由VRay for SketchUp参数面板说开去-8-图像采样器

文/韩世麟

图像采样器

我建议所有坚持读到这里的同学，往回找到“七”这个章节，读一下第七节的第一段话，这个章节太长了，回想一下图像采样器和间接照明采样器的关系是很重要的。

图像采样器，不严格地说又叫抗锯齿采样器，它的作用，是根据模型信息和之前所采集的光照信息，绘制出纹理清晰，表面平滑，边缘平滑的图像，它的参数平衡着渲染的时间与质量，合理的参数可以帮助你在满意的出图质量下节省时间。仅仅调节它的参数，就可以让你得到一个20秒左右的测试渲染图，或是一个30分钟的正图。

关于图像采样器，推荐大家去VeryCD搜索如下关键词：speed vs quality，会搜索到关于图像采样器的教程，甚至有中文翻译版，非常透彻。这里我只从专业应用的角度，针对建筑系同学讲一点参数上的东西。

图像采样器由两部分组成：第一部分叫图像采样器，第二部分叫抗锯齿过滤器。

图像采样器决定了抗锯齿样本的采集方式，抗锯齿过滤器决定了处理这些样本的计算方式。

抗锯齿专题

为什么要抗锯齿？

当需要在数字媒介上表现自然界物体的时候，需要抗锯齿。换个形象点的说法，假设你要在一个网格上表现一条曲线，问题就会出现了，为了表现这条曲线，如果网格上的每个点要么被填满，表明曲线的存在，要么是空白，表示曲线没有通过这个格子，不允许有部分被填满的格子（因为每个格子已经是最小单位了），那显然这条线不是“曲”的，整条线会像贪吃蛇一样，是由一个个方块拼凑的。为了使计算机屏幕上所显示的曲线是平滑的，抗锯齿算法引入了灰色的格子，根据曲线在这个格子中存在的权重，决定这个格子是倾向黑还是倾向白。这样一来，从足够远的地方看，或格子足够小的话，我们就会在数字媒介上，看到平滑的曲线。Windows最经典的画图软件没有抗锯齿的功能，它所绘制的曲线边缘是锯齿状的，大家可以自己看一下。而photoshop在4.0版本以后引入了抗锯齿算法（请注意是4.0而不是CS4）。

在PS中，圆形的边缘是有灰阶的，在100%视图下，看起来是平滑的边缘。

甚至，抗锯齿不仅仅表现在边缘，还表现在表面，比如在现实世界中一盏灯在一个单色表面造成的退晕效果，绘画中一笔由浓到淡的笔触，都应当是连续的，而在数字媒介中表达的时候，则必须用特定的颜色值去赋予表面的每一个点，数值不可能是连续的，但是足够细致的颜色色阶细分数可以模拟连续的色彩，这就是为什么显示器设定有8位色（2的8次方，256色），16位色（65536色），24位色（达到人眼分辨极限），32位色。

在vray渲染中，根据之前所得到的光采样数据，在图像采样器中进行抗锯齿采样，并通过抗锯齿过滤器的算法表达出来，这就是图像采样器的工作流程了，抗锯齿采样越精细，边缘就越平滑，表面也越平整，颜色过渡也越自然，噪点和瑕疵就越少。当然时间也就越长了。

下面来看第一个图像采样器，固定比率：

固定比率只需要调整一个值，就是它的细分，默认细分为1，1的意思是说，vray在确定图面的每一个像素的颜色时，会参考1个样本。此时的出图质量会非常差，瑕疵，锯齿都会非常明显，曲线边缘的效果和windows画图一样，没有抗锯齿计算（因为没有更多参考数据），但是由于几乎没有进行采样计算，所以出图会非常非常的快，并且，此时场景的光感是与正图无异的，因此，在调整灯光的时候，它就是标准的测试参数了。如果调高参数的话，比如调为4，就意味着每绘制一个像素，要参考这个像素周围4的平方个样本，也就是16个样本，此时你会开始看到物体边缘的平滑效果，此时勾选下面的抗锯齿过滤器，调整不同的计算公式，将会看到不同的抗锯齿效果，想达到正图参数的话，一般要设置细分为16。此时每一个像素的颜色都会被256个样本共同决定，这就是固定比率的意思：“每一个像素的样本比率是固定的，每个点都一样的精度”。 用这个采样器出正图会非常非常慢，因为计算量过大了。

