什么是采樣？直白的說采樣設(shè)置直接影響成像效果（影響陰影、噪點(diǎn)等）

當(dāng)使用像阿諾德這樣的渲染器時(shí)，對(duì)光線跟蹤渲染背后的核心原理有一個(gè)基本的了解是很有用的。生成虛擬場(chǎng)景的逼真圖像需要模擬場(chǎng)景中光線從光源到攝像機(jī)的傳播。為了確定每個(gè)圖像像素的顏色，Arnold 從場(chǎng)景幾何體、著色器、燈光等收集信息，并跟蹤一些隨機(jī)光傳輸路徑，這些路徑將通過像素看到的對(duì)象連接到光源 - 此過程稱為"采樣"。生成的圖像的質(zhì)量在很大程度上取決于每個(gè)像素生成的路徑或樣本數(shù)。

渲染圖像時(shí)，Arnold 必須通過檢查場(chǎng)景來確定每個(gè)像素的顏色值。Arnold 通過從攝像機(jī)位置發(fā)送大量光線，直到它們擊中場(chǎng)景中的物體來實(shí)現(xiàn)此目的。每次光線擊中對(duì)象時(shí)，它都會(huì)執(zhí)行一些計(jì)算，最終將返回有關(guān)該對(duì)象的信息（例如，其顏色）。這個(gè)過程基本上可以描述為"采樣"虛擬相機(jī)圖像平面中的像素。

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每當(dāng)像素中用太少的樣本計(jì)算的渲染可能會(huì)很嘈雜。增加每個(gè)像素的樣本數(shù)可減少圖像的嘈雜性，從而更好地表示實(shí)際場(chǎng)景。下圖顯示了增加場(chǎng)景中的 Camera （AA） 樣本數(shù)時(shí)的比較。增加 Camera （AA） 樣本不僅可降低噪點(diǎn)，還增加了更多的輔助射線樣本，從而降低了照明中的噪點(diǎn)。
1 攝像機(jī) （AA）：每像素 1x1=1 個(gè)樣本（圖像出現(xiàn)嘈雜）

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6 攝像機(jī) （AA）：6x6×36（噪音降低）

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攝像機(jī) （AA） 采樣

那么，什么是相機(jī)采樣？基本上，從攝像機(jī)拍攝大量光線，通過渲染屏幕窗口的每個(gè)所需像素拍攝到場(chǎng)景中。這些光線稱為"主光線"，但有時(shí)從渲染視圖投射時(shí)，它們被稱為"眼睛"或"相機(jī)射線"（相機(jī) （AA） （抗鋸齒）。有時(shí)它們被稱為"像素樣本"。

"攝像機(jī) "（AA） 值控制像素超采樣率或?qū)臄z像機(jī)跟蹤的每個(gè)像素的光線數(shù)。樣本數(shù)越高，抗鋸齒質(zhì)量越好，但渲染時(shí)間越長(zhǎng)。

請(qǐng)注意，此過程不是線性的，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)采樣速率，實(shí)際采集的樣本數(shù)是輸入值的平方。例如，如果Camera （AA）樣本為 3，則意味著 3x3 = 9 個(gè)樣本將用于抗鋸齒。如果漫反射樣本為 2，則 2x2 = 4 個(gè)樣本將用于漫反射 GI。這同樣適用于其他值。

這些Camera （AA）樣本可以描述為主光線（或像素樣本），并確定要渲染的圖像的整體質(zhì)量。增加Camera （AA）樣本可提高圖像的整體質(zhì)量，但通常可能會(huì)浪費(fèi)，因?yàn)樗鼤?huì)增加所有內(nèi)容的采樣率。場(chǎng)景中確定了噪聲源，設(shè)置采樣值以增加僅這些特定光線的數(shù)量會(huì)更加高效。例如，如果存在大量運(yùn)動(dòng)模糊的場(chǎng)景，則需要更大的Camera （AA）采樣，因此可以減小其他采樣值。同樣，增加相機(jī) （AA）也有利于間接照明，因此不需要盡可能多的漫反射樣本。但是，如果您要減少字符皮膚上的噪音，則使用更高的 SSS 樣本會(huì)更加高效，而不是對(duì)于Camera （AA）樣本的較高值。

