ハイブリッドレンダリング / MC/IC Hybrid Rendering

MODO801では、 間接照明の計算に、ハイブリッドレンダリングが搭載されました。
そこで従来からある放射照度キャッシングとモンテカルロ 法、そして新機能MC/ICハイブリッドの大域照明計算の比較を行いました。 各画像は外部光源（HDRI）を設定した単一開口の内観シーンで、比較的ノイズが発生しやすい条件としてます。

放射照度キャッシングのみ　（放射照度レイ数はデフォルト）でGI計算したもの。
輝度差が激しいため、入隅や出隅にフィルタリングのノイズが出てしまう。


MODOのイラディアンスキャッシュは非常に優秀で、放射照度レイ数を増やせばノイズは概ね消すことは可能。計算時間はあまり増加しない。
しかしながら放射照度キャッシングはその仕組み上、細かなデティール描画に限界がある。MODOのレンダリングは速さに重きをおいてチューンナップがされているためか、時間に対する品質はある程度で頭打ちする傾向がある。


また、MODOにはフィルタリングを行わないモンテカルロ 法も搭載されている。
こちらは正確な描写が可能だが非常にノイズが出やすい。


間接レイ数を増加すれば品質はあがるが、レンダリング時間は極端に延びる。


801から搭載された MC/ICハイブリッドレンダリングは、モンテカルロの正確な計算結果を、高速かつ滑らかな描画の放射照度キャッシングにブレンドすることが出来る。


間接レイ数を上げても、計算時間の大幅な増加はない。
デティールの再現に有効なモンテカルロ法を用いているため、品質を追い込みながらも高速にすることが可能だ。



801では701で搭載された環境インポータンス機能も大幅に改良されている。EISのオプションにチェックをいれると輝度ノイズも取り除かれて、光の描写がより正確になる。こちらも実用レベルのスピードで高品質な画像が出力される。

Render Boolean / レンダーブーリアン

modoでは、レンダリング時にメッシュのくり抜き表現を行うことができる「レンダーブーリアン機能」が搭載されています。




上記画像のような複数アイテムから構成されるシーンを用意します。



任意のくり抜き形状（赤いアイテム）を作成・配置します。



「アイテムリスト」の「アイテム追加」から、 「Volumes」→「Render Boolean」を追加します。
「サーフェイスを使用」にチェックを入れて、
先ほど作成したくり抜き形状である「ブーリアン形状」を、「ボリュームにするサーフェイス」に指定します。



レンダリングすると画像のような結果を得ることができます。



切断面の色は、切り取られる側（建物）のメッシュマテリアルに、
「マテリアルレイ」という項目があります。
「マットクリッピング」のチェックを入れると、切断面の色は変更できます。



但し、Render Booleanの仕様上、メッシュ形状が同一面に重複、内部に食い込んでいると、上記のようなエラーが出てしまいます。今回のエラーは、梁上端とスラブ下端が同一面にあることにより発生。



回避するには、形状が重ならないよう、少し移動すれば断面は正確に描かれます。（コンマ数ミリの移動でもOK）


建築設計などのプレゼンにおいては、Render　Booleanを用いることにより、作成したモデルを大きく編集することなく、断面CGパースへ流用することが可能になりました。

Fur + Weight Map / ファー と ウェイトマップ

MODO701からFurの密度および長さの調整に、イメージマップ利用のほか頂点ウェイトマップを参照することが可能になりました。



アイテムにFur調整用のウェイトマップを追加。



ウェイトマップを編集するため3Dビューポートを「VertexMap 頂点マップ」に切り替えて、
ウェイトマップペイントもしくはウェイトマップツール（Shift + W）で、任意の頂点にウェイトを与えます。



