Particle Volume Cloud(パーティクル ボリューム クラウド)

シェーダ コンパウンド

パーティクル レンダラまたはパーティクル シェイパー シェーダ コンパウンドを使用すると、パーティクル ボリュームを簡単に操作できます。両シェーダ コンパウンドには、パーティクル ボリューム クラウド シェーダ、パーティクル密度シェーダ、およびその他の、基本的なボリューム エフェクトを設定するのに役立つシェーダが含まれています。また、これらのシェーダには公開されるパラメータは少ないので、簡単に使用できます。

「Particle Renderer Compound(パーティクル レンダラ コンパウンド)」を参照してください。

ボリュームのライティングのヒント

ここでは、パーティクル ボリューム エフェクトにライティングをセットアップするための一般的なヒントを紹介します。

• すべてのレンダリングにおける経験則は、「常に最初にライティングを設定してパーティクルに適切な外観を作成し、それからカラーを設定すること」です。

• パーティククル クラウド ボリュームのベースの中心にライトを置き、輝きながら光を放つエフェクトを作成します。

• 煙を作成しているときにそのエッジを明るくするには(リム ライティング)、複数のバック ライトを使用します。

• [シェーディング](Shading)タブで、レンダリングに使用するシーン内の特定のライトを選択できます。既定では、シーン内のすべてのライトが使用されます。

• すべてのライトについて、自己遮へいが常に有効になっています。

• [カラー](Color)タブのライトの[スキャッター](Scatter)オプションを使用している場合は、ライト(ポイント ライトなど)の[ライトの減衰](Light Attenuation)の値を設定して、距離に応じてライトの強度がどのように減衰し、ライトの散乱に影響を与えるかを決定することができます。

密度

密度

グローバル密度(Global Density)	各パーティクル ボリュームの密度。パーティクルの密度の全体的なエフェクトを設定します。パーティクルの中心が、エッジよりも不透明になります。 密度の値を低くするとソフトで滑らかなエフェクトになり(より透明)、密度の値を高くするとディテールとエッジが適切に定義されます(より不透明)。
レイ毎タイプ(Per Ray Type)	レイ タイプに応じて、ボリュームの密度を微調整します。 [ビュー](View): ボリュームで使用されているカラーの量。「カラー」を参照してください。 [シャドウ](Shadow): ボリューム内のシャドウの量。 [スキャッター](Scatter): ボリュームに使用されているライト スキャッタリング(光の拡散)の量。[スキャッター](Scatter)オプションが選択されている場合に有効になります。「イルミネーション」を参照してください。 [吸収](Absorption): ボリュームに使用されているカラーの吸収量。[カラー吸収](Color Absorption)オプションが選択されている場合に有効になります。「吸収」を参照してください。

グローバル密度およびコントラスト度合いの設定例

	密度 0.05(Density 0.05)	密度 0.15(Density 0.15)	密度 0.75(Density 0.75)	密度 3.00(Density 3.00)
Contrast 0.5
Contrast 0.95

テクスチャ座標の歪曲

テクスチャ座標の歪曲(Distort Texture Coordinates)	入力テクスチャに基づいて、ボリューム全体を(パーティクルと一緒に)歪曲します。たばこなどの煙にディテールを追加する場合に便利です。
ノイズ入力(Noise Input)	ワープ ノイズを設定します。RGB の値をそれぞれ 0.5 に設定した場合、その他のテクスチャは移動しません。赤によってテクスチャ空間が X 方向に移動し、緑によって Y 方向、青によって Z 方向にそれぞれ移動します。
強度(Intensity)	歪曲シフトの強度。

歪曲の例(2D)

元のテクスチャ(Original Textures)	ワープ ノイズ 1	結果 1
	ワープ ノイズ 2	結果 2
	ワープ ノイズ 3	結果 3

カラー

吸収

カラー吸収(Color Absorption)	カラーを吸収する水の挙動をシミュレートします。水は赤を最初に吸収し、次に緑を吸収します。レンダリングするボリュームに水の外観を与える場合は、このオプションを選択します。 [密度]タブの[レイ毎タイプ > 吸収](Per Ray Type - Absorption)オプションで、ボリュームに使用される吸収の全体的な量を設定します。
	[Absorption for Shadow Rays]: ボリューム内のシャドウレイを吸収します。
	[Absorption Color]: Color Absorptionによるパーティクル ボリュームのカラー。