光采樣

直接照明光線可以描述為處理燈光的光線。這些光線從場(chǎng)景中的位置向各種光源方向行駛。這些光線確定曲面是否為陰影，如果沒有，可以計(jì)算照明信息。

來自燈光的噪音有時(shí)很難診斷，尤其是光線面積大或尺寸大時(shí)。在這些情況下，有時(shí)可能會(huì)誤認(rèn)為是間接漫反射噪聲。這突出了測(cè)試不同噪聲射線類型的必要性。如果問題是陰影噪聲，那么我們可以簡(jiǎn)單地在阿諾德渲染設(shè)置中切換忽略陰影，噪聲將完全解決。下圖顯示了阿諾德如何追蹤光線。

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有些光線照射到物體上，而另一些光線則不擊中物體。

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阿諾德的光采樣

前面描述的相同噪聲問題可能發(fā)生在直接和間接光線中。來自直接光源的噪聲通常出現(xiàn)在鏡面高光中或來自區(qū)域燈光的大軟陰影中。如果是這種情況，則需要增加光樣本的數(shù)量。下圖顯示了將光采樣數(shù)從 1 到 3 時(shí)陰影噪聲的差異。

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1 個(gè)光樣品。非常嘈雜。

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3 個(gè)光樣。噪音得到改善。

在嘗試計(jì)算場(chǎng)景中的噪聲時(shí)，將一個(gè)噪聲源和另一個(gè)噪聲源分開可能很有用。禁用漫反射射線 （0） 有助于識(shí)別存在哪種類型的噪聲。當(dāng)嘗試優(yōu)化場(chǎng)景中的間接漫反射光線數(shù)，而不是增加漫反射光線的數(shù)量（渲染時(shí)間將加倍，每個(gè)漫反射樣本時(shí)，首先需要隔離噪聲源。

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光噪聲和漫反射噪聲（難以判斷哪個(gè)是哪個(gè)）。

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漫反射設(shè)置為 0（禁用）。光噪聲更容易識(shí)別。

漫反射光線采樣

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來自發(fā)射綠色立方體的間接（漫射）照明。翻轉(zhuǎn)圖像僅查看直接照明（漫反射樣本： 0）**

間接漫反射光線是與對(duì)象及其曲面著色器交互的光線。因此，光線在場(chǎng)景中以分配給對(duì)象的著色器確定的方向移動(dòng)。傳輸光線穿過物體。當(dāng)光線擊中反射對(duì)象（如鏡子）時(shí)，只有一個(gè)反射光線從該點(diǎn)沿著傳入光線確定的方向進(jìn)行跟蹤。相反，漫反射光線在半球圍繞命中點(diǎn)隨機(jī)采樣。

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顯示漫反射光線在阿諾德渲染中傳播方式的圖

鏡面光線采樣

渲染有光澤的鏡面時(shí)，噪聲也可能成為問題，就像漫反射光線一樣。明亮的熱點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致間接鏡面樣本中的噪聲。例如，小而明亮的燈光的寬鏡面反射。如果問題是鏡面高光中的噪聲，則需要確認(rèn)源是直接光，而不是輔助光線類型（如鏡面）。通過將"時(shí)間"設(shè)置為"GI_diffuse_depth GI_diffuse_depth（GI_specular_depth 這基本上會(huì)關(guān)閉所有全局照明），這很容易實(shí)現(xiàn)。如果噪聲仍然存在，我們知道它是照明模型的直接鏡面分量。在大多數(shù)情況下，可以通過增加鏡面樣本的數(shù)量來解決它。