マテリアルを設定したのち、「Fur Material」を追加。



長さ頂点マップに先ほどのアイテムのリストに作成した
ウェイトマップを選択。（同様の手順で密度頂点マップも追加可能です。）



Modoでは、ファーマテリアルを用いることにより、このようなラグマットが簡単に表現できます。

環境インポータンスサンプリング / Environment Importance Sampling

Modo 701 では、環境光レイの重要度に応じてサンプリングを行う「環境インポータンスサンプリング」が追加されました。





下記はその使用例で、指向性ライトはなし。環境光にHDR画像を用いたのみ。



「環境インポータンスサンプリング： なし」
「放射照度：256」
「レンダリング時間：2.5s」
デフォルトのシーンでは輝度差が大きく、レイ数の不足とフィルタリングによる輝度ムラが大きい。




「環境インポータンスサンプリング： なし」
「放射照度：1024」
「レンダリング時間：8.7s」
放射照度レイ数をあげると輝度ムラはある程度緩和されるが、格子を超えた影は描写されない。




「環境インポータンスサンプリング： 256」
「放射照度：256」
「レンダリング時間：7.7s」
環境インポータンスをON、放射照度をデフォルトにすると、
格子越しの影が繊細に描写される。逆にノイズ粒状感は強くなる。




「環境インポータンスサンプリング： 1024」
「放射照度：256」
「レンダリング時間：20.4s」
環境インポータンスのレイ数をあげるとノイズが緩和される。


Modoのようなイラディアンスレイを用いたGI（大域照明）の計算はフィルタリング前提となるため、ルーバー形状などを通過する繊細な環境光の描写に問題があるとされますが、この機能を用いることにより精度よくシーンを描写することが出来ます。

異方性反射 / Anisotropy Direction

modo 601 Anisotropy Direction

modo 401以降、画像マップとＵＶによる異方性反射（Anisotropy Direction）のコントロールが可能になった。
SUSヘアラインのように方向性がある反射を、複雑な形状に簡単に適用することができる。

サーフェイスジェネレータ + リプリケーター / Surface Generator + Replicator

サーフェイスジェネレータとリプリケーターで植物の葉を作成。
modoでは、メッシュサーフェイス上にアイテムのランダム複製・変形が可能です。
601では、バウンティングボックス以外にもメッシュの表示が可能となり、調整が簡単になりました。

ラウンドエッジシェーダ / Rounded Edge shader

modo 601では、マテリアル設定を施したポリゴンに対して角を一括で丸める新機能
「ラウンドエッジシェーダ」か追加されている。



入隅、出隅、平面を確認するため、上記のようなモデルを用意。
（中央部の直方体は、背後のポリゴンと一体化せず。）





シェーダーアイテム内にある「丸めエッジ幅」に任意の数値を入力すると、
角の丸めが適用される。



左がマテリアル設定なし。右がR3程度。モデリングなしでリアルな面取りを表現できる。
また、ポリゴンの接続如何に関わらずマテリアル設定によりＲが取れるので、非常に効率的だ。



シェーダーアイテム内に設定があることから分かるように、これは擬似的にレンダリングする機能。
シーンに対して大きすぎる値を入力すると頂部・端部に矛盾が見えるようになる。
建築・プロダクトでは、糸面程度の表現に抑えるのが良いだろう。



また、ディスプレイスを施した形状にもラウンドエッジシェーダーは適用できるので、利用範囲は広い。

スカイポータル / Sky Portals

modo 601では、Sky Portalsが追加された。

屋内の帯域照明において、開口が少ない場合にレイサンプリングの不足による
モヤモヤ（所謂アーティファクト）の発生を軽減する機能である。
任意の開口に照明用ポータルを指定することによって、
屋内のレイサンプリングの効率化を行いノイズを軽減する事ができる。

サンプルとして、7000x7000、CH2500の空間内に有効寸法w800・h800の開口を用意した。
ライトアイテムとしては、環境光（天空光）と指向性ライト（直射日光）を配置。