这个采样器一般就用来测试渲染，细分1即可。

到这里大家可能会想到，没必要每个点都采这么多样本啊，和光采样一样，更多的采样只集中在细节，对于平整的表面进行更少的采样，多好呢。

后面的两个图像采样器都有一定的自适应性，它们会根据像素的重要程度来安排不同的采样精度，达到高效的样本采集。

这是自适应DMC采样器：

这里就通过最小细分和最大细分来给采样器设定一个精度范围，噪波阈值控制噪点之间的色阶差，这个色阶差越小，颜色的过度就越平滑，关于噪波阈值我想用一个不太精确的图来说明：

噪波阈值限制了图面的每两个像素之间最大的色阶差，这个值越大，两个点之间的色差就越大，值越小，点与点之间颜色的过渡就越平滑。一般来说，正图的噪波阈值在0.01-0.005左右，但是这样的话会计算得很慢。

所以噪波阈值决定了图面的精致标准，即“我希望图面有多精细”（请注意这只是一个希望）

但是最大细分则决定了封顶的精度，即“我实际上最多能有多精细”。

那么在出图的时候，有两种情况：

噪波阈值设得很小（高质量参数）比如，0.001，但是最大细分只有4，那么即使是在最细节的部分，最多也就计算到4的精度就停止了，0.001形同虚设而已，这么少的样本根本达不到这么精细的目标。图面会比较粗糙，计算时间也会比较短。
最大细分很高了，比如16，但噪波阈值只有0.1，最后的结果估计和最大细分4差不了太多，因为两个相邻像素点的色差一达到0.1，用户就满意了，计算停止，更高的采样根本形同虚设。
总之就是这两个参数都控制计算的停止，要么达到噪波阈值，要么达到最大细分。所以给出一套合理的经验值就比较重要了。事实上默认参数最小细分1，最大细分16，噪波阈值0.01，已经是正图参数了，如果你想设定的更高，请使用最大细分24，噪波阈值0.005。

另外说到它的自适应性，在vray中，在计算一个像素时先判断其重要性，距离镜头越远的像素，和越暗地方的像素，重要性越低，在计算时就会越趋于采用最小细分，离镜头越近，越明亮的地方的像素，就越接近最大细分，通常来讲使用这种自适应的计算方式，与固定比率相比，达到同样的效果，时间能节省一半或更多（因场景而异）。

这个自适应DMC采样器非常适合场景材质光影复杂，模糊效果多的场景（因为在vray中所有的模糊效果都是由DMC引擎产生的，所以它在处理模糊数据时非常高效）。

下面来看第三个图像采样器：自适应细分

这个采样器的思路不同于之前的两个，它是唯一一个允许不足采样的图像采样器，这种采样方式在处理细节少，表面平整的场景时有极大的效率优势，它的绘图方式是，通过对图面的自适应性采样，在模型的边界，缝隙，转角，贴图处使用过采样（over sampling），在平整光滑的表面，使用不足采样（under sampling）。可以看到它的参数由比率控制，比率不同于细分，它是一个以4为底的指数，最小比率-1的意思就是，在平面处，使用4的-1次方的采样精度，等于1/4，也就是4个像素共用一个样本，在细节处使用最大比率2，也就是4的2次方，每个像素16个样本。它的特点是在不足采样的地方，必须使用插补计算的方法编造出连续的色彩数据，优点是平面颜色过渡会非常完美，但是同时就有可能失去细节，比如我渲染一张网格，如果最大和最小比率全部都是-1的话，结果就像下面这样，可以看到较远的地方的直线全部变成虚线的感觉了，这是因为采样时并没有采到那个位置，那个位置本来有线的，但是在绘制的时候根据周围的面，就编造了那个地方是面。

