Vred渲染技術(shù)在汽車設(shè)計中的應(yīng)用

黃太強(qiáng) 陳燕南 胡美齡 鄧夢詩

東風(fēng)商用車有限公司技術(shù)中心 湖北省武漢市 430056

1 引言

在汽車渲染設(shè)計行業(yè)里，當(dāng)前主流渲染軟件有三個：RTT DeltaGen、Autodesk Showcase、Autodesk Vred。RTT DeltaGen原是由德國供應(yīng)商RTT開發(fā)的虛擬現(xiàn)實軟件，后被達(dá)索系統(tǒng)收購，作為達(dá)索系統(tǒng)3Dexperience平臺下的可視化解決方案使用；RTT功能強(qiáng)大，使用方便，視覺質(zhì)量極其優(yōu)異，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備能力十分出眾，但明顯的缺點(diǎn)是對硬件需求極高，價格昂貴，只適用于高端行業(yè)用戶。Autodesk Showcase是由行業(yè)著名的設(shè)計軟件Autodesk開發(fā)的虛擬現(xiàn)實軟件，常常與Alias軟件相結(jié)合，為客戶提供可視化解決方案；其特點(diǎn)是歷史悠久、功能完善、易于使用和對硬件要求低，但是視覺質(zhì)量和產(chǎn)品性能較差。Autodesk Vred原是由德國供應(yīng)商PI-VR開發(fā)的優(yōu)秀虛擬現(xiàn)實軟件，后來被Autodesk收購，作為Showcase的替代方案，參與汽車可視化市場競爭；Vred不但功能豐富、上手簡單、數(shù)據(jù)交換能力出眾，而且對硬件要求適中，是該領(lǐng)域十分有力的競爭者。本文就以邁凱輪P1為例，概述Vred在汽車設(shè)計中的應(yīng)用。

2 Vred汽車渲染設(shè)計流程

作為Autodesk旗下著名的汽車渲染軟件，跟被替代的Showcase一樣，Vred常常與Alias相結(jié)合，通過圖1所示工作流程共同完成汽車渲染設(shè)計。

3 Vred渲染技術(shù)在邁凱倫P1上的應(yīng)用

3.1 在Alias中對P1數(shù)據(jù)劃分圖層

可以按照材質(zhì)劃分，亦可按照零件劃分。按照材質(zhì)劃分便于為對象添加材質(zhì)，但當(dāng)相同材質(zhì)內(nèi)的對象涉及運(yùn)動特效時，按材質(zhì)劃分方式的缺陷就顯示了出來。例如車子前后左右四個輪胎，若按材質(zhì)劃分那么這四個輪胎就在同一個圖層內(nèi)，在Vred中按圖層選擇時四個輪胎就是一個整體，其幾何中心是這四個輪胎整體所在長方體的幾何中心，而非四個輪胎各自的幾何中心，在添加運(yùn)動特效后，四個輪子因幾何中心的錯誤而不能按照正確的軌跡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。若按照零件進(jìn)行劃分，雖然可以避免類似車輪運(yùn)動特效的問題，但因整車上共享同一種材質(zhì)的零件過多，在Vred中選擇起來略顯麻煩。當(dāng)然Vred軟件本身也具有將對象在圖層內(nèi)移動，將圖層拆分重組的功能，但相比而言Alias的這些操作更為方便。通常情況下，我們會結(jié)合材質(zhì)劃分和零件劃分的優(yōu)缺點(diǎn)，將不參與運(yùn)動的零件按照材質(zhì)劃分，把參與運(yùn)動的零件按照零件單獨(dú)劃分出來。

圖1 工作流程

3.2 將P1數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vred軟件

因Vred具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交換功能，另一方面與Alias又同屬于Autodesk公司旗下設(shè)計軟件，所以可以直接將P1的Alias數(shù)據(jù)拖入Vred軟件中。拖入后會彈出圖2所示“導(dǎo)入選項”對話框，“細(xì)分”卷展欄保持默認(rèn)設(shè)置，“場景”卷展欄設(shè)置如圖2所示。勾選“原點(diǎn)中心”，導(dǎo)入的模型就會被放置在坐標(biāo)原點(diǎn)上；勾選“放置在地面上”，模型中最低點(diǎn)的車輪就會與地面相接觸；勾選“調(diào)整對象尺寸”，拖動進(jìn)度條，軟件就可以根據(jù)導(dǎo)入對象所屬大小類別（例如手機(jī)、汽車、飛機(jī)等）自動縮放對象，使對象以合適的大小在環(huán)境中顯示。如果導(dǎo)入的對象沒有原始材質(zhì)，可能會使渲染窗口顯示為死黑一片，此時激活頭燈即可，但在布光和渲染過程中要關(guān)閉頭燈。

