《光与硅的艺术》连载——4.2 VRED工作流程、演示案例与显示模式

Note：《光与硅的艺术》写作于2015年，发表于2017年，书中部分内容可能与当前软硬件实际状况有出入，请注意区分。

VRED是一款极其简单的“渲染器”，相对VRay和Mental Ray等传统渲染器来说，它的参数逻辑和工作流程都很简单。事实上，对于一个有三维渲染经验的用户来说，只需要一个下午，就能掌握基本的VRED操作流程，并且还能渲染出一张不错的作品。

4.2.1 流程说明

VRED的工作流程主要分前、中、后3个部分，分别对应模型准备、材质灯光渲染及后期合成。在本书中，将使用3ds Max完成模型准备工作，使用Photoshop完成后期合成工作（修图），剩下的其他CG工作都将在VRED中完成。

VRED的基本工作流程如图4-9所示。

VRED工作流程相关说明

» 模型准备：这是基础性工作，需要用户细心检查。良好的模型数据可以大幅提高后续工作的效率。在教学中，将
使用3ds Max处理一个多边形模型，然后通过fbx文件进行数据交换，供VRED使用。

TIPS 模型准备在真正的工业数据可视化流程中有一个专用名词，叫作Data Preparation（数据准备）。它是一项复杂而细致的工作，并且有着相当高的技术含量，通常由专门的数据模型师执行。之所以在这里没有使用Data Preparation（数据准备）这个词，是因为常规多边形模型的处理过程较为简单，如果使用相同的名词可能会造成混淆。需要注意的是，本书内容不考虑工业数据，只关注常规多边形模型，因为真正有机会接触工业数据的读者实在是太少了。

» 导入数据：这可以看作是模型准备与VRED可视化之间的衔接环节。在这个环节对导入的模型进行基本的检查处理，供后续环节使用。

» 材质指定： 这是简单而轻松的工作，为车辆的各个部分指定合适的材质。由于VRED预设的存在，绝大多数常见材质都不需要用户从零开始进行调节，只需把预设指定到车身正确的地方即可。

» 摄影机确认：这是商业项目的重要环节，摄影机一旦被确认，则不允许再进行修改。对于CGI摄影来说，所有的努力都将围绕这辆车在这个角度的最佳效果而进行。

» 动画调整：这不是每个项目都必须执行的操作。一般来说只有路跑场景才需要调整动画，以便渲染运动模糊效果。

» 环境调整：这在业内俗称Lighting（布光），主要依靠环境HDRI和HDR Light Studio完成。它是整个表现流程的重中之重。通常，这个环节决定了整体渲染质量的60%，也是最见渲染师功力的部分。

TIPS 注意，这里所说的决定质量是指渲染输出的原始素材质量，而非最终成图的质量。

» 环境与材质微调：这是一个细致的、考验个人功力的环节，这一步主要集中在对图像细节内容的处理，优秀的作品与卓越的作品往往在这一步见分晓。

» 后期修图：Composition（后期/合成）是三维用户的常见用语，Retouching（修图）是平面美术和广告执行的一贯说法。虽然措辞不同，但在这里，它们是指同一件事——对原始渲染素材进行处理，以得到最终的图像。

TIPS 后期修图在行业细分中属于平面美术，而非三维美术的工作。所以，这个环节在商业项目中通常由修图师而非渲染师来执行。当然，在这本书中，我们不会做这样的区分。

修图对于成品的意义极其重大，对于一个常规的广告表现项目来说，如果布光决定了渲染素材质量的60%，那么修图决定了整个最终效果的50%~70%，所以，业内也有“三分渲七分修”的说法。

当然，“三分渲七分修”只是为了说明修图的意义，对于渲染师而言，不管修图对于最终效果起到多大的提升作用，我们仍然应该努力追求渲染出最优质的素材！

4.2.2 演示案例

VRED自带了一个非常优秀的汽车演示案例——Automotive Genesis，基础教学将主要基于这个案例来展开。在进行VRED软件教学之前，先介绍这个案例，如图4-10所示。

1.文件位置

官方演示案例文件位于软件安装目录下的Examples（范例）文件夹中，文件名为Automotive_Genesis.vpb，建议将这个文件事先备份，以免学习中的误操作而影响到文件的原始性。

可以在Windows资源管理器中找到这个文件，直接将它拖曳到VRED中打开。也可以在VRED中执行File（文件）>Open Examples（打开范例）菜单命令来打开范例文件夹，进而打开演示文件，如图4-11所示。

2.车身换色（材质演示）

Automotive Genesis场景包含许多演示内容，覆盖了VRED功能的多个方面。其中，材质切换就是非常直观和令人感兴趣的一个内容；通过它，可以为车身设置不同颜色的车漆。

