volume render optimization

ここでは、ボリュームを Mantra でレンダリングする際の最適化について紹介する。

使用したビルド: Houdini 16.0.468

シーン構成

今回のレンダリングシーンは以下の要素によって構成されている

• 別シーンファイルでシミュレーションされ Alembicで出力されたボリュームキャッシュ。9回複製して(計10個) マージされている。
• ボリュームが影を落とす地面
• 環境光 x1 と前面からのポイントライト x１ の計2つのライト
• カメラ
• レンダリングの設定をしている Mantra

ボリュームジオメトリ提供: 小松 泰氏

1	元画像		レンダリング時間	56分55秒
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	Ray Variance Anti-Aliasing (RVAA)	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
Ray Tracing	3x3	On	4	1
ほぼデフォルトの元の設定。57分のレンダリングは非常に遅い。

2	Mantra ROP の Rendering タブ以下の Sampling タブにある RVAA をオフにする		レンダリング時間	10分41秒 (19%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
Ray Tracing	3x3	OFF	4	1
RVAAをオフにしたことでレンダリング時間は元の約1/5。しかしながら、画像下の方の暗い部分を中心にノイズが多くなった。

3	Pixel Samples を 1x1 に		レンダリング時間	1分20秒 (2%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
Ray Tracing	1x1	OFF	4	1
ピクセルサンプルを 1x1 にしてみると、レンダリングは1分ちょっとで終わるが、予想通り、ノイズが全体にかかる。

4	ライトの Sample Quality を 4 に		レンダリング時間	04分19秒 (8%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
Ray Tracing	1x1	OFF	4	4
ピクセルサンプルの値をそのままにライト (2つあり) のサンプル精度をどちらも 4 にする。これにより、ノイズは一つ前 (#3) よりも減るが、#2 よりきれいにはならない。それでもレンダリング時間は元画像の8%。

5	Ray Racing to PBR		レンダリング時間	04分26秒 (8%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
PBR	1x1	OFF	4	4
Render Engine を Ray Racing から PBR に変更。かかる時間も画質もほぼまったく変わらない。

6	Pixel Samples to 2x2		レンダリング時間	16分22秒 (29%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
PBR	2x2	OFF	4	4
Pixel Samples を 2x2 に増加. 全体的なノイズは減ったが、ピクセルサンプルが低いと雲全体が暗く見える。ピクセルサンプルは変更しない方が良いかもしれない。

7	Pixel Samples back to 3x3		レンダリング時間	36分16秒 (64%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
PBR	3x3	OFF	4	4
Pixel Samples を 3x3 に戻す。レンダリング精度は #1 とほぼ同じで時間は約64%。

8	Stochastic Samples 8		レンダリング時間	1 hour 3分26秒 (111%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
PBR	3x3	OFF	8	4
Stochastic Samples を8 まであげた。ノイズは減ったが、8 では元画像より 10% 遅くなった。

9	Stochastic Samples 16		レンダリング時間	1 hour 42分16秒 (179%)
Mantra ROP				ライト
Render Engine	Pixel Samples	RVAA	Stochastic Samples	Lights' Sampling Quality
PBR	3x3	OFF	16	4
Stochastic Samples を 16 まで増強。ノイズは殆どわからないが、レンダリング時間は元の2倍弱。

Summary

• レンダリングの時間と精度を考慮する上で気をつける場所が3箇所ある。それらは:
  • ROP ノード
  • ライト
  • シェーダ/マテリアル、これに関しては今回待ってく触れていない。ただし、使用しているシェーダで View->VEX code を実行すると、このシェーダは PBR をしていることがわかる。
• ライトの Sampling Quality をあげるとレンダリングの精度も上がる。これは見落としがち。
• ボリュームデータをレンダリングする場合で時間を気にするのであれば、"Ray Variance Anti-Aliasing" はオフにした方が良い。テスト#1 (元画像、 RVAA はオン) とテスト#7 (RBAA オフでライトのSample Quality は4) とではほぼ同じ画質だが、テスト#7は、テスト#1の64%の時間で終了。
• (Mantra の) PBR と Ray tracing では、レンダリングの画質もレンダリング時間もほぼ同じ。

テスト環境

• Houdini 16.0.463
• Cent OS 6.7
• 12 Core i7 @ 3.20GHz
• 32GB RAM

Nvidia Optix Denoiser