圖2 導(dǎo)入選項對話框

3.3 場景優(yōu)化

當(dāng)整車數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，使用鼠標(biāo)左鍵旋轉(zhuǎn)視口會發(fā)現(xiàn)，電腦系統(tǒng)的響應(yīng)速度特別得慢，這時我們就需要對場景進(jìn)行優(yōu)化。在菜單欄中執(zhí)行文件＞優(yōu)化場景，彈出圖3所示“優(yōu)化場景”對話框，選擇“優(yōu)化幾何體”，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。

圖3 優(yōu)化場景對話框

3.4 保存Vred初始文件

其他格式的文件雖然可以被Vred軟件打開，但是所需要的時間較長，為了便于下次打開，通常會對初始文件進(jìn)行保存。點(diǎn)擊“文件”，在下拉菜單中點(diǎn)擊“保存”即可。

3.5 統(tǒng)一法線

法線是指垂直于物體表面的向量，在Vred軟件中，法線分兩種，面法線和頂點(diǎn)法線。通常情況下，除場景中的天空外，其他對象的法線都要求方向朝外，在法線診斷模式中以綠色呈現(xiàn)，其他顏色表示相應(yīng)對象法線錯誤。

在Vred中，法線的統(tǒng)一分兩步。首先執(zhí)行可視化＞頂點(diǎn)/面法線渲染，進(jìn)入圖4所示法線診斷模式；然后在該模式下執(zhí)行場景 ＞幾何體編輯器，通過圖5所示“幾何體編輯器”來統(tǒng)一法線。通常情況下，藍(lán)色表示面和頂點(diǎn)的法線均朝內(nèi)，點(diǎn)擊“面和頂點(diǎn)”即可；紫色表示頂點(diǎn)法線朝內(nèi)，面法線朝外正確，點(diǎn)擊“頂點(diǎn)”即可；而金色是指面法線朝內(nèi)，頂點(diǎn)法線朝外正確，點(diǎn)擊“面/曲面”即可。最終P1以全綠形式顯示，完成法線統(tǒng)一。

3.6 回到真實渲染

材質(zhì)的添加，調(diào)整以及后期工作都是在真實渲染模式下完成的，在完成法線統(tǒng)一后需要從法線診斷模式切換到真實渲染模式下。執(zhí)行可視化 ＞真實渲染即可。

3.7 為對象添加材質(zhì)

Vred的材質(zhì)與Vray、Mental Ray等渲染器不同，它并不鼓勵用戶通過調(diào)整某些標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)（如VrayMtl、Arch&Design）來獲取所需要的效果；而是事先將各種工業(yè)表現(xiàn)用的常見材質(zhì)進(jìn)行分類整理，為不同的材質(zhì)類型設(shè)定不同的默認(rèn)效果、提供不同的特殊選項。這樣雖然會導(dǎo)致Vred材質(zhì)在深度調(diào)整上存在一定的局限，但在保證一定質(zhì)量的前提下為用戶提供了一種快速便捷的解決方案。接下來就以車漆材質(zhì)為例，為邁凱倫P1添加材質(zhì)。

圖4 法線診斷模式

執(zhí)行場景 ＞材質(zhì)編輯器，在彈出的“材質(zhì)編輯器”對話框中執(zhí)行創(chuàng)建/轉(zhuǎn)換＞創(chuàng)建材質(zhì)＞金屬車漆，在“材質(zhì)編輯器”對話框中便有了“金屬車漆”材質(zhì)；選中P1中屬于“金屬車漆”的零件，在“材質(zhì)編輯器”中右鍵“金屬車漆”，然后選擇“應(yīng)用于選定節(jié)點(diǎn)”便將該材質(zhì)賦給了相應(yīng)的零件上。調(diào)整材質(zhì)參數(shù)至圖6所示金屬車漆效果，初步完成車漆材質(zhì)賦予。同理，為P1添加碳纖維、玻璃、反光塑料等材質(zhì)，當(dāng)所有材質(zhì)添加完成后渲染觀察最終效果，如不滿足設(shè)計要求，可對材質(zhì)進(jìn)行微調(diào)，整車材質(zhì)效果如圖7所示。

3.8 為車輪添加運(yùn)動模糊特效

Vred除了可以為對象添加材質(zhì)等外，還可以模擬照相機(jī)為對象添加一些特殊效果，例如景深效果、光暈效果、運(yùn)動模糊效果等。接下來就以左前車輪為例，為車輪添加運(yùn)動模糊效果。

