基于VRay 渲染的圖像清晰效果技法探析

俞進福

（閩江學院美術學院，福建福州 350108）

0 引言

在視覺藝術中，客觀世界物體的再現是通過準確表現物體的質感而獲得的。利用計算機三維軟件制作效果圖的過程就是模擬現實的過程，除了要模擬客觀世界的光影還要模擬客觀世界的物體，這一過程結果是由計算機屏幕呈現出來，通過視覺即可感知物體的質感。渲染計算的結果即是表現出光與物體的質感，如何控制好效果表現的圖像質量是使用VRay 渲染時所追求的目標。

1 渲染器的采樣渲染概述

渲染，簡單來說就是計算機把三維場景模型通過方程算法繪制成屏幕上可以顯示的二維圖像的過程。而如何顯示二維圖像就是采樣，采樣的實質就是要用多少點來描述一幅圖像，這個點就是構成屏幕上圖像的最小顯示單位，被稱為“像素”的染色點，也即通常被視為圖像最小的完整采樣，這樣的采樣結果決定了圖像的成像質量（圖像分辨率）。

1.1 VRay 圖像采樣

VRay 是一款目前世界上為數不多的高質量渲染軟件之一，VRay 圖像渲染使用的是數字圖像的成像原理，通過VRay 引擎射線采樣成像的像素點，生成最終圖像。由計算機圖形學知道，在VRay 渲染器里采用“超級采樣”算法，即對一個像素做多次取樣來解決圖像顯示問題，以此增加圖形像素的密度來改善圖像成像質量，這種以“超級采樣”的取樣方式所獲得圖形會更接近真實的圖形。

1.1.1 VRay 圖像采樣器

在VRay 渲染器里，圖像的生成由VRay 的Image sampler（Antialiasing）圖像采樣器（抗鋸齒）卷展欄來控制，包括圖像采樣和圖像抗鋸齒兩個功能，如圖1 所示。

1.1.2 圖像采樣方式

圖1 圖像采樣器抗鋸齒參數設置

VRay 圖像的生成是經過像素的采樣過程進行，VRay 的圖像采樣器提供不同的采樣方式，分別是Fixed（固定比率采樣器）、Adaptive DMC（自適應 DMC 采樣器）、Adaptive subdivision（自適應細分采樣器），如圖2 所示。

圖2 圖像采樣器設置

Fixed 是最簡單的采樣方式，它對每個像素采用固定的采樣值且只有一個細分值參數用來控制圖像采樣精度。Adaptive DMC會根據每個像素及其相鄰像素亮度差異而取不同的采樣本數量，由最小細分值和最大細分值控制，最小細分定義每個像素所使用樣本的最小數量，控制圖像整體的采樣質量，包括圖像細節和非細節處的采樣；最大細分定義每個像素采樣本的最大數量，控制圖像細節處的采樣質量，較大的細分值能讓物體的邊緣處理更圓滑圖像效果更好。Adaptivesu bdivision 有兩個主要控制參數即最小比率和最大比率，分別控制圖像非細節處和細節處的采樣本數量，是以像素為單位進行采樣的，其數值用來確定多少個像素取一個采樣。最小比率值一般為零到負值，當值為0 時每1 個像素取用一個樣本，當值為-1 時每4 個像素取用一個樣本，當值為-2 時每8 個像素取用一個樣本，以此類推；最大比率值控制著圖像的細節處采樣，當值為0 時每個像素取用1 個樣本，當值為1 時每個像素取用4 個樣本，當值為2 時每個像素取用8個樣本，以此類推。較大的最大比率值意味著對圖像細節處的采樣更精確，在這細節處的著色像素更多，體現在模型物體的紋理像素密度高，質感更強邊緣處理更圓滑，整體圖像效果更好，當然所花費的渲染時間會更長，這需要保持時間和質量的平衡，搭配好比率數值與出圖的尺寸。

與Adaptive DMC 相比，Adaptivesu bdivision 可控制圖像的非細節處不需要較高的采樣質量，這兩者圖像采樣器都能根據場景物體的分布、材質的屬性特征設定及貼圖的紋理效果結合物體的曲面與平面來分析物體哪里是需要更多采樣的細節處，哪里是不需要過多采樣本的非細節處以實現“自適應”。

1.2 圖像抗鋸齒

數字圖像是以像素為基本單位組成的，屏幕放大看呈方塊狀，物體斜線邊緣呈現鋸齒狀，將此現象進行處理即所謂的“抗鋸齒”，就是VRay 對成像的圖像邊緣進行柔化處理，使圖像邊緣更平滑，雖然更接近于渲染出的實物邊緣平滑的形狀，但顯而易見的是物體邊緣是模糊的。