这时候把最大比率调回2，就可以得到很不错的结果：

通常来讲，这个采样器使用默认值：最小比率-1，最大比率2，就可以认为是正图参数了，更进一步的话，可以采用0，3的组合。

这个采样器倾向于把表面“抹平”，它适于有大量平整表面的模型，贴图也不要很多，否则就没有效率了。它是渲染体块分析图的利器，速度快，表面会非常平滑，颜色过渡也会很完美。

最后说一下抗锯齿过滤器，一般出正图时都会使用Catmull Rom，在大多数情况下，它会获得最清晰锐利的边缘，但是当场景中有明亮的自发光材质，毛发，或密集网格时，很容易造成这些细节的边缘过于夸张而走样。

Area算法大小可以在1.5-0.5之间调整，数值越大越平滑，越小越锐利。

以下三个的说明从网络摘抄：

Box（方形）类型的过滤是在过滤区域内使用均等的权重把采样叠加在一起，在这些过滤方法中，Box是最快的，它的数值最好设置为1.0。

Triangle（三角）类型的过滤使用了线性的曲线来影响像素，这样在采样区的边沿很少会发生过滤现象。Triangle过滤的数值最好设置为2.0。

Lanczos类型的过滤使用了窄钟状曲线，这种曲线可以在采样区域的边沿产生负值，它的数值最好设置为4.0。

总之，正图时别忘了开这个抗锯齿。测试时开不开对速度影响不大。

八，专题：渲小图，出大图

渲小图出大图是在制作建筑表现图时非常常用手法，因为建筑表现图通常需要较大的分辨率，但是其实对于材质以及光影并不需要达到逼真的级别，对很多建筑人来说，图大而清晰就行了。

而且在建筑出图的时候，往往要渲染4000甚至6000分辨率的图，这样的一张图，在前期进行光采样时，一定会花费非常非常多的时间（对于笔记本电脑来说可能是好几个小时），内存也不一定够用。

渲小图出大图的思路就是，把光采样和图像采样的过程分离，用一张小图采集的光数据，提供给大图进行图像采样。

操作步骤如下，首先打开全局开关：

勾选不渲染最终图像，这样一来，点击渲染之后，只会计算光照数据而不会进行图像抗锯齿采样。

然后在输出面板中选择光采样的图幅大小，原则是边长大约在正图的三分之一到四分之一左右，长宽比与正图一致。比如我要出4000X3000的正图，那么光采样图幅就大约1600X1200，1200X900也可以。

然后设置间接照明引擎，必须是发光贴图+灯光缓冲的组合，发光贴图设置正图参数：最小比率-3，最大比率0，半球细分50，插补样本35（室内的话请相应提高）。

灯光缓冲细分800-1000，有需要的话请把取样大小改为0.01。

点击渲染，vray会开始计算光样本。当计算完毕后，打开发光贴图卷展栏，拖动右边的滑条往下看：

点击保存，选择一个英文路径，并起一个英文文件名，这时会有一个后缀为vrmap的文件被保存，这个文件就是发光贴图数据。我一般会存在D盘根目录下，并且以数字或拼音命名。

同样的进入灯光缓冲卷展栏，向下拖动，点击保存

也存在英文路径下，起一个英文名，这时会生成一个后缀为vrlmap的文件，这个文件就是灯光缓冲的数据。

光数据采集完并保存好了，我们就可以出正图了。

首先，取消不渲染最终图像的勾选。

在输出中设置正图的长宽：

设置图像采样器为正图参数：

或者：

然后我们要使vray不再重新计算该分辨率下的光照（4000X3000），而是直接调用1600X1200的光照文件。

打开发光贴图卷展栏，往下拖动

数据模式由“单帧”（Single Frame）改成“从文件”（From File），点击浏览（Browse），选择刚才保存的发光贴图数据（*.vrmap）

同样打开灯光缓冲卷展栏，往下拖动

数据模式同样由“单帧”（Single Frame）改成“从文件”（From File），点击浏览（Browse），选择刚才保存的灯光缓冲数据（*.vrlmap）。

至此，设置完毕，点击渲染会看到vray直接跳过光采样过程开始出正图。使用本方法，光影会在细腻程度上有一些损失，但是图面的清晰程度非常高，非常节省渲染时间。

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