inadéquats.

D5 Render a surmonté ces limitations avec une approche révolutionnaire appelée ReSTIR Surfel GI, qui offre des résultats de haute qualité à des vitesses en temps réel.

2.2 ReSTIR Surfel GI

2.2.1 ReSTIR GI

D5 utilise ReSTIR sur GI pour stocker les chemins des rayons plutôt que d'échantillonner les sources lumineuses. ReSTIR GI réduit la variance des résultats d'échantillonnage en réutilisant les informations d'échantillon entre les images et entre les pixels voisins, ce qui lui permet d'obtenir des résultats de haute qualité même avec un petit nombre d'échantillons.

D5 Render applique ReSTIR à l'éclairage global en : - Stockant les chemins de rayons plutôt qu'en échantillonnant directement les sources de lumière. - Minimisant le décalage temporel avec Validation du chemin, qui ajuste les échantillons réutilisés lorsque la luminosité ou la position des objets changent dynamiquement.

2.2.2 GI de surfels

Si ReSTIR excelle dans le calcul des rebonds initiaux, les calculs de rebonds suivants posent des défis supplémentaires. C'est pourquoi la solution GI D5 a intégré une solution de mise en cache Surfel pour les calculs de rebonds suivants.

Surfel est une technique de mise en cache spatiale qui peut être générée itérativement en fonction de l'espace écran et accumuler et mettre en cache efficacement l'irradiance, permettant aux rayons GI de simplement interroger les résultats d'éclairage pour les rebonds ultérieurs. Cependant, cette solution introduit de nouveaux problèmes, tels que l'impossibilité d'obtenir des résultats en dehors de l'espace écran.

Pour aborder ce problème, D5 apporté des améliorations à la solution de cache de Surfel. Il génère des Surfel à partir de l'intersection du rayon émis par le GBuffer, stockant les Surfel de l'emplacement hors vue et obtenant ainsi le résultat correct.

De plus, la scène est divisée en Grilles en cascade pour gérer les Surfels et ainsi réduire l'utilisation de la VRAM. Les fuites de lumière sont résolues en triant et en comparant les temps de rebonds des rayons. D'autres artefacts sont également améliorés.

2.2.3 Autres optimisations

Le D5 L'équipe a également développé une série de solutions pour l'échantillonnage de multiples sources lumineuses, la réflexion et le débruitage, permettant au ReSTIR Surfel GI de fonctionner efficacement et de manière fiable dans divers scénarios.

03 Éclairage global (GI) amélioré pour un rendu réaliste

3.1 Éclairage Intérieur et Rendu des Couleurs Améliorés

La solution GI D5 a été considérablement améliorée afin d'intégrer la lumière du ciel dans les rebonds GI primaires et secondaires, ce qui permet d'obtenir un éclairage réaliste même dans les espaces très profonds.

Cette amélioration garantit des intérieurs plus lumineux avec des transitions fluides entre la lumière et l'ombre. Les calculs d'éclairage global utilisent désormais directement les couleurs des textures locales, offrant des transitions de couleurs plus précises et améliorant le réalisme de l'éclairage indirect et des reflets. Ces mises à jour éliminent l'aspect trop lumineux des versions précédentes tout en obtenant une différenciation des couleurs réaliste. Les utilisateurs recherchant une saturation contrôlée peuvent activer le “Limiter le dégorgement de couleur”option.

Dans la version précédente, l'éclairage intérieur apparaissait plus chaud et les métaux plus sombres.

La version mise à jour a une température de couleur neutre et des métaux plus brillants.

3.2 Rendu réaliste des contrastes, des ombres et des couleurs

La version la plus récente offre une précision d'échantillonnage GI plus élevée, offrant un meilleur contraste dans les zones rétroéclairées, un éclairage de rebond plus clair et des ombres d'occlusion plus définies dans les crevasses. Ces améliorations rapprochent les effets d'éclairage des attentes de la vie réelle, améliorant les scénarios subtils et à fort contraste.

3.3 Détails d'ombre à haute fréquence et ombres douces

Les versions précédentes privilégiaient un débruitage puissant, ce qui donnait des images plates. La nouvelle solution d'illumination globale (GI) intègre le débruiteur en temps réel de NVIDIA et l'échantillonnage Restir à faible variance, offrant des détails d'ombre à haute fréquence plus nets. De plus, les ombres douces provenant de plusieurs sources lumineuses dans les reflets - auparavant limitées aux images fixes - sont désormais disponibles pour le rendu vidéo. Bien qu'elles ne soient pas visibles dans les aperçus en temps réel, ces ombres sont correctement calculées dans les sorties finales, améliorant le réalisme.

