基于VRay 渲染的图像清晰效果技法探析

俞进福

（闽江学院美术学院，福建福州 350108）

0 引言

在视觉艺术中，客观世界物体的再现是通过准确表现物体的质感而获得的。利用计算机三维软件制作效果图的过程就是模拟现实的过程，除了要模拟客观世界的光影还要模拟客观世界的物体，这一过程结果是由计算机屏幕呈现出来，通过视觉即可感知物体的质感。渲染计算的结果即是表现出光与物体的质感，如何控制好效果表现的图像质量是使用VRay 渲染时所追求的目标。

1 渲染器的采样渲染概述

渲染，简单来说就是计算机把三维场景模型通过方程算法绘制成屏幕上可以显示的二维图像的过程。而如何显示二维图像就是采样，采样的实质就是要用多少点来描述一幅图像，这个点就是构成屏幕上图像的最小显示单位，被称为“像素”的染色点，也即通常被视为图像最小的完整采样，这样的采样结果决定了图像的成像质量（图像分辨率）。

1.1 VRay 图像采样

VRay 是一款目前世界上为数不多的高质量渲染软件之一，VRay 图像渲染使用的是数字图像的成像原理，通过VRay 引擎射线采样成像的像素点，生成最终图像。由计算机图形学知道，在VRay 渲染器里采用“超级采样”算法，即对一个像素做多次取样来解决图像显示问题，以此增加图形像素的密度来改善图像成像质量，这种以“超级采样”的取样方式所获得图形会更接近真实的图形。

1.1.1 VRay 图像采样器

在VRay 渲染器里，图像的生成由VRay 的Image sampler（Antialiasing）图像采样器（抗锯齿）卷展栏来控制，包括图像采样和图像抗锯齿两个功能，如图1 所示。

1.1.2 图像采样方式

图1 图像采样器抗锯齿参数设置

VRay 图像的生成是经过像素的采样过程进行，VRay 的图像采样器提供不同的采样方式，分别是Fixed（固定比率采样器）、Adaptive DMC（自适应 DMC 采样器）、Adaptive subdivision（自适应细分采样器），如图2 所示。

图2 图像采样器设置

Fixed 是最简单的采样方式，它对每个像素采用固定的采样值且只有一个细分值参数用来控制图像采样精度。Adaptive DMC会根据每个像素及其相邻像素亮度差异而取不同的采样本数量，由最小细分值和最大细分值控制，最小细分定义每个像素所使用样本的最小数量，控制图像整体的采样质量，包括图像细节和非细节处的采样；最大细分定义每个像素采样本的最大数量，控制图像细节处的采样质量，较大的细分值能让物体的边缘处理更圆滑图像效果更好。Adaptivesu bdivision 有两个主要控制参数即最小比率和最大比率，分别控制图像非细节处和细节处的采样本数量，是以像素为单位进行采样的，其数值用来确定多少个像素取一个采样。最小比率值一般为零到负值，当值为0 时每1 个像素取用一个样本，当值为-1 时每4 个像素取用一个样本，当值为-2 时每8 个像素取用一个样本，以此类推；最大比率值控制着图像的细节处采样，当值为0 时每个像素取用1 个样本，当值为1 时每个像素取用4 个样本，当值为2 时每个像素取用8个样本，以此类推。较大的最大比率值意味着对图像细节处的采样更精确，在这细节处的着色像素更多，体现在模型物体的纹理像素密度高，质感更强边缘处理更圆滑，整体图像效果更好，当然所花费的渲染时间会更长，这需要保持时间和质量的平衡，搭配好比率数值与出图的尺寸。

与Adaptive DMC 相比，Adaptivesu bdivision 可控制图像的非细节处不需要较高的采样质量，这两者图像采样器都能根据场景物体的分布、材质的属性特征设定及贴图的纹理效果结合物体的曲面与平面来分析物体哪里是需要更多采样的细节处，哪里是不需要过多采样本的非细节处以实现“自适应”。

1.2 图像抗锯齿

数字图像是以像素为基本单位组成的，屏幕放大看呈方块状，物体斜线边缘呈现锯齿状，将此现象进行处理即所谓的“抗锯齿”，就是VRay 对成像的图像边缘进行柔化处理，使图像边缘更平滑，虽然更接近于渲染出的实物边缘平滑的形状，但显而易见的是物体边缘是模糊的。

1.3 抗锯齿过滤器的作用

Antialiasing filter（抗锯齿过滤器）是配合图像采样使用的，其作用是对图像纹理和物体边缘进行柔化处理，选择不同的抗锯齿过滤器可以使渲染出来的图像变得更模糊或者更清晰，如图2所示，选择不同的抗锯齿类型会影响渲染计算的时间，还会最终影响渲染出图像的清晰效果。