これは、吸収のないボリューム シェーダです。球までの距離が長いほど、多くの水が球を遮ります。

この例では吸収が有効になっています。水の内部では、一部のライト カラーが均等に伝達されていません。最初に赤が吸収され、次に緑が吸収されます。

シェーディング

シェーディング

シェーディングモデルと強さ(Shading Model and Strength)	ボリュームのイルミネーションは、メイン ライトに対するカメラの角度に応じて変化します(メイン ライトを下のボックスで選択します)。
	[コンスタント](Constant)(自己遮へいでのみシェーディング):カメラ、ライト、ボリュームの角度は関係ありません。常に完全なイルミネーションを使用します。このオプションは、よりフラットな外観が必要で、イルミネーションによってシャドウが作成され、パーティクルのボリュームが決定されるような、スモークやクラウドなどのパーティクルのシェーディングに適しています。
	[Lambert]: イルミネーションは角度の余弦とともに変化します。 [強さ]= 0 はコンスタント シェーディングと同じです。 [強さ]= 1 は Lambert シェーディングです。
	[リニア](Linear): イルミネーションは角度によりリニアに変化します。 [強さ]= 0 はコンスタント シェーディングと同じです。 [強さ]= 1 は完全なリニア シェーディングです。
	[Rayleigh/Henyey-Greenstein(He-Gr)]: 光のほとんどはライト側に反射し、光の方向に伝播されます。このオプションは、クラウドのようなボリュームに関して物理的に最も適切な選択肢です(このモードでは、法線シェーディングはお勧めしません)。 [強さ]= -1: ライトの大部分はライトの方向に伝達されます。 [強さ]= 0: 伝達されるライトの量と反射されるライトの量が同じです。 [強さ]= 1: ライトの大部分は反射されます。
フラット シェーディングとミックス(Mix with Flat Shading)	[シェーディングモデル]で[Rayleigh/He-Gr]を選択した場合、このオプションを選択してコンスタント(フラットな)シェーディングとミックスすることができます。

以下のグラフは、ライト対カメラ(それぞれ、ライト対法線)の角度に応じた、オブジェクトの輝度を示しています。各シェーディング モデルで、異なる強さの値が使用されています。

リニア	Lambert(ランベルト)	Rayleigh/He-Gr

法線シェーディング

法線シェーディング	イルミネーションの法線を作成します。イルミネーションは、法線対ライトの角度によって計算されます(硬いサーフェイスのオブジェクトの場合と同様です。球をレンダリングする場合を考えてみてください)。 このオプションがオフの場合は、カメラ対ライトの角度が使用されます。 シャドウのみのシェーディングでは失われてしまう構造を含む高密度のボリュームでは、法線シェーディングを使用する必要があります。 このシェーディングは、スモークではなく、バブルやブロブなどのより 3D オブジェクトに見えるようなパーティクルのレンダリングに便利です。
[メイン ライトのシェーディングのみ](Only Main Light Shading)(1 つのライトのみ使われている場合よりハイクオリティ)	ライトの方向は、サンプルごとに計算されます。欠点は、サポートされるライトが 1 つのみである点です(以下で選択する必要がある「メイン ライト」)。 このオプションがオフの場合は、すべてのライトの平均であるライト方向が使用され、ルックアップ テーブルのセル間で補間されます。

以下の図は、ある球状ボリュームのレンダリングをさまざまなカメラ方向から示したものです。

法線シェーディングのないシェーディングはこの例ではコンスタントに見えますが、もちろんシャドウがあります。これらもシェーディングの役割を果たしており、ライトから離れたボリューム エリアを暗くしています。

ビュー方向
リニア
Lambert(ランベルト)
Rayleigh/He-Gr
リニア + 法線
Lambert + 法線
Rayleigh/He-Gr + 法線

