Vred渲染技术在汽车设计中的应用

黄太强 陈燕南 胡美龄 邓梦诗

东风商用车有限公司技术中心 湖北省武汉市 430056

1 引言

在汽车渲染设计行业里，当前主流渲染软件有三个：RTT DeltaGen、Autodesk Showcase、Autodesk Vred。RTT DeltaGen原是由德国供应商RTT开发的虚拟现实软件，后被达索系统收购，作为达索系统3Dexperience平台下的可视化解决方案使用；RTT功能强大，使用方便，视觉质量极其优异，数据准备能力十分出众，但明显的缺点是对硬件需求极高，价格昂贵，只适用于高端行业用户。Autodesk Showcase是由行业著名的设计软件Autodesk开发的虚拟现实软件，常常与Alias软件相结合，为客户提供可视化解决方案；其特点是历史悠久、功能完善、易于使用和对硬件要求低，但是视觉质量和产品性能较差。Autodesk Vred原是由德国供应商PI-VR开发的优秀虚拟现实软件，后来被Autodesk收购，作为Showcase的替代方案，参与汽车可视化市场竞争；Vred不但功能丰富、上手简单、数据交换能力出众，而且对硬件要求适中，是该领域十分有力的竞争者。本文就以迈凯轮P1为例，概述Vred在汽车设计中的应用。

2 Vred汽车渲染设计流程

作为Autodesk旗下著名的汽车渲染软件，跟被替代的Showcase一样，Vred常常与Alias相结合，通过图1所示工作流程共同完成汽车渲染设计。

3 Vred渲染技术在迈凯伦P1上的应用

3.1 在Alias中对P1数据划分图层

可以按照材质划分，亦可按照零件划分。按照材质划分便于为对象添加材质，但当相同材质内的对象涉及运动特效时，按材质划分方式的缺陷就显示了出来。例如车子前后左右四个轮胎，若按材质划分那么这四个轮胎就在同一个图层内，在Vred中按图层选择时四个轮胎就是一个整体，其几何中心是这四个轮胎整体所在长方体的几何中心，而非四个轮胎各自的几何中心，在添加运动特效后，四个轮子因几何中心的错误而不能按照正确的轨迹进行旋转。若按照零件进行划分，虽然可以避免类似车轮运动特效的问题，但因整车上共享同一种材质的零件过多，在Vred中选择起来略显麻烦。当然Vred软件本身也具有将对象在图层内移动，将图层拆分重组的功能，但相比而言Alias的这些操作更为方便。通常情况下，我们会结合材质划分和零件划分的优缺点，将不参与运动的零件按照材质划分，把参与运动的零件按照零件单独划分出来。

图1 工作流程

3.2 将P1数据导入Vred软件

因Vred具有强大的数据交换功能，另一方面与Alias又同属于Autodesk公司旗下设计软件，所以可以直接将P1的Alias数据拖入Vred软件中。拖入后会弹出图2所示“导入选项”对话框，“细分”卷展栏保持默认设置，“场景”卷展栏设置如图2所示。勾选“原点中心”，导入的模型就会被放置在坐标原点上；勾选“放置在地面上”，模型中最低点的车轮就会与地面相接触；勾选“调整对象尺寸”，拖动进度条，软件就可以根据导入对象所属大小类别（例如手机、汽车、飞机等）自动缩放对象，使对象以合适的大小在环境中显示。如果导入的对象没有原始材质，可能会使渲染窗口显示为死黑一片，此时激活头灯即可，但在布光和渲染过程中要关闭头灯。

图2 导入选项对话框

3.3 场景优化

当整车数据导入软件后，使用鼠标左键旋转视口会发现，电脑系统的响应速度特别得慢，这时我们就需要对场景进行优化。在菜单栏中执行文件＞优化场景，弹出图3所示“优化场景”对话框，选择“优化几何体”，点击“确认”。

图3 优化场景对话框

3.4 保存Vred初始文件

其他格式的文件虽然可以被Vred软件打开，但是所需要的时间较长，为了便于下次打开，通常会对初始文件进行保存。点击“文件”，在下拉菜单中点击“保存”即可。

3.5 统一法线

法线是指垂直于物体表面的向量，在Vred软件中，法线分两种，面法线和顶点法线。通常情况下，除场景中的天空外，其他对象的法线都要求方向朝外，在法线诊断模式中以绿色呈现，其他颜色表示相应对象法线错误。

在Vred中，法线的统一分两步。首先执行可视化＞顶点/面法线渲染，进入图4所示法线诊断模式；然后在该模式下执行场景 ＞几何体编辑器，通过图5所示“几何体编辑器”来统一法线。通常情况下，蓝色表示面和顶点的法线均朝内，点击“面和顶点”即可；紫色表示顶点法线朝内，面法线朝外正确，点击“顶点”即可；而金色是指面法线朝内，顶点法线朝外正确，点击“面/曲面”即可。最终P1以全绿形式显示，完成法线统一。

