リアルタイムレンダリングでコースティクスを作成する方法

はじめに

鏡面反射や屈折によって生じる光の強度の変化によってできる、輝く線や模様のこと。

「コースティック」という言葉を聞いたことはありますか？

少し馴染みのない言葉に聞こえるかもしれませんが、日常生活で必ず目にしたことがあるはずです。.

以下の2つの画像をご覧ください。これらは、通常、光線（caustics）がどのように見えるかを示したものです。.

‍

では、詳しく説明しましょう。定義上、コースティックとは、光源から発せられた光が、スペキュラー面で反射または屈折し（1回でも複数回でも）、拡散面に当たった後、最終的にカメラやあなたの目に届くまでの光の経路を指します。.

これを光学経路解析図にスケッチすると、以下のようになります。

‍

光線はガラスのウサギに2度当たり、屈折してから、拡散するテーブルトップにぶつかり、最終的にカメラへと向かいます。.

いつになったら、 caustics は現れるのでしょうか？

鏡面反射による光線群の集まり（ケイウスティクス）の定義に基づけば、この現象を生じさせる３つの重要な要素に要約することができます。

1. 光線（正確には、鏡面反射光子）を放出する光源。;
2. 光を反射または屈折させる鏡面（ガラス、金属など）;
3. 鏡面反射しない表面に、焦点を結んだ光（ケイカス）が現れる.

面白い事実：現実世界では、あらゆる光がコースティックを引き起こす可能性があります。しかし、レンダリングエンジンでは、光源が「コースティックフォトン」と呼ばれるものを放出することでコースティックがシミュレーションされます。.

‍

コースティックに関する「よくある誤解」

長らく、レンダリングソフトウェアのユーザーの大多数は、焦点を絞った光線（caustics）のレンダリングについて、2つの大きな固定観念がありました。

1. 鏡面反射の原理は抽象的であり、一連のパラメータを設定する方法を学ぶ必要があります。.
2. コースティックは「高度な」エフェクトであり、レンダリングに長い時間がかかる。.

これらの2つの問題は確かに存在します。コースティックは、光源とマテリアルがどのように連携するかにかかっています。コースティックを正しく表現するには、ライトパラメータを微調整し、マテリアルの半透明性を理解し、サンプリングパラメータを正確に設定する必要があります。ここで何かが狂うと、コースティックはうまく表示されません。さらに、コースティックがノイズのない結果に収束するまでにはある程度の時間がかかり、すべてのレンダリングソフトウェアが高速化に取り組んでいます。.

D5 リアルタイム caustics ソリューション

ハイライト

D5 Renderはバージョン2.5でカオスティックレンダリング機能を導入しました。カオスティックに関する課題に対し、D5は以下の2つの注目すべき解決策を提案しています：

1. 簡易設定

D5は、それらの複雑なカオスティックパラメータを 簡単な切り替え ライトとマテリアルパネルにあります。なので、, わずか2クリックで、きれいな屈折効果を得ることができます . パラメータをいじる必要はもうありません。すべてプリセットされており、すぐに使用できます。.

D5では、4つの基本光源（ポイントライト、スポットライト、ストリップライト、矩形ライト）と太陽光（ジオスカイ、HDRI-太陽）がすべてコースティックを放出できます。「カスタム」マテリアルは反射コースティックを表現でき、「水」と「透明」マテリアルは反射コースティックと屈折コースティックの両方を処理できます。.

2. リアルタイムレンダリング

D5 Renderのコースティック機能は、現在リアルタイムです。つまり、光とマテリアルの間のフィードバックが非常に明確で高速です。待つ必要はもうありません。変更が発生するとすぐに確認できます。.

‍

注：

リアルタイムレンダリングでは、パフォーマンスを向上させるために、焦点を当てる精度を少し下げます。.

しかし、画像や動画を生成するとなると、精度はさらに向上しますが、より多くのメモリが必要になります。.

舞台裏

簡単に言えば、D5は次のようなリアルタイムのコースト効果を生成します：

まず、光源から光子を放出し、それらを反射・屈折させながら跳ね回らせます。次に、それらの位置と色を空間に記録します。.

次に、これらの光子の位置と色情報を使用して、スクリーン空間での縮緬効果を把握するための散乱計算を実行します。.

そして、焦光効果の時間的および空間的なノイズを低減してから、最終的に画像に重ね合わせます。.

D5でカオスティクスの作成方法

このシーンを例にとってみましょう：

‍

BE WATERランプは、表面がでこぼこしたガラス管モデルで作られています。.

（注：法線マップを使用して、法線マップも写にも影響を与える不均一な外観を作成することもできます。）

ガラス管を回転させるには、D5のビデオモードでキーフレームアニメーションを設定するか、DCCソフトウェアで作成して.abcファイルとしてD5にインポートします。.

次に、回転するガラス管の下にいくつかの光源を配置し、それらのコースティックスイッチをオンにします。ガラス管のマテリアルを選択した後、そのマテリアルテンプレートを「透明」に変更し、「コースティック」をオンにします。.

।BE WATERランプは、すぐに魚眼効果が表示され、本物そっくりになります。.

‍

光の「屈折強度」と「柔らかさ」のパラメータを調整することで、望む効果を得ることができます。

‍

‍