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1 （樣本不足）

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4（樣品充足，噪音降低）

卷

采樣體積時(shí)，直接相機(jī) （AA）光線在通過卷時(shí)多次對(duì)體積進(jìn)行采樣。間接光線 （volume_indirect） 的行為類似，多次發(fā)送作為射線的"步數(shù)"（體積step_size通過體積對(duì)象。因此，采樣卷通常比對(duì)曲面采樣需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

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在光線移動(dòng)的每個(gè)步驟中，它評(píng)估著色器并累積體積的密度。當(dāng)這些密度值在整個(gè)體積中變得更加不穩(wěn)定時(shí)，附近的光線可以計(jì)算完全不同的值，從而在渲染中引入噪聲。在這種情況下，可能需要使用更輕的樣本進(jìn)行渲染，或者減小音量中的步長(zhǎng)。即使采樣值較低，使用卷呈現(xiàn)干凈圖像也非常昂貴。

光量樣品： 1

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光體積樣品： 6

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渲染卷時(shí)需要考慮三件事;在渲染卷時(shí)，需要考慮三件事。光測(cè)量、直接光和間接光采樣，所有這些都有不同的采樣設(shè)置。

步進(jìn)大小

射線step_size過程的第一部分。此處的采樣率過低將導(dǎo)致體積渲染錯(cuò)過體積中的小細(xì)節(jié)，使其變得嘈雜，使其比應(yīng)變薄，或?qū)?固體"體積的"表面"（如熱碎屑云）的確切位置做出錯(cuò)誤估計(jì)。步驟尺寸差，有雪球效應(yīng)，可以使抽樣過程的其余部分更嘈雜。這很容易通過查看 Alpha 通道，或通過向音量添加一些發(fā)射和關(guān)閉所有照明來測(cè)試。如果發(fā)射/阿爾法通道在所需的 Camera （AA）設(shè)置下是嘈雜的，則step_size可能太大。

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步驟大小正確

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當(dāng)步繼大小太大時(shí)，項(xiàng)目將顯示在 alpha 中

Step_size實(shí)際上是在對(duì)象空間，而不是世界空間。這樣，在卷變換縮放時(shí)，采樣質(zhì)量保持不變。但是，應(yīng)避免使用較大的步進(jìn)大小。否則，體積會(huì)變薄和沖刷。在下面的圖像中，體積已放大到100個(gè)單位，以夸大此效果（1/25/50是相對(duì)于該體積的大?。?。

1

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25

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50

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直接照明

當(dāng)步進(jìn)尺寸正確時(shí)，噪音可能來自直接或間接照明。直接照明很容易檢測(cè)。間接光需要切換掉，如果渲染是嘈雜的，則每個(gè)光需要一次渲染一個(gè)，直到找到負(fù)責(zé)噪聲的光，然后打開其 。如果直接照明噪聲沒有隨著 volume_samples 的增加而顯著降低，則可能是由于光相互作用過低、step_size或根本不難以采樣光相互作用（高各向異性體積、重紋理 mesh_lights、二次下降等）。在這種情況下，除了通過夾緊或過濾消除樣品之外，沒有太多工作可做。volume_samples

間接照明

間接噪聲也很容易識(shí)別。 噪聲卷需要禁用，如果渲染不再嘈雜，則問題是間接采樣。如果質(zhì)量需要提高，volume_indirect_samples數(shù)量。如果增加這種噪聲不會(huì)降低噪音，那么噪聲可能再次來自難以采樣的光相互作用（多重散射、各向異性體積、嵌入在體積中的光等），如前所述，除了通過夾緊或?yàn)V波消除樣品之外，沒有太多工作可做。GI_volume_depth

體積射線深度

增加volume_ray_depth可以顯著改變卷的外觀。但是，請(qǐng)注意，增加體積射線深度將增加體積內(nèi)的多個(gè)散射反彈數(shù)（默認(rèn)值為 0），因此渲染時(shí)間將顯著增加。

0

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