2 得到清晰图像质量效果的方法

2.1 影响图像质量因素

渲染出高质量的图像效果在VRay 是一个综合设置的过程，影响图像清晰的因素有以下几个方面：

（1）合理设置材质/纹理贴图，其中物体材质的模糊反射/折射效果其细分值须设置在合理范围内以减少该材质造成的杂斑点，另外，贴图文件的分辨率及贴图方式也会影响图像效果；

（2）渲染器的GI（全局光照）设置，以GI 搭配Irradiance map+Light cache 为例，提高GI 渲染质量须使Irradiance map、Light cache、DMC Sampler 及灯光的细分值等参数达到一定要求；

（3）渲染器的抗锯齿参数设置，得到清晰图像效果的最关键因素是抗锯齿的合理设置，它可以让物体的形状及画面的颜色变化得到准确描述；

（4）渲染效果图的保存格式，文件不宜压缩过甚以致丢失物体细节的描述；

（5）进行Photoshop 后期处理，进一步增强图像清晰效果。

2.2 图像采样器的选择

在VRay 渲染器中，渲染计算的过程分两阶段进行，首先由GI 采样保证制作场景的光影精确度，然后才是图像采样（包括物体轮廓、纹理贴图），以二维图像方式渲染出效果图像。这两阶段分别由渲染器不同的卷展栏参数设置控制计算质量。本文主要探讨第二阶段控制图像清晰度的主要参数图像采样。

（1）Fixed（固定比率采样器）：可得到质量非常高的图像效果，但因每个像素采样精度是一样的，无自适应功能，对大面积的平面区域也须耗大量时间计算且效果不突出，故实际应用中较少采用。

（2）Adaptive DMC（自适应DMC 采样器）：可自动分析场景曲面分布细节处采用不同的样本精度，适用于具有大量曲面物体、较多模糊反射/折射效果，可取得渲染时间和质量的最佳平衡。

（3）Adaptivesu bdivision（自适应细分采样器）：适用于较简单的材质制作效果的场景渲染，可使用较少的样本达到上述采样器使用较多样本才能达到的图像质量，但在更多的曲面场景或存在复杂材质制作下渲染时间更长。

2.3 图像清晰效果的平衡设置实例

在室内效果表现中，一般会有表现多种材质属性的制作效果，使用Adaptive DMC 采样器能在较短时间内渲染出效果较好的图像。

下面以调置具有木纹理的材质物体为例，多方平衡设置参数取得清晰的图像效果，如图3 所示。

图3 提高渲染图像清晰度效果示例

（1）材质的模糊度设置

对于制作场景中物体的材质和纹理贴图的设置方面，以图中椅子材质显示，椅子使用木纹理贴图，设置其反射亮度为20（见图4）以使木板面有微弱的反射效果，模糊反射（即图中反射光泽度）为0.85，让椅面反射周边的景物不甚清晰但又显现光泽度，细分值12，以减少该材质表面上的杂点。为让木材纹理清晰，需要设置木纹理的贴图参数（见图5），参数图中的“模糊”值控制贴图的清晰度，该值越大纹理越模糊，默认值为1，当把该值设置较小值时贴图纹理会按原图的分辨率保持固有的清晰度。在大多数情况下纹理贴图值可设置为0.01，这样可以获得清晰的纹理效果。

图4 椅子材质制作

图5 椅子贴图纹理清晰度设置

（2）抗锯齿参数设置

抗锯齿参数的设置是得到清晰图像效果的最关键步骤，使用VRay 渲染器里GI 参数控制的是场景光影的准确度，而抗锯齿参数控制的是图像的准确度。如图1 设置抗锯齿参数使用自适应DMC 图像采样器类型，可兼顾渲染时间和质量的平衡；采用的过滤器为“Catmull-Rom”类型，可花费较少的计算时间便可得到清晰的图像效果，如果想追求更高质量的纹理效果可把“最大细分”值设高为6，一般保持为4。

3 结语

运用VRay 渲染器制作出高质量的图像效果是一个综合设置的过程。将GI 光影计算、材质/贴图设置、抗锯齿参数设置、后期的图像格式选择、锐化处理等环节合理配合，才能得到满意的效果。高质量的3D 制作效果具有高清晰度的图像，设置好图像的纹理模糊度、图像采样器是关键，加大抗锯齿的设置值可解决材质造成的图像清晰度问题。