Уменьшение шума

При выполнении окончательной визуализации важно как можно сильнее уменьшить. Здесь мы обсудим ряд хитростей, которые, хотя и нарушают законы физики, особенно важны при визуализации анимации за разумный период времени. Нажимайте на миниатюры для увеличения изображений, чтобы как следует рассмотреть различия в количестве шумов.

Трассировка путей

Cycles использует трассировку путей с последующей оценкой событий, которая не очень хорошо подходит для визуализации всех видов световых эффектов, например, каустик, но имеет преимущество в том, что в состоянии визуализировать более детальные и большие сцены по сравнению с некоторыми другими алгоритмами визуализации. Это происходит потому, что нам не нужно, например, хранить в памяти фотонную карту, а так же потому, что мы можем сохранять лучи относительно когерентными для использования в кэше изображений по требованию, по сравнению с, например, двунаправленной трассировкой пути.

../../../_images/render_cycles_settings_scene_render_light-paths_rays.svg

Мы работаем по противоположному, по сравнению с реальностью, пути, отслеживая световые лучи, испущенные из камеры в сцену и на источники света, а не от источников света в сцену, а затем в камеру. Этот подход имеет то преимущество, что мы не испускаем световые лучи, которые в конечном итоге не попадут в камеру, но это также означает, что довольно трудно определить такие световые пути, которые дают наибольший вклад в освещение. Световые лучи будут посылаться либо в соответствии с BRDF поверхности, либо в направлении известных источников света (лампы, излучающие полисетки с выборками как от ламп).

См.также

For more details, see the Light Paths and Integrator documentation.

Почему возникает шум

To understand where noise can come from, take for example the scene below. When we trace a light ray into the location marked by the white circle on a red dot, the second image below gives an impression of what the diffuse shader «sees».

To find the light that is reflected from this surface, we need to find the average color from all these pixels. Note the glossy highlight on the sphere, and the bright spot the lamp casts on the nearby wall. These hotspots are 100x brighter than other parts of the image and will contribute significantly to the lighting of this pixel.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye-reference.jpg

The scene.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye.jpg

Irradiance at the shading point.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye-hotspot.jpg

The detected highlights.

The lamp is a known light source, so its location is already known, but the glossy highlight(s) that it causes are a different matter. The best we can do with path tracing is to distribute light rays randomly over the hemisphere, hoping to find all the important bright spots. If for some pixels we miss some bright spot, but we do find it for another, that results in noise. The more samples we take, the higher the probability that we cover all the important sources of light.

With some tricks we can reduce this noise. If we blur the bright spots, they become bigger and less intense, making them easier to find and less noisy. This will not give the same exact result, but often it’s close enough when viewed through a diffuse or soft glossy reflection. Below is an example of using Glossy Filter and Light Falloff.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye-blur-reference.jpg

Using Glossy Filter & Light Falloff.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye-blur.jpg

Irradiance at the shading point.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_fisheye-blur-hotspot.jpg

The detected highlights.

Отскоки

In reality light will bounce a huge number of times due to the speed of light being very high. In practice more bounces will introduce more noise, and it might be good to use something like the Limited Global Illumination preset in the Light Paths Section that uses fewer bounces for different shader types. Diffuse surfaces typically can get away with fewer bounces, while glossy surfaces need a few more, and transmission shaders such as glass usually need the most.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_0bounce.jpg

No bounces.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_2bounce.jpg

Two bounces at max.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_4bounce.jpg

Four bounces at max.

Также важно не использовать в шейдерах цвета, чьи компоненты содержат значения 1.0 или близкие к ним; пытайтесь держать максимальное значение в районе 0.8 или меньше и сделать ваши источники света ярче. В действительности, поверхности редко полностью отражает весь свет, но есть, конечно, исключения; как правило, через стекло проходит больше света, поэтому для него нужно больше отскоков. Высокие значения для цветовых компонентов, как правило, вносят шум, поскольку при отскоках от каждой поерхности интенсивность света уменьшается не сильно.

Каустики и фильтр глянца

Caustics are a well-known source of noise, causing fireflies. They happen because the renderer has difficulty finding specular highlights viewed through a soft glossy or diffuse reflection. There is a No Caustics option to disable glossy behind a diffuse reflection entirely. Many renderers will typically disable caustics by default.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_reference.jpg

Default settings.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_no-caustics.jpg

Caustics disabled.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_filter-glossy.jpg

Filter Glossy greater than zero.

Однако, использование параметра Без каустик ведёт к потере света, кроме того, он не покрывает случай, когда резкое глянцевое отражение рассматривается сквозь мягкое глянцевое отражение. Существует параметр Фильтр глянца, уменьшающий шум в таких случаях за счёт точности. Он размывает резкое глянцевое отражение, чтобы его было проще найти, увеличивая Шероховатость шейдера.

