YafaRay 0.1.1 : 用光子映射圖(photon map)來評估 Photon Mapping 的設定

使用 YafaRay 的光子映射(Photon Mapping)來為模型著色時，如何適當地設定光子部份的參數如：光子數(Photons)、光子反射次數(Depth)、搜尋半徑(Diff. radius)、光子搜尋數量(Search)，不是件容易的事。本文介紹用光子映射圖(photon map)來評估光子映射的設定是否適當。

在開始討論之前，首先要注意一個建模的問題。由 YafaRay 社群夥伴分享的經驗：牆必須要有厚度，而不只是一個面；且搜尋區域的直徑(搜尋半徑x2)必須小於牆厚，否則牆角或交接處會可能有漏光的情形。光子映射的搜尋半徑單位是 Blender 單位(BU)。本文使用的測試模型的牆、版厚是 0.2 BU。在下面的兩張圖裡，第一張圖的搜尋半徑是 1 BU、第二張圖的搜尋半徑是 0.1 BU；明顯地在第一張圖右側牆面和左側牆面、及右側牆面和天花板的交界處有漏光的情形。因此一開始，我們可以根據模型的牆厚，作為設定搜尋半徑的基準。




到 YafaRay 的 Settings 面板，著色方法選 Photon mapping (1)。啟用 [Final gather](2)和 [Show map](3)按鈕，其他的設定維持預設值，如下圖。



開啟 [Show map] 可以讓我們用光子映射圖來評估各項參數的設定是否恰當，著色之後的結果如下圖。我們可以看到有很多的光斑，這就是 YafaRay 用搜尋半徑和搜尋數目這兩個參數計算出來場景中的光子密度分佈。此外，在右側牆面和左側牆面、及右側牆面和天花板的交界處，這是沒有光源直接照射的地方，但卻出現白色色塊，這表示極可能會有漏光的情形發生，如本文開頭的第一張圖。



解決上圖問題的方法是減少搜尋半徑。因為測試模型的牆、版厚是 0.2 BU，所以把搜尋半徑改為 0.1，結果如下圖 。白色區域消失了，但在光斑間有一些黑色的區域，這表示 YafaRay 在這些區域裡找不到光子。



改善上圖的方法之一是提高光子數。下圖是把光子數提高一倍的結果。

 

上圖的黑色區域明顯變少。消去黑色區域的另一個方法是提高反射次數(Depth)。下圖是把反射次數提高為 10 的結果，只剩下少數黑色區域。反射次數是一顆光子在場景中撞到物件反彈的次數，反射次數愈多代表光子能到達更多的表面，而提高場景中的光子密度，也使著色結果更為明亮。



根據 Raytracing roundup with YafaRay 這份解說，調整光子搜尋數量(Search)的目的是要讓相鄰光斑間的顏色變化更為平順(coherent)。但在本例中並未出現明顯差異，且有時改變後反而使黑色區域增多。因此最後成果搜尋數量維持 100。以下第一張圖是最後成果的光子映射圖，第二張圖是著色成果。





小結：

• 根據場景模型的尺寸來決定搜尋半徑，牆厚是一個很好的基準；
• 如果光子映射圖中光源沒有直接照射的部份出現白色色塊，降低搜尋半徑；
• 降低搜尋半徑後可能會出現黑色不連續色塊，黑色色塊表示該區域沒有光子，可用增加光子數或提高反射次數來提高光子在空間中的密度；
• 調整光子搜尋數量讓相鄰光斑間的顏色變化更為平順。

YafaRay 學習筆記

References:

• Raytracing roundup with YafaRay, PDF