マーチング

マーチングは、カメラ レイでボリュームがサンプリングされる頻度を定義します。

ルックアップ テーブル

ルックアップ テーブルは、パーティクル ボリュームの解像度が非常に低くなったものです。高速ルックアップを行うために、カラーとシャドウの情報を保存します。シェーダがこの低解像度ボリュームのすべてのシャドウを計算し、最終的なボリュームに適用します。作成した最終的なルックアップ テーブルはパーティクル ボリュームの平均的なシェイプをカバーしている必要がありますが、ディテールは必要ありません。ディテールは、入力テクスチャ シェーダによって追加されます。

ルックアップ テーブルの設定方法については、「ルックアップ テーブルを設定する」を参照してください。

レンダリングされたクラウド	クラウドのルックアップ テーブル	レンダリングされたクラウドで補間されたルックアップ テーブル

一般的に、このシェーダではボクセルを使用してパーティクルごとのボリュームを作成します。ボクセルのサイズを定義するには、ルックアップ テーブルのセルのサイズを設定します。セルのサイズを小さくすると見栄えがよくなり、シャドウも美しくなりますが、時間とメモリが多く必要です。セルのサイズを大きくすると時間もメモリも少なくて済みますが、補間はほとんど行われず、外観やディテールが劣ります。レンダリングのすべての面において同じことが言えますが、時間とメモリを重視するか、美しい見栄えを重視するか、難しいところです。

ボリュームのディテールが多くなるほど、シャドウに必要なセルも多くなります。セルが少ないままだと、シャドウでちらつきが発生します。ボリューム内のディテールが多く、シャドウをスムーズにするために大きなセルを使用する場合は、セルごとの入力サンプルの数を増やすと、優れたボリュームになります。

プレビュー

このページのオプションのみを使用して、このシェーダのエフェクトをプレビューできます。これによって、トラブルシューティングを行うときに、さまざまなオプションを切り離して最適化することができるので便利です。ただし、最終的なレンダリングでは、他のプロパティ ページの「実際の」設定が使用されます。

Framebuffer

このシェーダの一部のカラー チャンネルをフレームバッファにレンダリングすることができます。フレームバッファはレンダリングしたピクセル データの格納に使用され、次にバッファの内容がイメージ ファイルに出力され、プログラムの合成で使用することができます。フレームバッファ全般の詳細については、「レンダ チャンネルとフレームバッファ」を参照してください。

これらのオプションのいずれかで[メインバッファ内無し](Not in Main Buffer)を選択すると、そのチャンネルはフレーム バッファ内のみでレンダリングされ、メインのイメージ内ではレンダリングされません。

ファイナル ギャザリング

ファイナル ギャザリングは、フォトン エネルギーを使用せずに間接イルミネーションを計算する手段です。ライトのレイ キャストを使ってイルミネーションを計算する代わりに、ファイナル ギャザリングではオブジェクト サーフェイス上の各発光ポイントから発せられるレイ キャストを使用します。このレイを各ポイントの上の半球のサンプリングに使用し、レイが当たる対象物に応じてイルミネーションを直接的および間接的に計算します。

シャドウ

シャドウ

外側のシャドウにイルミネーション ライトを使用(Use Illumination Light List for Exterior Shadows)	パーティクル ボリュームは、イルミネーション リストにあるライトのみのシャドウを投射します。これによって、特定のライトのシャドウを取り除くことができます。
内側/自己遮へい(Interior/Self shadow)	内側のシャドウは、パーティクル ボリューム内部でレンダリングされるシャドウです。この設定により、ボリュームのサンプル ポイントにあるシャドウの計算方法が変わります。 [All light rays]: シェーダは、シャドウを計算するためにライト レイをすべて使用します。 [1 つのシングルシャドウレイ(より高速なエリアライト)](One Single Shadow Ray): シェーダは 1 つのレイをライトの方向に向けてパーティクル ボリュームの外面に投射し、自己遮へいを計算します(各ライトに 1 つのレイ)。続けて、ボリュームの外側のサーフェイスに当たるライトが追加されます。このモードにより、レンダリング エリアのライトが高速になります。 注: このオプションでは、シャドウがライトに対して有効になっているかどうかを無視し、常に自己遮へいを使用します。
シャドウ彩度(Shadow Saturation)	シャドウの彩度を変更します。 0.0: シャドウは密度のみの影響を受け、カラーの影響は受けません。 0.5: シャドウに少量のパーティクル ボリューム カラーが追加されます。 1.0: シャドウは完全にパーティクル ボリューム カラーの影響を受けます。
シャドウ カラーの調整(Adjust Shadow Color)	シャドウ カラーを調整します。