3.6 回到真实渲染

材质的添加，调整以及后期工作都是在真实渲染模式下完成的，在完成法线统一后需要从法线诊断模式切换到真实渲染模式下。执行可视化 ＞真实渲染即可。

3.7 为对象添加材质

Vred的材质与Vray、Mental Ray等渲染器不同，它并不鼓励用户通过调整某些标准材质（如VrayMtl、Arch&Design）来获取所需要的效果；而是事先将各种工业表现用的常见材质进行分类整理，为不同的材质类型设定不同的默认效果、提供不同的特殊选项。这样虽然会导致Vred材质在深度调整上存在一定的局限，但在保证一定质量的前提下为用户提供了一种快速便捷的解决方案。接下来就以车漆材质为例，为迈凯伦P1添加材质。

图4 法线诊断模式

执行场景 ＞材质编辑器，在弹出的“材质编辑器”对话框中执行创建/转换＞创建材质＞金属车漆，在“材质编辑器”对话框中便有了“金属车漆”材质；选中P1中属于“金属车漆”的零件，在“材质编辑器”中右键“金属车漆”，然后选择“应用于选定节点”便将该材质赋给了相应的零件上。调整材质参数至图6所示金属车漆效果，初步完成车漆材质赋予。同理，为P1添加碳纤维、玻璃、反光塑料等材质，当所有材质添加完成后渲染观察最终效果，如不满足设计要求，可对材质进行微调，整车材质效果如图7所示。

3.8 为车轮添加运动模糊特效

Vred除了可以为对象添加材质等外，还可以模拟照相机为对象添加一些特殊效果，例如景深效果、光晕效果、运动模糊效果等。接下来就以左前车轮为例，为车轮添加运动模糊效果。

图6 金属车漆效果

图7 整车材质效果

图8 变换设置

首先是对象成组，将左前轮所有参与旋转的对象放置到一个群组里面，以便于其共享同一个旋转中心。在保持旋转对象被选择的状态下激活“变换”工具，然后在旋转轴卷展览通过点击“移动到对象中心”设置旋转中心，在“轴”下拉选项中选择“Y轴”确定旋转轴，勾选“显示轴”即可在视窗中看到一条过对象几何中心且平行于Y轴的轴线。变换设置如图8所示。

然后激活“剪辑”弹出“剪辑生成器”对话框；点击“向导”，在弹出的“动画向导”对话框中选择“对象和材质”，以便让车轮带着材质一起参与运动，点击下一步后分别设置动画“开始时间”、“结束时间”和“曲线插值模式”为“0秒”、“10秒”和“线性”，点击“捕获开始”生成动画初始状态，完成图9所示初始动画设置。再次激活“变换”工具，在“旋转”卷展览中设置沿Y轴旋转1800度，那么当前状态就是车轮旋转1800度后的状态；切换到“动画向导”对话框，点击“捕获结束”生成动画结束状态，完成图10所示结束动画设置。激活“摄像机”工具弹出“摄像机编辑器”对话框，在常规设置中勾选“运动模糊”，渲染即可得到车轮运动模糊效果。同理为其他几个轮子添加运动模糊特效。

3.9 为场景添加底板和摄像机

所谓“底板”，实际上就是背景图。在渲染阶段添加背景图，一方面可以让渲染对象更好的融合到背景当中，另一方面大大缩短了后期PS工作时间。长按激活“底板”，点击“创建底板”，然后根据需要表达的主题选择合适的图片，完成场景底板的导入。调整摄像机，变换P1在场景中的位置，得到图11所示底板融合效果。

3.10 为场景添加光源

在传统图片概念中，白纸和太阳所呈现出来的白色没有什么区别，但实际上太阳的白比白纸的白要亮的多，只是传统图片无法记录比白色更亮的颜色而已。为了解决这一问题，HDRI（高动态范围贴图）应运而生，相比传统图片，它记录了大量的亮度和色彩信息。基于这一特点，Vred常常利用HDRI作为光源为场景提供光照信息。

在设计过程中，光源要根据背景图所要表达的意境进行选择。例如背景图表达的是黄昏的感觉，那么就尽量选择这个时间点的HDRI；如果背景图是城市风光，那么HDRI就不要去选择乡村原野景色。执行场景＞资源管理器＞环境，在预设的HDRI中选择合适的贴图，按住鼠标左键不放拖入场景。激活“材质”工具弹出“材质编辑器”对话框，在“变换”卷展栏中以Z轴为旋转轴旋转HDRI以得到正确的光照方向和合适的光照效果，具体光源变换设置如图12所示。

图9 初始动画设置

图10 结束动画设置

图11 底板融合效果

图12 光源变换设置

3.11 渲染出图

同时打开“光线追踪”和“抗锯齿”进入渲染模式，若渲染出的效果存在瑕疵，可用Photoshop软件进行简单处理，最终效果如图13所示。

图13 最终效果

4 结语

通过P1渲染，明显感觉到Vred软件在汽车渲染设计上的优势，不但功能丰富、上手简单、数据交换能力出众，而且对硬件要求适中，可以在确保质量的前提下快速渲染出图，是汽车可视化设计领域十分有力的竞争者。