单击主面板下方快捷方式栏中的Materials（材质）按钮，可以打开Material Editor（材质编辑器），如图4-12所示。

在材质列表中选中Carpaint Switch（车漆切换器），如图4-13所示，然后在它的子选项之间切换激活状态，就能实现对车漆的换色操作，如图4-14所示。

TIPS 你的Material Editor（材质编辑器）打开以后的默认样式可能与我的截图有所不同，我会在“6.1 Material Editor（材质编辑器）”中讲解具体原因。在这一步，你只要能够通过材质列表修改车漆配色即可。

3.环境切换

通过切换不同的Environment（环境），可以观察车辆在不同场景中的表现效果。通过Material Editor（材质编辑器），可以找到Environments（环境切换器），如图4-15所示。通过选择不同子选项，即可实现场景切换，如图
4-16所示。

4.其他切换

单击主面板快捷方式栏的VSets（变量管理器）按钮，如图4-17所示，可以打开Variant Sets（变量管理器）面板，如图4-18所示。双击以展开面板左边的文件夹，然后双击所显示的子内容就能发现惊喜。可以尝试调用更多的预设配置，如预设动画（Animation）、车牌修改（License Plate）、开关车灯（Lights）、更改车顶附件（Roof），等等，如图4-19所示是不同的车顶附件效果。

TIPS “变量管理器”也称“配置管理器”或“方案管理器”，主要用途是管理场景中的各个可变配置内容。

VRED软件基础教学将主要基于本演示案例展开，但不会涉及它所包含的所有内容。因为我们的着眼点在于如何进行汽车外观表现，所以，配置设置和TouchSensor（触发器）设定等虚拟现实内容在本书中不做讲解。

4.2.3 显示模式

初次使用VRED这类虚拟现实软件的渲染师一定会为它毫无延迟的优质交互式显示效果所倾倒。比起传统的3dsMax、Maya等软件来说，简直是一个天上一个地下，图4-20所示是VRED的显示效果，图4-21所示是3ds Max的显示效果，可以看到，对比十分显著。

1.实时游戏与光线追踪

VRED优秀的实时交互效果依赖于显卡计算，默认模式下的显示结果并非传统意义上的“渲染”，而是一种专为汽车可视化工作所优化的“实时游戏”。简单来说，它在本质上和极品飞车没有什么区别。

“实时游戏”模式下的显示效果很出色，效率也极高，但由于技术原因，它具有一些不可避免的缺陷，如无法计算真实的反射与折射。请查看下面的效果对比。

图4-22所示是默认模式下的显示效果，车身没有反射出后视镜的倒影，只反射出了场景环境；图4-23所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的显示效果，无论环境还是后视镜，它们都在车身上呈现出了正确的反射结果。

图4-24所示是默认模式下的玻璃球，这个显示结果极其错误，这分明就是是一个气泡。图4-25所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的玻璃球，这才是正确的玻璃折射结果。

另外，除了最典型的反射与折射问题，默认模式下的材质质感、光照表现和阴影细节等均存在或多或少的缺陷。

图4-26所示是默认模式下的车轮，其质感较为平庸；图4-27所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的车轮，其质感相当出色。

图4-28所示是默认模式下的整体光照质感与阴影，图4-29所示是Full Global Illumination（完整全局照明）模式下的整体光照质感与阴影，请特别注意画面中真实的硬阴影。

由于“实时游戏”模式，也就是默认模式存在着上述无法避免的缺陷，VRED为了高质量地输出渲染结果，提供了效果更为优秀的Raytracing（光线追踪）模式，也叫“RT模式”。Full Global Illumination（完整全局照明）是效果最优
秀的Raytracing（光线追踪）模式。相对应地，“实时游戏”模式被称为Rasterization（光栅化）或OpenGL模式。

TIPS  “实时游戏”模式有一个更常用的称呼，称为“实时预览”模式；在此后的章节中，将一直使用“实时预览”这个词。

使用图标栏的RT按钮可以激活Raytracing（光线追踪）模式。当光线追踪启用后，软件使用效果优异的光线追踪算法为场景计算正确的反射、折射、光照、材质、阴影等细节效果。但是，由于光线追踪计算量极大，系统响应速度会因此而显著变慢——这就是我们一开始需要习惯性关闭CPU相关性的原因。

一般来说，应该使用实时预览模式查看场景整体效果、执行基本操作；使用光线追踪模式调整细节，渲染最终高品质图像。

TIPS “实时游戏”模式有一个更常用的称呼，称为“实时预览”模式；在此后的章节中，将一直使用“实时预览”这个词。

2.光线追踪的操作模式

VRED为光线追踪计算提供了两种不同的操作模式：Interactive（交互模式）和Still Frame（静帧模式）。用户可以使用抗锯齿按钮在这两种模式间进行切换。

