オクルージョン

アンビエントオクルージョン

オクルージョンは、グローバルイルミネーションのエフェクトをシミュレートするための高速かつ簡易な方法です。オクルージョンとは、あるポイントの上部が他のジオメトリによって覆われている領域の範囲です。オクルージョンは、あるポイント上の半球形の領域内部でいくつかのプローブレイをトレースし、この領域がどの範囲でブロックされているかをテストすることによって得ることができます。

このシェーダの一般的な用途はアンビエントオクルージョンです。アンビエントオクルージョンでは、このシェーダを使用してアンビエントライティング（拡散環境マップシェーダから派生）の成分がスケールされます。この用途では、シェーダを mib_illum_phong などのマテリアルの ambient パラメータに割り当てて使用します。

オクルージョンのもう 1 つの用途は反射オクルージョンです。反射オクルージョンでは、このシェーダを使用して反射マップからの成分がスケールされます。この用途では、シェーダは一般に環境またはマテリアルの反射シェーダスロットにプラグされ、実際の環境マップイメージは bright パラメータにプラグされます。また、オクルージョンシェーダの戻り値が反射マップシェーダの strength アトリビュートを調節できるようにする方法もあります。

3 つ目の用途は、外部での合成に使用するファイルの作成です。オクルージョンシェーダは、シーン内の個々のオブジェクトのプライマリマテリアルシェーダとして割り当てられます。この出力を使用して他のレンダーパスを調節し、ポストプロダクションで適切な合成を得ることができます。

このシェーダはライトシェーダとして使用することもできます。光源は user 型のエリアライトでなくてはなりません。これにより、組み込みのオクルージョンを備えた「アンビエント」光源を生成することができます。

このシェーダは mental ray によって提供される基本レイトレーシング機能にのみ依存し、ファイナルギャザリングやグローバルイルミネーションなどの高度な計算を使用したり、利用したりすることはありません。

mib_amb_occlusion

    color "mib_amb_occlusion" (
        integer         "samples"            default 16,
        color           "bright"             default 1 1 1 1,
        color           "dark"               default 0 0 0 0,
        scalar          "spread"             default 0.8,
        scalar          "max_distance"       default 0,
        boolean         "reflective"         default off,
        integer         "output_mode"        default 0,
        boolean         "occlusion_in_alpha" default off
        # Version 2 parameters
        scalar          "falloff"            default 1.0,
        integer         "id_inclexcl"        default 0,
        integer         "id_nonself"         default 0,
    )
    version 2
    apply texture, light