圖6 金屬車漆效果

圖7 整車材質(zhì)效果

圖8 變換設(shè)置

首先是對象成組，將左前輪所有參與旋轉(zhuǎn)的對象放置到一個群組里面，以便于其共享同一個旋轉(zhuǎn)中心。在保持旋轉(zhuǎn)對象被選擇的狀態(tài)下激活“變換”工具，然后在旋轉(zhuǎn)軸卷展覽通過點(diǎn)擊“移動到對象中心”設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心，在“軸”下拉選項中選擇“Y軸”確定旋轉(zhuǎn)軸，勾選“顯示軸”即可在視窗中看到一條過對象幾何中心且平行于Y軸的軸線。變換設(shè)置如圖8所示。

然后激活“剪輯”彈出“剪輯生成器”對話框；點(diǎn)擊“向?qū)А保趶棾龅摹皠赢嬒驅(qū)А睂υ捒蛑羞x擇“對象和材質(zhì)”，以便讓車輪帶著材質(zhì)一起參與運(yùn)動，點(diǎn)擊下一步后分別設(shè)置動畫“開始時間”、“結(jié)束時間”和“曲線插值模式”為“0秒”、“10秒”和“線性”，點(diǎn)擊“捕獲開始”生成動畫初始狀態(tài)，完成圖9所示初始動畫設(shè)置。再次激活“變換”工具，在“旋轉(zhuǎn)”卷展覽中設(shè)置沿Y軸旋轉(zhuǎn)1800度，那么當(dāng)前狀態(tài)就是車輪旋轉(zhuǎn)1800度后的狀態(tài)；切換到“動畫向?qū)А睂υ捒颍c(diǎn)擊“捕獲結(jié)束”生成動畫結(jié)束狀態(tài)，完成圖10所示結(jié)束動畫設(shè)置。激活“攝像機(jī)”工具彈出“攝像機(jī)編輯器”對話框，在常規(guī)設(shè)置中勾選“運(yùn)動模糊”，渲染即可得到車輪運(yùn)動模糊效果。同理為其他幾個輪子添加運(yùn)動模糊特效。

3.9 為場景添加底板和攝像機(jī)

所謂“底板”，實際上就是背景圖。在渲染階段添加背景圖，一方面可以讓渲染對象更好的融合到背景當(dāng)中，另一方面大大縮短了后期PS工作時間。長按激活“底板”，點(diǎn)擊“創(chuàng)建底板”，然后根據(jù)需要表達(dá)的主題選擇合適的圖片，完成場景底板的導(dǎo)入。調(diào)整攝像機(jī)，變換P1在場景中的位置，得到圖11所示底板融合效果。

3.10 為場景添加光源

在傳統(tǒng)圖片概念中，白紙和太陽所呈現(xiàn)出來的白色沒有什么區(qū)別，但實際上太陽的白比白紙的白要亮的多，只是傳統(tǒng)圖片無法記錄比白色更亮的顏色而已。為了解決這一問題，HDRI（高動態(tài)范圍貼圖）應(yīng)運(yùn)而生，相比傳統(tǒng)圖片，它記錄了大量的亮度和色彩信息。基于這一特點(diǎn)，Vred常常利用HDRI作為光源為場景提供光照信息。

在設(shè)計過程中，光源要根據(jù)背景圖所要表達(dá)的意境進(jìn)行選擇。例如背景圖表達(dá)的是黃昏的感覺，那么就盡量選擇這個時間點(diǎn)的HDRI；如果背景圖是城市風(fēng)光，那么HDRI就不要去選擇鄉(xiāng)村原野景色。執(zhí)行場景＞資源管理器＞環(huán)境，在預(yù)設(shè)的HDRI中選擇合適的貼圖，按住鼠標(biāo)左鍵不放拖入場景。激活“材質(zhì)”工具彈出“材質(zhì)編輯器”對話框，在“變換”卷展欄中以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)HDRI以得到正確的光照方向和合適的光照效果，具體光源變換設(shè)置如圖12所示。

圖9 初始動畫設(shè)置

圖10 結(jié)束動畫設(shè)置

圖11 底板融合效果

圖12 光源變換設(shè)置

3.11 渲染出圖

同時打開“光線追蹤”和“抗鋸齒”進(jìn)入渲染模式，若渲染出的效果存在瑕疵，可用Photoshop軟件進(jìn)行簡單處理，最終效果如圖13所示。

圖13 最終效果

4 結(jié)語

通過P1渲染，明顯感覺到Vred軟件在汽車渲染設(shè)計上的優(yōu)勢，不但功能豐富、上手簡單、數(shù)據(jù)交換能力出眾，而且對硬件要求適中，可以在確保質(zhì)量的前提下快速渲染出圖，是汽車可視化設(shè)計領(lǐng)域十分有力的競爭者。