» 交互模式：当RT按钮打开、Antialias（抗锯齿）按钮关闭时，系统进入光线追踪交互模式，以方便用户操作。

» 静帧模式：当RT按钮与Antialias（抗锯齿）按钮同时打开，且用户停止操作后，系统将进入光线追踪静帧模式，以提供更高的渲染质量。

上述两种模式可以分别设定不同的渲染参数，通常为一低一高。这样，用户可以使用Interactive（交互模式）初步查看或调试光线追踪结果，然后使用Still Frame（静帧模式）查看最终渲染结果。

TIPS 事实上，两种操作模式的诞生，是一种对光线追踪巨大计算量的妥协。

3.光线追踪的计算模式

除了前面介绍的操作模式，VRED还为光线追踪提供了5种不同的计算模式，以达成速度与质量的平衡。每种计算模式都可应用于上述的操作模式当中。

» CPU Rasterization（CPU光栅化）：使用CPU替代显卡进行光栅计算的模式。这是一种对于显卡性能进行妥协的“实时预览”模式，而非真正Raytracing（光线追踪）模式。

» Precomputed Illumination（预烘焙照明）：最基本的光线追踪模式，仅供正确计算反射折射使用，建议用于Raytracing（光线追踪）交互模式。

» Precomputed+Shadows（预烘焙+阴影）：更细腻的Raytracing（光线追踪）模式，可实时计算正确的光线追踪阴影。

» Precomputed+IBL（预烘焙+IBL）：更优秀的Raytracing（光线追踪）模式，使用预计算的间接光照与实时环境照明。

» Full Global Illumination（完整全局照明）：最佳质量方案，也是耗时最长的方案，是静帧模式与产品级输出的首选方案，简称FGI。

在Render Settings（渲染设置）对话框的Raytracing Quality（光线追踪质量）选项卡中，找到Illumination Mode（照明模式）卷展栏，通过它可以为每一种光线追踪操作模式设定上述各种计算模式，如图4-30所示。

TIPS “光线追踪”“光栅化”和OpenGL均是计算机图形学术语，普通用户了解即可。

4.实时预览与光线追踪模式的区别

由于计算方法存在本质上的不同，“实时预览”与Raytracing（光线追踪）模式存在效果上的显著差异。除前文所述的真实反射与折射、材质质感、光照表现和阴影细节等方面外，它们之间还存在一种极其重要的差异，即反射位置偏差。

观察图4-31和图4-32所示的效果图中的标注区域，注意白色灯光条的反射位置，能够轻易地看出，“实时预览”与Raytracing（光线追踪）模式不仅在效果上存在差别，在反射位置上也存在着明显的差异。

不过，这种反射位置的些许差异在室外环境渲染时不会带来太大困扰，如晴空万里的机场环境，如图4-33和图4-34所示。

但是，在需要进行精确布光的摄影棚表现时，这种反差会带来严重的问题，如图4-35和图4-36所示。注意车体侧面的白色反射分界线的位置变化。因为这种差异的存在，建议一旦需要精确布光，则打开光线追踪计算。

再次注意图中的差异位置，这种差异产生的原因在于：“实时预览”模式在计算环境反射时，使用的是虚拟的环境贴图；而Raytracing（光线追踪）模式在计算环境反射时，使用的是周围真实存在的Environment Geometry（环境几何体）。几何体存在着形状、尺寸和远近的变化，而环境贴图没有，所以，两种模式的最终计算结果会产生一些偏差。

TIPS 初学者可能会被VRED复杂的多种渲染模式所困扰，在这里提供如下简单归纳与建议。

（1）使用实时预览模式进行基本设定。如物体对位、材质指定、环境预览、摄影机确认等工作都应当在实时预览模式进行，以提高工作效率。还可以在这个模式中进行初步的效果调试。

（2） 使用光线追踪Interactive（交互模式）进行精确布光。光线追踪交互模式是只激活RT按钮而不激活抗锯齿按钮的渲染模式，推荐为光线追踪交互模式指定Precomputed Illumination（预烘焙照明）计算方法，它可以计算正确的反射、折射效果，且不会消耗太多的性能。

（3）使用光线追踪Still Frame（静帧模式）来进行最终的布光与材质效果微调。光线追踪静帧模式是同时激活RT按钮和抗锯齿按钮的渲染模式。建议为光线追踪静帧模式指定Full Global Illumination（完整全局照明）计算方法，它是我们查看最终结果的第一选择。