samples: 送出されるプローブレイの数です。プローブレイの数が多いほど、スムーズなイメージが得られます。オクルージョンマッピングは、緻密に調節されたファイナルギャザリングやフォトンほど滑らかにはなりませんが、計算の負荷は軽くなります。
bright: 遮蔽（オクルージョン）するオブジェクトが見つからない場合に使用されるカラーです。
dark: 完全なオクルージョンが発生した場合に使用されるカラーです。実際には黒に設定されることがほとんどです。部分的なオクルージョンでは、bright カラーと dark カラーを段階的にミックスしたものが返されます。
spread: サンプリングの対象とする、ポイントよりも上にある半球の領域の大きさを定義します。この値はサンプリング方向の周囲のコーンを定義します。このコーンは、値が小さい場合は狭く、大きい場合は広くなります。範囲は 0.0（単一方向を示すコーン）から 1.0 （半球全体を覆うコーン）までです。
max_distance: この範囲内でジオメトリのプローブを行います。ゼロの場合は、シーン全体がサンプリングされます。ゼロ以外の場合は、この距離内にあるオブジェクトのみが考慮され（サンプリング処理にかかる時間がずっと短縮されます）、範囲外にあるオブジェクトはまったく遮蔽されず、距離がゼロに近づくにつれて遮蔽の度合いが高くなります。
reflective: オフにした場合は、サンプリングはサーフェス法線の周囲のコーン領域で実行されます。reflective をオンにした場合は、サンプルは反射方向の周囲に分散されます。反射マッピングのリアルさを大幅に向上する反射オクルージョンを生成します。
output_mode: 返されるカラーを定義します。0 の場合は標準のオクルージョンの動作、1 の場合は環境サンプリングを有効にします。これにより、シェーダの動作が若干変更されます。オクルージョンについては方向がプローブされるため、現在の環境もその方向のオクルージョンの程度に基づいてサンプリングおよびウェイト付けされます。モード 1 では、この関数の出力は収集およびウェイト付けされた環境カラーに bright カラーが乗算されたもので、使い勝手のよいように dark カラーが追加されます。; output_mode を 2 に設定すると、傾向法線が有効になります。平均的なオクルージョンされていないワールド空間法線の方向は、赤がｘ、緑が y、青がｚであるカラーとして計算され、エンコードされたうえで返されます。output_mode を 3 に設定した場合は、法線がカメラ座標空間内でエンコードされる点を除けば 2 と同じです。
occlusion_in_alpha: オンにした場合は、output_mode の設定にかかわらず、返されたカラーアルファコンポーネントにスカラーオクルージョン値が入ります。他のカラーコンポーネントはそれ以前と変わりありません。
falloff: max_distance がゼロ以外である場合にのみ作用し、オクルージョンが距離によって減衰される速度を定義します。技術的には、0 から max_distance までの正規化された距離に適用されるべき関数です。デフォルト値の 1.0 ではリニア減衰になります。1.0 よりも小さい値では、より高速に減衰されます。実際には、値が低いオクルージョンは短距離の場合に（小さいコーナーや隙間で）強くなり、長い距離の場合には弱まります。
id_inclexcl: シェーダによって考慮されるオクルージョンに含める（または除外する）オブジェクトインスタンスラベル番号を定義します。このパラメータを 0 に設定すると、効果がなくなります。正の整数にすると、この番号に一致するラベルを持ったオブジェクトインスタンスのみでオクルージョンが発生します。負の整数では条件が逆転され、この番号に一致するラベルを持ったすべてのオブジェクトインスタンス以外のすべてのオブジェクトが含まれます。
id_nonself: セルフオクルージョンを行わないオブジェクトを決定するオブジェクトインスタンスラベルであるという点は id_inclexcl と類似しています。このパラメータを 0 に設定すると、効果がなくなります。正の整数に設定すると、そのラベルを持ったすべてのオブジェクトは同じラベルを持った他のオブジェクトをオクルージョンの対象としなくなります。このパラメータは、バックグラウンドフォト内の既存のジオメトリを表す「マット」オブジェクトまたは「スタンドイン」オブジェクトで使用すると便利です。こうしたオブジェクトの間のオクルージョンはバックグラウンドフォトにすでに存在するからです。「スタンドイン」バックグラウンドジオメトリによってフォアグラウンドに投影されるオクルージョンおよびフォアグラウンドからバックグラウンドジオメトリに投影されるオクルージョンの両方が必要で、バックグラウンドからバックグラウンドへのオクルージョンだけを抑制する必要があるため、id_inclexcl を使用した単純な除外は使用できません。

高速オクルージョン

このシェーダは mib_amb_occlusion の代替バージョンで、類似した機能を備えていますが、mental ray に組み込まれているアンビエントオクルージョン機能を完全に利用するものです。レンダリングパフォーマンスが最適化されているほか、ambient occlusion cache を有効にすると、この機能を活用することができます。

このシェーダはライトシェーダとしては使用できないことに注意してください。

mib_fast_occlusion

    color "mib_fast_occlusion" (
        integer "samples"            default 0,
        color   "bright"             default 1 1 1 1,
        color   "dark"               default 0 0 0 0,
        scalar  "spread"             default 0,
        scalar  "spread_exp"         default 1,
        scalar  "max_distance"       default 0,
        boolean "reflective"         default off,
        integer "output_mode"        default 0,
        boolean "occlusion_in_alpha" default off,
        integer "cache_points"       default 0
    )
    version 1
    apply texture

