KK兩種渲染模式對(duì)比:Particle&Voxel

krakatoa是一套volumetric粒子渲染器, 也是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)讓粒子以像素的大小來(lái)進(jìn)行高速細(xì)節(jié)算圖的外掛. 但其實(shí)在krakatoa推出以前, 有另外一種作法可以渲染粒子, 用在電影超人再起(superman returns)里面. 在場(chǎng)景里面粒子在水晶中必須要進(jìn)行光跡追蹤計(jì)算, 光跡追蹤計(jì)算極小的點(diǎn), 是一項(xiàng)極為困難的工作, 必須要利用特殊的作法---稱為voxel grid計(jì)算法. 新版的krakatoa 1.5.0 把當(dāng)時(shí)電影里的作法重新呈現(xiàn), 用voxel grid來(lái)計(jì)算粒子, 這個(gè)方法有其優(yōu)缺點(diǎn), 請(qǐng)看以下:

如上圖, 你看到同樣的幾何體利用krakatoa prt volume object充滿了粒子 而voxel length為0.5, 1, 2 與 3 第一排影像顯示particle rendering的效果, 當(dāng)粒子密度減少時(shí), 粒子的間距就變寬松了

上圖中顯示利用voxel rendering的效果, 而voxel size分別為0.5, 1, 2與 3 filter radius設(shè)定為1 （1代表沒有filter)

這個(gè)范例里 當(dāng)算圖的細(xì)節(jié)減小時(shí)voxel rendering方法算出來(lái)的密度還是可以維持住, 只是說(shuō)整體而言變得比較模糊的粒子云. 以particle方法算圖時(shí)間分別為10.938 | 1.484 | 0.547 | 0.454秒
以voxel的算圖時(shí)間分別為6.109 | 3.734 | 1.829 | 1.422秒

voxel rendering的參數(shù)設(shè)置
以下范例渲染兩萬(wàn)顆粒子, 用兩盞燈照明, 白色光源在右, 藍(lán)色光源在左下.

左圖與右圖的密度分別為5.0/-1, 5.0/0.
算圖時(shí)間都是0.2秒

改變voxel size

上面三張圖顯示用5.0/-1密度 voxel filter radius為1 而voxel size分別為0.5, 1.0 與 5.0來(lái)渲染

當(dāng)voxel size等於0.5時(shí), 算出來(lái)的結(jié)果十分接近particle rendering的效果. 因?yàn)樵谶@個(gè)范例里面,voxels十分接近particle的算圖顆粒大小, 但是就算圖時(shí)間上缺要花費(fèi)狠久.

當(dāng)把voxel size增大時(shí), 結(jié)果變得狠平滑 而算圖時(shí)間也變短了
算圖是用dual-quadcore xeon 2.5ghz的cpu 算圖時(shí)間分別為6.641 | 4.953 | 2.843秒

改變出圖大小
voxel rendering跟particle rendering的效能不同, 出圖大小對(duì)算圖時(shí)間有狠大影響

當(dāng)解析度比超過一個(gè)像素時(shí) voxel renderer就必須要多計(jì)算像素

以下是用voxel sizes分別為0.5, 1, 2 與 5計(jì)算的結(jié)果, 但是用不同的解析度出圖krakatoa會(huì)用接近線性的方式縮放. 實(shí)際上, 因?yàn)槎嗪诵挠?jì)算的關(guān)系, 儘管解析度增大讓圖面積增加了四倍, 算圖時(shí)間還是少於原本的四倍, 通常是三倍多.

640x480 : 13.922 | 11.141| 3.484 | 2.578 秒.
1280x960 : 31.874 (2.289x) | 27.391 (2.458x) | 9.718 (2.789x) | 7.532 (2.921x)
2560x1920 : 103.078 (3.233x) | 90.890 (3.318x) | 33.906 (3.488x) | 27.015 (3.586x)

改變voxel filter radius

上面三張圖顯示用密度為5.0/0 voxel尺寸為5 但是voxel filter radius分別為,2 和 5

當(dāng)voxel filter增加時(shí)voxels變得越來(lái)越平滑, 導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果越模糊, 而算圖時(shí)間也會(huì)拉長(zhǎng).算圖時(shí)間分別為2.843 | 3.656 | 7.294秒

voxel rendering 與 particle rendering
以下的box包含了一百萬(wàn)個(gè)粒子 其中在diffuse map里面用了cellular map 以particle mode算圖
第二排顯示一樣的粒子, 但是把cellular map放在opacity map里面

第三排則是同時(shí)開啟diffuse 與 opacity map
第四排則是一百萬(wàn)個(gè)粒子分割成10個(gè)partition然后分別用particle mode 與voxel mode兩種模式來(lái)算圖

如果是用particle mode方法的算圖時(shí)間是2.687 | 2.703 | 2.797 | 26.421秒
用voxel mode的算圖時(shí)間分別為8.829 | 8.782 | 8.86秒

經(jīng)由這些比較, 你會(huì)發(fā)現(xiàn)一般來(lái)說(shuō)particle rendering算圖比較快, 需要相當(dāng)多數(shù)量的粒子才能維持跟voxel rendering一樣的密度. 某些情況下voxel rendering即便是用了較少的粒子, 還是能達(dá)到跟particle rendering一樣的算圖效果.