【Maya】Arnold渲染器的学习（2）：几何体

作者 ViViCG · 发布于 2018年12月17日 · 更新于 2022年11月15日 -- 3,286 次浏览

【前言】

构建基础的三维场景，应该包含几何体、灯光、材质、摄像机。

几何体：多边形和曲面曲线。

*通常大家所说的模型，指的是多边形几何体。

灯光：传统的照明方式分为直接光照和间接光照。arnold灯光是带有间接照明效果的，并没有mentalRay发射光子的概念。

材质：也就是着色器，它依附于几何体，赋予几何体相应的可视化效果。Arnold并不完全支持maya的内置着色器和纹理，多数情况下应使用arnold着色器和纹理（尤其是噪波纹理）。

摄像机：除了常用的透视相机之外，arnold还支持圆柱形、正交、鱼眼、球形、VR相机等。

【启用maya的arnold插件】

在maya的插件编辑器中启用了mtoa插件后，arnold的有关接口参数就会显示在maya的环境中，包括Hypershade超材质编辑器中的arnold材质，新增的arnold渲染器设置，以及每个几何体附属节点下的arnold参数。

arnold官方还在不断的改进，新版本的arnold可能会剔除某些参数，或者增加一些新的术语，因此作为maya内置渲染器，Arnold的操作方式和maya的版本有关。以下以最新maya2018.5（arnoldCore 5.2.1.0）为基础进行arnold的使用。

【几何体篇】

Arnold支持maya的polygon（多边形）和NURBS（Non-Uniform Rational B-Splines，非均匀有理B样条）曲面曲线，但不支持Subdiv（细分几何体）和BezierCurve（贝塞尔曲线）。

NURBS曲面和多边形的形状节点（shape）下的arnold属性差不多，不同的是多边形多了一个ArnoldTranslator（阿诺德转换器）属性，可以在procedural（替代对象）、polymesh（多边形网格）、mesh_light（几何体灯光）三个模式进行切换。事实上，NURBS曲面会被arnold转为多边形再进行渲染。

procedural（替代对象）模式下，指定arnold支持的外部格式替换当前几何体，例如.ass、.obj，通过简单几何体替代复杂几何体的方法，节省渲染前后资源的消耗，在制作丛林、落石堆、鸟群等复杂场景中会很有用。不过几何体的procedural功能只是临时措施，多数情况下，推荐使用arnold菜单中的createStandIn功能直接生成替代对象节点，并且指向.ass文件（因为配合.ass文件，范围框才能自动匹配原模型的外轮廓大小）。下面通过三个场景的渲染进行资源消耗对比：
*场景：100个模型总计540万三角面。
【StandIn替代对象】

Maya文件：149K

.ass文件（包含arnold材质）：4.09M

maya内存占用：615M

渲染时arnold内存占用：1059M

渲染用时：41s

【实例复制模型】

Maya文件：4.89M

.obj文件：9.68M

maya内存占用：1195M

渲染时arnold内存占用：1628M

渲染用时：45s

【普通复制模型】

Maya文件：478M

.obj文件：9.68M

maya内存占用：2735M

渲染时arnold内存占用：10M

渲染用时：49s

对比可以发现，无论是文件的存储空间还是内存的占用量，arnoldStandIn功能都能带来很不错的优化。除此之外，【StandIn替代对象】和【实例复制模型】所占用的显卡显存是差不多的，而【普通复制模型】会增加400M左右的显存占用。

polymesh是默认设置，可启用arnold针对多边形的特殊设置，例如导出运动向量、细分、置换、体积等。

默认Opaque属性是勾选开启的，表示几何体是不透明物体，arnold在渲染时候会使用针对不透明物体的算法加速渲染进程。当物体使用带透明信息的材质，关闭opaque选项才能得到正确的光线透射效果。当然，如果对投射效果需求不高，对透明几何体开启opaque也是提升场景渲染速度的一种方法。

这是使用了蓝色玻璃材质的玩具四驱车模型，对比开启和关闭opaque的渲染结果：

Subdivision细分是在渲染时对模型进行圆滑处理的功能，除了省下我们对模型进行的smooth圆滑操作，还能节省显卡资源的开销。

细分有两种方式：Catclark和Linear。Catclark是最常用的方式，因为会圆滑转角的过渡，所以用户需要先对模型完成转角的布线操作，避免圆滑后的过大形变。注意：细分迭代次数(Iterations)至少为1，才能应用细分效果。

如果将AdaptativeError（自适应误差）的值设置大于0，将启用AdaptiveMetric（自适应度量标准）功能。默认AdaptiveMetric是Auto（自动），这个设置会根据模型是否应用置换贴图，来判断是使用flatness还是edge_length。如果模型没有使用置换贴图，Auto就相当于flatness。

开启AdaptiveMetric后，arnold会尽可能的在保持模型轮廓的情况下降低面数。AdaptativeError值越接近0，模型还原度越高，面数也越高。

Mesh_light是将几何体当作光源来看待，相对材质的自发光对环境的影响，几何体灯光能降低画面噪点的产生。不过通常创建几何体灯光，使用的是arnold菜单的Lights->MeshLight，ArnoldTranslator选项中的Mesh_light会在未来的版本中被移除。

虽然Arnold不支持贝塞尔曲线，不过渲染时Arnold会将它转为NURBS曲线，使用默认设置进行线条渲染。为了使用更多参数设置，通常我们会将贝塞尔曲线转为NURBS曲线。

勾选NURBS曲线形状节点下的RenderCurve，可以设置线条的宽度和色彩（包括赋予材质）。

和maya内置的paintEffect线框不同，arnold将NURBS曲线作为实体进行渲染，NURBS曲线会受到光线影响，同时也会影响场景其他物体。
*paintEffect是在场景渲染完成后才加入的平面图形。

曲线arnold栏下的Visibility有个名称为mode（模式）的下拉菜单，默认的ribbon（带状）表示将NURBS曲线当作是一个有宽度无厚度，始终面对摄像机平面的带子。这是渲染速度最快的方式，常用于纤细的毛发、草地的渲染。选择Thick（厚度），曲线将被看作是管状的多边形几何体。如果数量多且较为细小，选择Thick的方式会出现抗锯齿处理上的问题。oriented（定向），渲染效果和ribbon相似，但不和摄像机平面保持平行，更适合较大宽度带状的物体效果。

下图使用ribbon的模式，将曲线渲染出发丝的效果：

Arnold支持maya的旧粒子、nParticle（内核粒子）、fluid（流体）、bifrost、hair（头发）、xgen等特效系统的渲染。因为arnold采用的照明计算方式不同于maya的software软件渲染器或者mentalRay渲染器，所以software和mentalRay渲染的结果不应作为参考，arnold渲染特效既有优势也有限制。有关特效渲染内容会在后续章节提到。