Изображения выше показывают разницу между настройками по умолчанию, с отключёнными каустиками и с фильтром глянца, установленным в 1.0.

Спад света

В реальности интенсивность света в вакууме спадает со скоростью 1/(расстояние^2). Однако, если расстояние стремится к нулю, эта величина стремится к бесконечности, и мы можем получить очень яркие пятна на изображении. В основном это проблема для непрямого освещения, у которого вероятность попадания в небольшое, но очень яркое пятно довольно низка и оно случается редко. Это типичный способ возникновения светлячков.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_falloff-hard.jpg

Hard Falloff.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_falloff-soft.jpg

Soft Falloff.

Для уменьшения данной проблемы узел Спад света имеет параметр Гладко, который может использоваться для уменьшения максимальной интенсивности света, который вносят ближайшие поерхности. Изображения выше показывают разницу между спадом по умолчанию и сглаживанием со значением 1.0.

Multiple Importance Sampling

Materials with emission shaders can be configured to use Multiple Importance Sampling (Настройки материала). This means that they will get rays sent directly towards them, rather than ending up there based on rays randomly bouncing around. For very bright mesh light sources, this can reduce noise significantly. However, when the emission is not particularly bright, this will take samples away from other brighter light sources for which it is important to find them this way.

The optimal setting here is difficult to guess; it may be a matter of trial and error, but often it is clear that a somewhat glowing object may be only contributing light locally, while a mesh light used as a lamp would need this option enabled. Here is an example where the emissive spheres contribute little to the lighting, and the image renders with slightly less noise by disabling Multiple Importance on them.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_sample-lamp.jpg

Multiple Importance off.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_no-sample-lamp.jpg

Multiple Importance on.

The world background also has a Multiple Importance (Параметры) option. This is mostly useful for environment maps that have small bright spots in them, rather than being smooth. This option will then, in a preprocess, determine the bright spots, and send light rays directly towards them. Again, enabling this option may take samples away from more important light sources if it is not needed.

Стекло и прозрачные тени

При отключении каустик стеклу будет не хватать теней, а с фильтром глянца они могут быть слишком мягкими. Мы можем сделать шейдер шейдер, который будет использовать шейдер «BSDF стекла», если смотреть прямо на него, и шейдер «Прозрачный BSDF», если смотреть через отражение. Шейдер «Прозрачный BSDF» может использоваться для прозрачных теней, чтобы находить источники света прямо через поверхности, и даст правильные цветные тени, но без каустик. Для определения того, когда какой шейдер использовать, используется узел «Путь света».

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_glass-group.png

Оптимизированный шейдер стекла

Выше вы можете видеть дерево узлов, используемое для хитрости с прозрачностью стекла; на левой визуализации присутствует слишком много тени, поскольку нет каустик, на правой визуализации используется данная хитрость.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_glass-too-much-shadow.jpg

Default Glas BSDF.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_glass-trick.jpg

Optimized Glass Shader.

Световые порталы

When rendering a daylight indoor scene where most of the light is coming in through a window or door opening, it is difficult for the integrator to find its way to them. To fix this, use Light Portals, these work by adding an Area Lamp. You then will need to modify its shape to match that of the opening that you are trying to fill.

../../../_images/render_cycles_lamps_portals2.jpg
../../../_images/render_cycles_lamps_portals.jpg

Denoising

Even with all the settings described above there will always end up being some render noise no matter how many samples you use. To fix this there is a post-processing technique to cleanup the final bit of noise. To use this enable Denoising in the Render Layers tab of the Properties editor.

Below is an example render by The Pixelary.

../../../_images/render_cycles_settings_scene_render-layers_denoising_example1.jpg

Example render before denoising.

../../../_images/render_cycles_settings_scene_render-layers_denoising_example2.jpg

Example render after denoising.

Подавление светлячков

В идеале, используя все предыдущие уловки, светлячки будут устранены, однако они всё ещё могут возникнуть. Чтобы справиться с ними, интенсивность любого светового луча, вносящего вклад в освещение пикселя, может быть ограничена максимальным значением настройками интегратора.

Если параметр установлен в слишком низкое значение, это может привести к отсутствию бликов на изображении, которые могут быть полезны для сохранения эффектов камеры, таких как засветка или блики. Чтобы смягчить это противоречие, часто бывает полезно ограничивать только непрямые отскоки, оставляя нетронутыми блики, непосредственно видимые камерой.

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_no-clamp.jpg

No Clamp (0).

../../../_images/render_cycles_optimizations_reducing-noise_clamp4.jpg

With Clamp set to 4.