04 Améliorations du réalisme sur les matériaux et textures

4.1 Rendu des plantes amélioré

Le nouveau D5 La solution GI et la simulation de puits de lumière reproduisent de manière réaliste la semi-transparence des feuilles lorsqu'elles sont éclairées, améliorant ainsi l'apparence naturelle des plantes. Version mise à jour de D5 L'échantillonnage GI amélioré et la luminosité offrent des effets d'éclairage qui reproduisent fidèlement les conditions réelles, éliminant l'aspect trop lumineux des versions précédentes.

4.2 Matériaux émissifs comme sources de lumière

Les versions antérieures ne calculaient que l'éclairage direct des matériaux émissifs, ce qui les rendait inadaptés comme sources lumineuses principales. Dans la dernière version de D5, La solution GI calcule les rebonds de lumière, permettant aux matériaux émissifs de fonctionner plus efficacement comme sources lumineuses.

05 Gestion de la lumière et efficacité du rendu améliorées

5.1 Augmentation de la capacité de la source lumineuse

La nouvelle version introduit une structure Light Grid, augmentant la limite de sources lumineuses artificielles de 1 024 à 4 096. Cela améliore l'efficacité de l'échantillonnage lumineux sans affecter les archives plus anciennes.

5.2 Réduction du scintillement dans le rendu vidéo

Grâce à la technologie Light Grid, l'éclairage direct est désormais plus stable dans les scènes comportant plusieurs sources lumineuses, une luminosité intense et des occlusions complexes, réduisant le scintillement et assurant un rendu vidéo plus fluide, particulièrement pour les plantes dans les scènes nocturnes.

Dans la version précédente, les vidéos de plantes éclairées par une source lumineuse très vive présentaient des scintillements.

Dans le D5 dernière version, rendu vidéo stable des plantes dans la même scène nocturne.

5.3 Aperçu, rendu et animation

Les divergences de luminosité entre les aperçus et les rendus ont été résolues, assurant ainsi la cohérence. Les ombres douces dans les reflets sont désormais prises en charge pour le rendu vidéo, ajoutant du réalisme aux animations.

5.4 Aperçu en temps réel amélioré

Le nouvel algorithme d'éclairage élimine les artefacts de points causés par le mouvement de la caméra dans les scènes sombres, offrant une expérience de prévisualisation en temps réel plus stable et immersive. Les différences de luminosité entre les prévisualisations et les sorties rendues, un problème dans les versions précédentes, ont également été résolues.

06 Amélioration de la représentation GI de la source lumineuse

6.1 Comportement précis de la lumière

La mise à niveau améliore la représentation de l'éclairage global pour divers types de lumières :

Lumières IES : Affectez correctement la luminosité GI en fonction de la forme.

Dans les versions antérieures à D5, la réflexion de la lumière IES ne varie pas de manière perceptible en fonction des variations de forme du fichier IES.

Dans la dernière version de D5, la lumière réfléchie par les luminaires IES s'adapte désormais avec précision à la forme des fichiers IES.

Bonjour

2. Projecteurs et éclairage de scène : Mises à jour GI en temps réel selon le contenu, incluant les motifs Gobo pour les projecteurs de scène et l'éclairage de projection précis pour les projecteurs.

Dans l'ancienne version, la lumière réfléchie produite par les projecteurs ne présentait pas de différences significatives en fonction des changements de motif de gobo.

Dans la dernière version de D5, la lumière réfléchie par les projecteurs de scène s'adapte désormais avec précision au motif du gobo.

Bonjour

3. Lampes rectangulaires et bandeaux lumineux : Le nouveau paramètre “ Intensité d'atténuation ” influence précisément la luminosité de l'éclairage global et sa portée.

Dans la version précédente, l'éclairage indirect pouvait éclairer le mur même avec une faible intensité d'atténuation.

Dans la dernière version de D5, la lumière réfléchie est calculée avec précision en fonction de l'intensité réelle de l'atténuation.

07 Notes Importantes pour la Transition vers la Dernière Version

Pour les projets en cours, il est recommandé de conserver la version actuelle D5 afin de garantir la cohérence. Pour les nouveaux projets, il est conseillé de commencer avec Version mise à jour de D5 Render assurera des résultats optimaux et un rendu précis. Lors de la mise à jour de fichiers de scène plus anciens, des ajustements des dispositions d'éclairage et de la luminosité peuvent être nécessaires pour tenir compte de la précision accrue de la GI.