1.3 抗鋸齒過濾器的作用

Antialiasing filter（抗鋸齒過濾器）是配合圖像采樣使用的，其作用是對圖像紋理和物體邊緣進行柔化處理，選擇不同的抗鋸齒過濾器可以使渲染出來的圖像變得更模糊或者更清晰，如圖2所示，選擇不同的抗鋸齒類型會影響渲染計算的時間，還會最終影響渲染出圖像的清晰效果。

2 得到清晰圖像質量效果的方法

2.1 影響圖像質量因素

渲染出高質量的圖像效果在VRay 是一個綜合設置的過程，影響圖像清晰的因素有以下幾個方面：

（1）合理設置材質/紋理貼圖，其中物體材質的模糊反射/折射效果其細分值須設置在合理范圍內以減少該材質造成的雜斑點，另外，貼圖文件的分辨率及貼圖方式也會影響圖像效果；

（2）渲染器的GI（全局光照）設置，以GI 搭配Irradiance map+Light cache 為例，提高GI 渲染質量須使Irradiance map、Light cache、DMC Sampler 及燈光的細分值等參數達到一定要求；

（3）渲染器的抗鋸齒參數設置，得到清晰圖像效果的最關鍵因素是抗鋸齒的合理設置，它可以讓物體的形狀及畫面的顏色變化得到準確描述；

（4）渲染效果圖的保存格式，文件不宜壓縮過甚以致丟失物體細節的描述；

（5）進行Photoshop 后期處理，進一步增強圖像清晰效果。

2.2 圖像采樣器的選擇

在VRay 渲染器中，渲染計算的過程分兩階段進行，首先由GI 采樣保證制作場景的光影精確度，然后才是圖像采樣（包括物體輪廓、紋理貼圖），以二維圖像方式渲染出效果圖像。這兩階段分別由渲染器不同的卷展欄參數設置控制計算質量。本文主要探討第二階段控制圖像清晰度的主要參數圖像采樣。

（1）Fixed（固定比率采樣器）：可得到質量非常高的圖像效果，但因每個像素采樣精度是一樣的，無自適應功能，對大面積的平面區域也須耗大量時間計算且效果不突出，故實際應用中較少采用。

（2）Adaptive DMC（自適應DMC 采樣器）：可自動分析場景曲面分布細節處采用不同的樣本精度，適用于具有大量曲面物體、較多模糊反射/折射效果，可取得渲染時間和質量的最佳平衡。

（3）Adaptivesu bdivision（自適應細分采樣器）：適用于較簡單的材質制作效果的場景渲染，可使用較少的樣本達到上述采樣器使用較多樣本才能達到的圖像質量，但在更多的曲面場景或存在復雜材質制作下渲染時間更長。

2.3 圖像清晰效果的平衡設置實例

在室內效果表現中，一般會有表現多種材質屬性的制作效果，使用Adaptive DMC 采樣器能在較短時間內渲染出效果較好的圖像。

下面以調置具有木紋理的材質物體為例，多方平衡設置參數取得清晰的圖像效果，如圖3 所示。

圖3 提高渲染圖像清晰度效果示例

（1）材質的模糊度設置

對于制作場景中物體的材質和紋理貼圖的設置方面，以圖中椅子材質顯示，椅子使用木紋理貼圖，設置其反射亮度為20（見圖4）以使木板面有微弱的反射效果，模糊反射（即圖中反射光澤度）為0.85，讓椅面反射周邊的景物不甚清晰但又顯現光澤度，細分值12，以減少該材質表面上的雜點。為讓木材紋理清晰，需要設置木紋理的貼圖參數（見圖5），參數圖中的“模糊”值控制貼圖的清晰度，該值越大紋理越模糊，默認值為1，當把該值設置較小值時貼圖紋理會按原圖的分辨率保持固有的清晰度。在大多數情況下紋理貼圖值可設置為0.01，這樣可以獲得清晰的紋理效果。

圖4 椅子材質制作

圖5 椅子貼圖紋理清晰度設置

（2）抗鋸齒參數設置

抗鋸齒參數的設置是得到清晰圖像效果的最關鍵步驟，使用VRay 渲染器里GI 參數控制的是場景光影的準確度，而抗鋸齒參數控制的是圖像的準確度。如圖1 設置抗鋸齒參數使用自適應DMC 圖像采樣器類型，可兼顧渲染時間和質量的平衡；采用的過濾器為“Catmull-Rom”類型，可花費較少的計算時間便可得到清晰的圖像效果，如果想追求更高質量的紋理效果可把“最大細分”值設高為6，一般保持為4。

3 結語

運用VRay 渲染器制作出高質量的圖像效果是一個綜合設置的過程。將GI 光影計算、材質/貼圖設置、抗鋸齒參數設置、后期的圖像格式選擇、銳化處理等環節合理配合，才能得到滿意的效果。高質量的3D 制作效果具有高清晰度的圖像，設置好圖像的紋理模糊度、圖像采樣器是關鍵，加大抗鋸齒的設置值可解決材質造成的圖像清晰度問題。