MR渲染器工作原理及案例实测

【摘要】MR渲染器功能强大，与Pixar renderman渲染器并称最优秀的电影级渲染器。本文阐述了MR渲染器的工作原理，以及在三维动画短片渲染时使用Maya内置MR渲染器的参数设置方法。

【关键词】MR渲染器 渲染 参数控制 动画师

【中图分类号】J238.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）02-0231-01

Mental ray渲染器（简称MR渲染器）是Mental images公司二十余年的研究成果，已经广泛用于电影、电视、游戏制作、工业造型设计、建筑表现等多方面，参与制作了大量的优秀影片如《后天》、《黑客帝国》等。这个渲染器可以构建出真实的场景，也可以构建非真实的轮廓线条。作为一款优秀的高端渲染器，MR渲染器集成在SOFTIMAGE XSI、Maya、3ds max等高端三维软件中，与Pixar renderman渲染器并称最优秀的电影级渲染器。本文从MR渲染器工作原理和实际渲染案例，探讨如何将MR渲染器用于三维动画短片。

一、MR渲染器工作原理概述

MR渲染器分为软件内置渲染器和独立渲染器两类。独立渲染器功能全面，可控选项众多，渲染效果控制自由、多变。高效率地跟踪渲染算法、优秀的兼容性和稳定性以及高度自由的控制方式是其最大优点。动画师如果需要充分使用独立渲染器的功能，常需要计算机软硬件工程师提供专业技术支持。内置的MR渲染器已广泛集成在Autodesk MAYA、Autodesk 3ds max、Autodesk SOFTIMAGE XSI等大型三维软件中。内置渲染器的特点是易学易用，主要功能完备，动画师可以很容易创建出好的效果，但是内置渲染器的控制选项并不能完整体现渲染器的功能，带有一定的局限性。因此，内置渲染器更适合普通CG动画师使用。

MR渲染器依据三维场景进行渲染，其工作原理是将场景解释为几何体、表面材质、体积物体、光源、摄影机以及各自的位置信息。几何体是三维场景的造型，包括角色模型和场景模型。表面材质包含材质和贴图。体积物体包含毛发、雾效等，因为需要渲染时间较长，在动画短片中大规模的体积渲染较少，多采用后期软件合成实现。光源是场景中发射光线的某个空间点，摄影机是记录场景画面的空间点。不同的渲染器设置对最终画面有不同的解释，相同渲染器不同的参数设置也会对画面产生很大影响。例如默认的软件渲染器对透明材质的渲染结果和MR渲染器有很大不同；MR渲染器的抗锯齿设置是对帧画面精细程度的一种控制。

二、MR渲染器渲染案例实测

在Maya软件的渲染控制面板中，全局照明质量受到几个参数的控制。indirect lighting卷展栏中global Illumination和final gathering两个区域是软件全局照明设置重点。Global illumination区域accuracy选项控制光源的光子发射数量，光子数量越高，场景细节光影层次越丰富，渲染时间越长：Final gathering区域accuracy选项设置每个最终聚集点弹射的跟踪光线数量，数量越大，光影效果越细腻，会明显增加渲染时间；point Interpolation选项是将当前最终聚集点与临近的最终聚集点进行插值计算，这个数值越高，参与计算的点数越高，客观上柔化画面层次，减少局部细节表现。在保证渲染质量不变的前提下，可以对这些参数进行优化设置，达到相对平衡。

在明确MR渲染器的运行原理基础上，针对动画短片创作中常见的场景进行渲染测试。考虑到普通CG动画师使用设备情况，没有选择昂贵的设备测试。测试计算机CPU AMD 64 X2 4800+、内存4G、硬盘250G、操作系统windows XP pro sp3、软件Autodesk Maya 2012英文版，渲染质量产品级，画面尺寸720×576像素。动画短片需要渲染制式为pal制，动画短片长度3-5分钟。因此最少需要渲染4500帧，按照每天渲染12小时，总的渲染时间控制在15天计算，可以得出，一帧画面的渲染时间应该在2分30秒左右，一小时渲染大概20-30帧画面为宜，当然每个镜头渲染时间有差异，整体控制在这个范围即可。三维动画短片中室内场景和室外场景的参数不一样，需要分别测试。

1.室内场景测试

室内场景测试中，选择的室内场景为教室一角，属于封闭式空间造型，主光源来自窗户外的日光。场景没有体物体，全部用多边形物体构建。材质使用phone材质，无透明折射等属性。创建两盏灯光，阳光作为主要光源，门户光负责将日光引入室内。经过测试发现，光线在窗口区域效果还好，在远离窗口的区域，光子数量不足，强度需要调整，增加光子数量可以改善这个问题，但是时间远远超过计划的时长，所以在场景中添加一盏点光，用于局部照明，在画面质量和效率之间得到平衡。最终效果测试参数为：GI accuracy5000， FG accuracy500，point Interpolation10，渲染时间2分13秒。

2.室外场景测试

室外场景测试相比室内场景贴图使用更多，贴图的尺寸对于渲染时间的影响很大，选择高精度4K贴图和选择普通1K贴图，渲染时间有一倍左右差距。在场景中出现的树木面数众多，贴图繁复，在渲染间接照明时需要更长时间。最终效果测试参数为：GI accuracy50，FG accuracy10，point Interpolation 10，渲染时间2分05秒。

三、结论

使用Maya软件内置MR渲染器进行三维动画短片渲染，可以优化的参数不止这些。模型创建、灯光选择与参数质量控制以及其他方面的设置等，都要在制作环节逐步修正。对于复杂场景分层渲染也是提高渲染效率的好办法。

参考文献：

[1]德里迈耶（Driemeyer，T.）. mental ray 渲染技术超级手册.人民邮电出版社.2007年6月第三版

[2]萨芬.光线跟踪算法技术.清华大学出版社.2011年3月

[3]楚云.Maya易经――mental ray渲染原理与技术.电子工业出版社.2009年9月