照明条件が厳しい空間なので、レンダリングすると入隅各部にノイズが発生している。
レンダリング設定はデフォルトの設定。
レンダリングタイムは、23.3S。


ライトアイテム内に実装されている、ポータル ライトをシーンに追加する。



ポータルの位置は開口の形状とピッタリ重なるように配置。 サンプル数はデフォルトの64



レンダリングタイムは55.7S。ノイズはかなり軽減される。





続いて、開口に対してポータル位置を変更する。
レンダリング時間とノイズに変化が見られる。


開口位置よりも内部へ移動した場合。


レンダリングタイムは3m31.6S。ノイズは残る。
レンダリング時間が極端に増加。







開口位置よりも外部へ移動した場合。




レンダリングタイムは47.9S。ノイズが残るが概ね良好といえる。








開口位置にポータルを配置し、ポータルサイズを倍にする。



 レンダリングタイムは1m7.2S。
こちらは暗部ノイズは減少するが、明度ノイズが確認できる。




スカイポータルは、照明条件の厳しい内観において、放射照度レイや間隔の設定を引き上げる事無く、ＧＩの精度・品質を高める事ができるが、ポータルの位置およびサイズはそれぞれ適切に設定する必要がある。

いくつかのシーンを試してみたが、内部（外部でも入り組んだ場所）に掘り込んでしまうと、レンダリング時間が比較的増加する（modoが不安定にもなった）ので、安全側に配置する方がよいだろう。

modo 601 新機能ムービー リンク集

modo 601　新機能紹介ビデオが多数アップロードされております。

via http://www.youtube.com/user/luxology


テクスチャー フォールオフ モーション グラフィック / Textured falloff Motion Graphics




フルボディ IK / Full Body IK




アニメーション / Animation courtesy of Alex Friderici

オクルージョン・シェーディング / Occlusion shading

modo 501ではオクルージョン・シェーディングが、マテリアル・レイヤーに追加された。
これはオブジェクトの隙間など閉鎖領域に対して陰を描く機能で、401以前にも「Render Output」-「エフェクト」内に搭載されていたが、ノイズが多く使い勝手が悪かった。
今回からはマテリアルごとに調整が可能になり、陰影や風化などを強調したシーンを作成することが出来る。ただし帯域照明とは別プロセスで描かれるので、設定には注意が必要。


「レイヤー追加」から、「Processing」-「Occlusion」で追加できる。



これは、「Occlusion」レイヤーなしの画像。



「ブレンドモード」を「乗算」に、その他デフォルト設定のままでレンダリング。



「分散」を100％に、色１の「アルファ」を25％にした画像。


またオクルージョン・シェーディングは、内観パースのように閉じた空間全体にも適用が可能。


こちらは「Occlusion」レイヤーなしの画像。



こちらは「Occlusion」あり。壁や床の取り合いなどに陰影が描かれる。
GI（帯域照明）を使っても陰が乏しく、オブジェクトに接地感が足りない内観シーンなどでは、補助的にオクルージョンを使用することにより、シーン全体の精度を上げずにメリハリのある画像が作成可能になったといえる。

輪郭線 / Edge Contour rendering

modo　501 では　シェーダーツリー内の「最終カラー出力」レイヤーに「輪郭」プロパティが追加された。



「輪郭」では、「サーフェイス境界」と「セグメント境界」を選べ、線幅、色、距離減衰が設定できる。



オリジナル形状 Jean Prouve作の Standard Chairと背景を用意。



「サーフェイス境界」を設定し、レンダリングすると上記画像のような輪郭が描かれる。プレビューでは描画されないので注意。



交差している脚部および、先端部には輪郭が表示されていないので、脚部を別アイテムに、先端部を別マテリアルに設定すると輪郭が描かれる。



全マテリアルを非表示にして、「アンビエントライト」-「アンビエント輝度」の数値を極端に上げると線画のみ描かれる。



今回の追加機能ではパスラインの抽出までサポートされていないので、Illsutratorで利用するには再度トレースする必要がある。そこで画像をIllstratorに渡し、ライブトレースを行う。トレースオプションは上記のような設定で行った。



「拡張」を行うと、パスラインが簡単に抽出される。今回追加された「輪郭」オプションは、トゥーンレンダリング(Toon rendering)として期待されている機能は非常にシンプルで、ユーザー側の工夫が必須。ただし建築やプロダクトなどプレゼン前の線画抽出には必要十分な追加機能といえる。次はパスライン抽出もお願い☆