samples: 送出されるプローブレイの数です。プローブレイの数が多いほど、スムーズなイメージが得られます。アンビエントオクルージョンキャッシュが有効な場合は、このアトリビュートは無視されます。キャッシュの補間に使用するポイントの数は cache_points アトリビュートによってコントロールされます（以下参照）。
bright: オクルージョンするオブジェクトが存在しない場合に使用されるカラーです。dark は完全なオクルージョンが発生する場合に使用されるカラーです。実際には黒に設定されることがほとんどです。部分的なオクルージョンでは、2 つのカラーを段階的にミックスしたものが返されます。
spread: サンプリングの対象とする、ポイントよりも上にある半球の領域の大きさを定義します。mib_amb_occlusion シェーダとは異なり、この値は法線と最大方向との間の角度の余弦です。値の範囲は 0.0（半球全体を覆うコーン）から 1.0 （単一方向を示すコーン）までです。
spread_exp: スプレッド角度の指数です。サンプリングポイントから投射された光線を、法線の周囲にどれほど集中させるかをコントロールします。この値が大きいほど法線の周囲の密度は高くなります。
現在は mental ray ではサポートされていませんが、将来の機能拡張に備えて用意されています。
max_distance: この範囲内でジオメトリのプローブを行います。ゼロの場合は、シーン全体がサンプリングされます。ゼロ以外の場合は、この距離内にあるオブジェクトのみが考慮され（サンプリング処理にかかる時間がずっと短縮されます）、範囲外にあるオブジェクトはまったく遮蔽されず、距離がゼロに近づくにつれて遮蔽の度合いが高くなります。
reflective: オフにした場合は、サンプリングはサーフェス法線の周囲のコーン領域で実行されます。reflective をオンにした場合は、サンプルは反射方向の周囲に分散されます。反射マッピングのリアルさを大幅に向上する反射オクルージョンを生成します。
output_mode: 返されるカラーを定義します。0 の場合は標準のオクルージョンの動作、1 の場合は環境サンプリングを有効にします。これにより、シェーダの動作が若干変更されます。オクルージョンについては方向がプローブされるため、現在の環境もその方向のオクルージョンの程度に基づいてサンプリングおよびウェイト付けされます。モード 1 では、この関数の出力は収集およびウェイト付けされた環境カラーに bright カラーが乗算されたもので、使い勝手のよいように dark カラーが追加されます。; output_mode を 2 に設定すると、傾向法線が有効になります。平均的なオクルージョンされていないワールド空間法線の方向は、赤がｘ、緑が y、青がｚであるカラーとして計算され、エンコードされたうえで返されます。output_mode を 3 に設定した場合は、法線がカメラ座標空間内でエンコードされる点を除けば 2 と同じです。
occlusion_in_alpha: オンにした場合は、output_mode の設定にかかわらず、返されたカラーアルファコンポーネントにスカラーオクルージョン値が入ります。他のカラーコンポーネントはそれ以前と変わりありません。
cache_points: アンビエントオクルージョンキャッシュ内の補間のためにルックアップする、アンビエントオクルージョンポイントの数をコントロールします。アンビエントオクルージョンキャッシュが有効でない場合は、このアトリビュートは無視されます。この値が 0 の場合はアンビエントオクルージョンポイントの数は mental ray の設定によって決定され、0 より大きい場合は現在のオブジェクトについてこの設定を上書きします。この値が 64 よりも小さい場合は、より詳細な結果を得ることができますが、アーティファクトが発生する可能性があります。この値が大きくなるほど、ぼやけたイメージが作成されます。

ファイナルギャザリングを使用したアンビエントオクルージョン

mental ray のファイナルギャザリングアルゴリズムでは、必ずスカラーオクルージョン値が計算されます。このユーティリティシェーダはこの値を単にグレースケールの結果として返します。

mib_fg_occlusion

      color "mib_fg_occlusion" (
	  color "result_when_fg_is_off" default 1 1 1 1
      )
      version 1

result_when_fg_is_off: ファイナルギャザリングがオフの場合に戻り値になります。ファイナルギャザリングがオンの場合は、オクルージョン値がグレースケール値として返され、パラメータは一切評価されないか、一切使用されません。; このため、mib_amb_occlusion を result_when_fg_is_off パラメータに接続すると、ファイナルギャザリングがオンの場合には結果はファイナルギャザリングによって計算されたオクルージョンとなり、ファイナルギャザリングがオフの場合には mib_amb_occlusion によって計算されたオクルージョンとなります。

傾向法線

「傾向法線」は、サーフェスポイントからオクルージョンされない方向を向いた平均方向ベクトルです。まったく遮蔽されないサーフェスの場合は法線ベクトルと同じですが、他のジオメトリによって遮蔽されるサーフェスの場合は遮蔽ジオメトリが最も少ない方向を示します。傾向法線はアンビエントオクルージョンのアクセラレーションテクニックとして使用され、短いレンダリング時間で、環境で照明されたグローバルイルミネーションやファイナルギャザリングのような外観の、非常に高速なレンダリングが可能です。

mib_amb_occlusion シェーダによって行われるアンビエントオクルージョンは、プローブレイを数多く投影することによってサーフェスポイントをどの範囲でオクルージョンするかを決定するレイトレーシングテクニックです。この処理の速度は光線の数（samples）、光線の到達距離（max_distance）、シーンの複雑さによって異なります。

アニメーション（または同じシーンの複数のビュー）をレンダリングする場合は、移動しないオブジェクト、シェイプが変更されないオブジェクト、付近に移動するオクルージョンするオブジェクトが存在しないオブジェクトはすべて、どのフレームでも同じ結果になります。このため、アンビエントオクルージョンソリューションを最初のレンダリングパスで一度だけ「ベイク」（ファイルへのレンダリング）し、以後のレンダリングパスでは任意のフレーム数だけこの結果を再利用するようにすると、パフォーマンスが大幅に向上されます。また、平均的なオクルージョンされていない方向（傾向法線）をテクスチャに「ベイク」すると、環境に基づいてオブジェクトをライティングするという処理全体が（単一の光線をトレースすることなく）この 2 つ目のレンダリングパスに移動されます。

