Volumetrische Effekte

Das Rendern volumetrischer Effekte gehört zu den rechenintensivsten Prozessen in Bryce. Allein die Aktivierung der Option kann schon die Rechenzeit auf das Hundertfache erhöhen. Selbst auf heutigen 500Mhz Rechnern bleibt dabei sogar die Minivorschau “hängen”. Seit Bryce4 gibt es nun neben der Option, Volumetrik zu akivieren auch die Möglichkeit dafür, zwei wichtige Parameter einzustellen:
1. Die gewünschte Dichte und
2. Die gewünschte Qualität.

Während die Dichte keinen signifikanten Einfluß auf die Renderzeiten hat, bedeutet die Möglichkeit auf Qualität zu verzichten eine ganz erhebliche Veränderung der Renderzeiten. Es ist aber für den Normalanwender, der Volumetrik nur selten benutzt, kaum zu ergründen, welche Einstellungen für eine Szene nun wirklich notwendig sind. Womöglich lassen sich beinahe die selben gewünschten Effekte in 50% des Zeitaufwands erzielen, was bei einer Rechenzeit von z.B. 40 Stunden immerhin 20 Stunden einsparen könnte. Bei längeren Animationen in hoher Qualität sind bei aktivierter Volumetrik auch 5 Tage Renderzeit nichts Ungewöhnliches, selbst wenn Sie einen Prozessor mit beinahe 1Ghz besitzen!

Die Gretchenfrage beim Rendern mit volumetrischen Effekten:

Wie stelle ich die Qualität ein ?

Im Folgenden versuche ich, den Zusammenhang zwischen Qualität und Zeitaufwand darzustellen, und dabei auch eine subjektive Bewertung der Ergebnisse einzubeziehen. Als Grundlage soll die folgende Testsequenz dienen:

Rendern mit 400x300er (120.000 Bildpunkte) Auflösung, ohne Glättung, auf einem Intel Celeron 500 Mhz

Qualität:

Rechenzeit:
Operationen:**
Zusätzl. Zeitaufwand*
Volumetrik Faktor***
Renderergbenis (Wert für subjektive Qualität)
100%
2619 Sek.
61.900.000 Treffer
+87,74 %
291,0 fach
hervorragend exakt und gleichmäßig (100)
80%
2174 Sek.
49.600.000 Treffer
+55,84 %
241,6 fach
hervorragend exakt und gleichmäßig, winzigste Unebenheiten (90)
50%
1395 Sek.
31.100.000 Treffer
+ 0,00 %
155,0 fach
sehr gut, leicht wellige Unklarheiten im Verlauf (75)
40%
1139 Sek.
2.4900.000 Treffer
-18,35 %
126,6 fach
gut, wellige Unklarheiten im Verlauf, kleine Brüche (65)
30%
873 Sek.
18.700.000 Treffer
-40,00 %
97,0 fach
befriedigend; deutliche Wellen und störende Interferenzen (50)
20%
591 Sek.
12.600.000 Treffer
-57,63 %
65,7 fach
grade noch ausreichend; erhebliche Verlaufsstörungen (25)
5%
175 Sek.
3.340.000 Treffer
-87,46%
19,4 fach
Unbrauchbar – nur als Vorschau geeignet (5%)
2%
58 Sek.
1.870.000 Treffer
-95,84 %
6,4 fach
Unbrauchbar (höchstens als interessanter Effekt) (1%)
1%
32 Sek.
890.000 Treffer
-97,71%
3,5 fach
absolut unbrauchbar (0%)
ohne
9 Sek.
201.000 Treffer
-99,35%
1,0 fach
Keine Volumetrik verwendet

* 50% ist der von Bryce vorgeschlagene Standardwert – hier als Grundwert angenommen
** Dies sind die “echten” Werte, denn Bryce zeigt fälschlicherweise ab 10 Mio Berechnungen den Wert “Mrd.”an; 4,77Mrd bedeutet daher in Wirklichkeit 47.7 Mio!
*** Der Zeitfaktor zwischen der Normalszene und der Aktivierung der Volumetrik

Einige Beispiele für die Renderergebnisse:
Die Szene ist eine Kirchenrotunde mit vielen Durchlässen für eine sehr starke Lichtquelle – eine ziemliche Herausforderung für den Renderer.

Qualität=100% Qualität=50% Qualität=30%
Qualität=20% Qualität=5% Qualität=1%

Fazit:
Die nahezuhe Verdopplung der Rechenzeit bei 100%iger Qualität sollten Sie wirklich nur einstellen, wenn es unbedingt nötig ist. Im Gegenteil: Wenn ihre Volumetrik nicht so dominierend hell ist wie in meiner Szene, dann sind die Fehler, die bei 30%-40% schon sichtbar sind, kaum wahrnehmbar. Normalerweise sollte eine Einstellung von 35% genügen, um auch gute Ergebnisse zu erzielen, dabei sparen Sie schon mehr als 1/3 der Renderzeit ein. Wenn Sie den volumetrischen Effekt nur andeuten wollen und die Dichte gering wählen, dann sollte auch eine Einstellung von 20%-25% ausreichend sein, was Ihre Rechenzeit etwa auf weniger als die Hälfte verkürzt.

Versuch einer mathematischen Auswertung:
Mit Hilfe der subjektiven Qualitätswerte und dem Zeitfaktor verglichen mit dem Verzicht auf Volumetrik läßt sich eine Art Preis/Leistungsindex konstruieren, der sich zu einer recht interessanten Zeit/Nutzenkurve manifestiet. Bei niedrigeren Qualitätswerten unterhalb 30% steigt der Nutzen der investierten Renderzeit steil an, und erreicht bei etwa 30% ein Maximum. Der höchste Nutzen aus der Renderzeit entsteht also (subjektiv) bei einem Qualitätswert von 30-35%. Danach bringt jede investierte Renderzeit immer weniger Vorteile. Obwohl der Grenznutzen ab 35% negativ ist, bleibt die Kurve dennoch bei deutlich positiven Werten. Insgesamt bestätigt diese mathematische Konstruktion das Fazit von oben in seinen Einzelheiten.

Der zusätzlich zu investierende Zeitfaktor bei der Qualitätssteigerung ergibt eine lineare Funktion, die im Ursprung beginnt und die Steigung 2,91 fache Rechenzeit pro Qualitätsprozent hat. Der empfohlene Einstellungsbereich ist rot markiert.