デフォルトのシャドウ レイ	シャドウ テーブル	テーブルが補間されたシャドウ テーブル

Render Tree の使い方

パーティクル ボリューム クラウド シェーダはパーティクル ボリューム エフェクトを作成するためのベースとなるシェーダです。ただし、ボリューム内で各パーティクルにシェイプを与えるために、これとともにパーティクル密度シェーダを使用する必要があります。

[Particle Volume Cloud]シェーダを使用する場合の基本的なワークフロー

[Particle Volume Cloud]シェーダのプロパティ エディタを開き、次のガイドラインに従ってセットアップを行います。

1. 最初に、[密度入力]を指定します(「密度」を参照)。[Particle Density]シェーダを[Particle Volume Cloud]シェーダの[Density]ポートに接続します。

   また、[Fractal Scalar]シェーダを[Particle Density]シェーダに接続して、密度にノイズを追加することもできます。

2. この時点ではカラーについては気にしなくて構いませんが、[アンビエンス]を白にしておきます(「カラー」を参照)。

3. ルックアップ テーブルをパーティクルのサイズに適切な値に設定する必要があります(「ルックアップ テーブル」を参照)。

   たとえば、パーティクルのサイズが 0.5 単位の場合で、パーティクルが空間で分離するときは、[セルサイズ]をあまり大きな値に設定しないでください。セル サイズを大きくすると、ルックアップ テーブルでディテール(空間内の単一のパーティクル)が見逃された場合、ブロックがレンダリングされないことがあります。

   ただし、設定値が小さすぎてもいけません。パーティクルのサイズが 10 の場合、セルサイズを 0.5 に設定しないでください。セルのサイズを小さくすると、レンダリング時間が長くなります。最初はこれを回避するようにします。

   [Particle Volume Cloud]シェーダに慣れたら、ルックアップ テーブルの開始値として適当な値が分かるようになるでしょう。

   ヒント:パーティクルのサイズまたはシェイプを変更した場合、またはクラウドのイルミネーションを変更した場合は、ルックアップ テーブルを調整するのを忘れないようにしてください。

4. ルックアップ テーブルに当てはまるルールは、マーチング ステップのサイズ(「マーチング」を参照)にも当てはまります。

   既定値を使用する場合は[シンプルモード]オプションを選択したままにできますが、調整を行う場合は[シンプルモード]オプションの選択を解除します。

   [最大適用サブディビジョン]については、多少のノイズを作成する値を使用します。値が大きすぎると、エフェクトに十分なディテールが適用されません。ただし、値が小さすぎると、レンダリング時間が長くなり過ぎます。

   パーティクルのサイズまたはシェイプを変更した場合は、マーチング ステップを調整する必要があります。

   シェイプとカラーの設定(Setting the Shape and Color)

5. 密度入力に戻ります。ここでボリュームを確認すると分かるように、一部の入力シェーダ/パーティクル属性および密度スライダが変更されています。

   • 密度入力としてフラクタル シェーダを使用する場合、最初はアンビエント テクスチャとして使用すると便利なことがよくあります。

   • テクスチャを見てください。特にパーティクルを形成する場合、最初にノイズのサイズを感覚的につかむ必要があります。

   • 手始めに、ノイズのコントラストを大きくします。これによって、ノイズ シェイプを確認しやすくなります。

6. [イルミネーション](「カラー」を参照): ボリュームの大まかなシェイプを確認し、白のアンビエント ライトでレンダリングしたら、イルミネーションを有効にして、シェーディング対象クラウドのワークフローをより快適にすることができます。