アンビエントオクルージョンシェーダ mib_amb_occlusion で output_mode パラメータを 2、3、4 のいずれかに設定すると、傾向法線と、x が赤、y が緑、z が青であるカラーとしてエンコードされたベクトルが返されます。occlusion_in_alpha が有効な場合は、スカラーオクルージョン値はアルファチャンネル内に返されます。このカラーは、たとえば、mib_lightmap_write を使用して mib_amb_occlusion を input パラメータに接続してレンダリングするなどの方法でテクスチャにベイクすることができます。

テクスチャファイルが生成されたら、mib_bent_normal_env をサーフェスシェーダに割り当てることができます（たとえば、mib_illum_phong の ambient パラメータに割り当てて、mib_bent_normal_env の bent_normals パラメータに配置されている、ベイク処理された傾向法線テクスチャに基づいてオブジェクトをライティングする環境をルックアップします）。

こうすると、極めて少ないオーバーヘッドでリジッドボディにグローバルイルミネーションに似たエフェクトをシミュレートすることができ、特にアニメーションでの使用に適しています。このテクニックは、フレームごとにオクルージョン、シェイプ、法線が異なるような変形可能なオブジェクトでは動作しません。変形可能なオブジェクトについては、オクルージョンシェーダの出力をベイクせずに、オクルージョンシェーダを直接適用する方が良いでしょう。

mib_bent_normal_env

    color "mib_bent_normal_env" (
        color           "bent_normals"        default 0 0 0 1,
        boolean         "occlusion_in_alpha"  default on,
        color           "occlusion"           default 1 1 1,
        scalar          "strength"            default 0.2,
        shader          "environment",
        integer         "coordinate_space"    default 2,
        integer         "env_samples"         default 1,
        scalar          "samples_spread"      default 0.0,
        transform       "matrix"              default 1 0 0 0
                                                      0 1 0 0
                                                      0 0 1 0
                                                      0 0 0 1
    )

bent_normals

オクルージョンシェーダによる傾向法線データ出力です。この出力をオブジェクトにベイク処理します。通常は mib_texture_lookup など、テクスチャルックアップを行うノードにアタッチされます。テクスチャの生成に使用されるテクスチャマッピングは、ルックアップに使用されたものと同じものでなくてはなりません。

occlusion_in_alpha

スカラーオクルージョン値が「傾向法線」パスのアルファチャンネルにすでにベイク処理されているかどうかを指定します。この機能によって、使用するメモリの量がわずかに減少しますが、mental ray の OEM 統合の「bake to texture」（テクスチャへベイク）機能の多くでは、アルファチャンネルはベイクされません。

occlusion

まだアルファチャンネルにベイクされていない場合に使用する、個別のオクルージョンチャンネルです。

strength

エフェクトの単純なスカラー乗数です。

environment

ルックアップする環境シェーダです。何も指定されていない場合は、マテリアルからの環境が使用されます。イメージノイズを回避するために、高解像度の詳細を含まない、高度にブラーをかけた個別の環境マップを使用するとよいでしょう。

coordinate_space

傾向法線の座標空間を定義します。

0 は「修正なし」です。傾向法線データは内部空間に存在します。
1 は「行列による」です。傾向法線データは渡された変換行列によって変換されます。
2 はワールド空間です。
3 はカメラ空間です。
4 はオブジェクト空間です。このモードが多くの目的で便利です。オブジェクト空間で作成され、使用されているマップの場合は、アニメーションの最初から最後まで、オブジェクトに従って自動的に移動します。

座標空間番号はアンビエントオクルージョンシェーダの output_mode パラメータ（2 はワールド空間、3 はカメラ空間、4 はオブジェクト空間）に一致します。

env_samples

環境マップから取得するサンプルの数です。通常は 1 つのサンプルで足りるような高度にブラーをかけた環境マップが使用されますが、ゼロ以外の値を設定することによってマルチサンプリングされた環境マップを使用することも可能です。

sample_spread

個々の環境サンプルで使用するスプレッド係数です。範囲は 0.0（限りなく細い光線 -- 単一サンプリング）から1.0（半球全体をサンプリング）までです。

matrix

coordinate_space が 1 である場合に法線データに適用される明示的な変換行列です。任意変換が可能です。