   • [アンビエンス]カラーを各 RGB 値で 0.2 に減らします。

   • [イルミネーション]オプションを選択します。

   • [イルミネーションライト]リスト(「シェーディング」を参照)にライトを追加します。上からの単純なディレクショナル ライトがよいでしょう。

   • ライトの[シャドウ]を有効にし、シャドウの[影]を黒に設定します。

   スライス]モード(Slices Mode)

7. 特にクラウドのシェイプを調整しようとしている場合、[スライス]モード(「プレビュー」を参照)を使用すると便利なことがあります。次の画像をヒントに、さまざまな[スライス]モードを試してみてください。

   次の例は、パーティクルを通るスライスです。パーティクルの密度入力シェイプにはフラクタルが使用されています。フラクタルの最初の値は 1 のままで、2 番目の値が次の画像に示すように調整されています。

   2 番目の値 = 1.0(シェイプに影響なし)	2 番目の値 = 0.5	2 番目の値 = 0.0	2 番目の値 = -0.5

   ルックアップテーブルの設定(Setting the Lookup Table)

8. このセクションに示されているようにルックアップ テーブルをセットアップします。

   ルックアップ テーブルのパラメータの詳細については、「ルックアップ テーブル」を参照してください。

[セルサイズ]: ボリューム シェイプ全体を対象とする

ルックアップ テーブルは、ボリューム オブジェクトの解像度が低くなったものです。オブジェクトのシェイプ全体を対象とする必要がありますが、ディテールは必要ありません。ディテールは入力テクスチャによって追加されます。

シェイプ全体を対象としない場合、ボリュームの一部が無視されない可能性があります。

• [プレビューモード](「プレビュー」を参照)を有効にし、[ルックアップテーブル]の[削減]の値を[---]に設定して、[ルックアップテーブルのレンダ]オプションを選択します。

• [セルの補間](「ルックアップ テーブル」を参照)を[補間無し]に設定します。これにより、セルのサイズをはっきりと確認できます。

• 次に、[セルの補間]を[リニア]に変更します。

A. クラウドの最終レンダ(この画像では[ルックアップテーブルのレンダ]はありません)	B. セル サイズが大きすぎる: 正確なシェイプは実際に認識可能ではありません。ボリュームの 2 つの「腕」がほとんど消えています。	C. 正確なセルサイズ: ボリュームのシェイプは認識可能ですが、これはシェイプのみにあてはまります。シャドウについては、次のセクションを参照してください。	D. セルが小さすぎる: ボリュームの周縁でもテクスチャを表示することができます。

[セルサイズ]: シャドウ全体を対象とする

ルックアップ テーブルには、クラウド全体のイルミネーション/シャドウ情報が保持されています。ボリュームにシャドウを落とす他の薄いオブジェクトまたはボリューム自体の小さなディテールから発生した小さなシャドウがある場合は、イルミネーションがちらつくことがあります。

ここで上の画像を見てみましょう。画像 C はシェイプに関しては適切でしたが、シャドウに関しては非常にハードで、ボリュームのエッジはくっきりしており、小さなディテールは既にシャドウを落としています。

右上の離れた小さなパーティクルはメインのパーティクル クラスタにシャドウを落としていますが、画像 C ではシャドウはほとんど消えており、大きなブラーがかかっています。これは間違いなくちらつきを発生させます。この場合、最終レンダのセル サイズは画像 C と D の間にする必要があります。

テーブルの線が表示されている限り(テーブルのみをレンダリングする場合)、恐らくアニメーションでちらつきが発生するでしょう。キュービック補間を使用し、セル サイズを小さくするか、イルミネーションのセルごとに複数のサンプルを使用してみてください。

キュービック補間

密度が中程度のパーティクルの場合、すべてのシャドウ ディテールを捕らえるのに十分な解像度がルックアップ テーブルにあるにも関わらず、ルックアップ テーブルの線が見えることがあります。

次の画像を見てください。ボリュームの中に入り込む青い線をたどっていくと、クラウドのイルミネーションの内側にも線が見えるでしょう。

[キュービック補間]を選択すると、線は消えます。

セルごとに複数のサンプル

通常、密度、カラー、イルミネーションでセルを満たすために使用されるのは、1 つのサンプルです。しかし、非常に薄い密度テクスチャの場合、このサンプルがテクスチャを逃す可能性があります。その結果、3 次元の(キュービックな)穴が開くことがあります(次の画像を参照)。

非常に小さくハードなコントラストを持つ密度テクスチャの場合、この領域の平均カラーがグレーであっても、サンプルがテクスチャ上の小さな白いポイントをヒットする可能性があります。その結果、ルックアップ テーブルのアルファでちらつきが発生します。

この問題を解消するには、セルごとに複数のサンプルを使用します([マーチング]ページで[シンプルモード](Simple Mode)オプションの選択を解除し、必要なパラメータを表示します。「マーチング」を参照)。

メモリ上限

シェーダには、ルックアップ テーブルの[メモリ上限]設定があります(「ルックアップ テーブル」を参照)。この上限がないと、あっという間にこのシェーダが少数の GB のメモリを占有することになります。その結果、レンダで mental ray を使用できなくなってしまいます。

シーケンスの動作が不適切になるので(フレーム間でちらつくルックアップ テーブルなど)、ルックアップ テーブルの自動縮小は不可能です。

メモリ上限に達すると、シェーダからログ ファイルに、テーブルが何 MB のメモリを占有しているかを通知する警告メッセージが発行されます。

レンダリングするたびにログを確認することは恐らくないでしょうし、ファーム レンダリングされたシーケンスでは単一のフレームなのでログを確認できないため、シェーダはルックアップ テーブルを 20 x 20 x 20 に縮小し、ボリュームを赤色に変えます。赤色のボリュームは基本的に、シェーダを現在の設定のままにするとメモリをすべて消費してしまうという警告です。

ここで、使用されるメモリを小さくするための手順を説明します。

• セル サイズの縮小: これが最初の手順です。前述したセル サイズに関するヒントを参照してください。ちらつきが発生する場合は、セルごとに複数のサンプルを使用してみてください(密度とイルミネーション)。

すべての方向でセル サイズを小さくできない場合は、1 つの軸だけで小さくしてみてください。たとえば、ライトが上から照射される場合は、上から下の方向により多くのシャドウ ディテールが必要です。

• セル サイズのアニメート: クローズアップしてみたところ、質の高いシャドウが必要だけれど、別のフレームに合計ボリュームが表示される、ということはないでしょうか。[セルサイズ]の値をアニメートしてみてください。

• [メモリ上限]の値を増やします(既定では 1250 MB)。

• 機能の無効化: ルックアップ テーブルでは、有効にしている機能に応じて占有するメモリの量が異なります。

  	[イルミネーション]と[アンビエントオクルージョン]
  +14%	法線シェーディング、メイン ライトのみ
  +43%	法線シェーディング
  +86%	散乱

• パーティクル ボリューム サイズの縮小: パーティクルの一部をレンダリングしているだけの場合でも、放出したパーティクルが消滅するまでシーン全体を飛び回っていることがよくあります。パーティクルがカメラの前を通り過ぎた後にこれらのパーティクルを消滅させる障害物を使用すれば、多くのメモリを節約できます(ビュー エリアの外からくるシャドウや反射を検討してください)。

• 自動バウンディング ボックスとマニュアル バウンディング ボックスの組み合わせ: 多くのパーティクルが見えない場合(自分がカメラの後ろにいる場合など)、レンダリングにパーティクル オブジェクト全体を含める必要はありません。マニュアル バウンディング ボックスを使用すると、パーティクル オブジェクトの自動バウンディング ボックスを制限できます。たとえば、[マニュアルバウンディングボックス]オプションと[カメラ座標を使用]オプションを選択し、最小と最大のバウンディング ボックス サイズを負の Z 方向(カメラの後ろ)に制限します。

• 軸に並列したボリューム: ルックアップ テーブルは軸に並列しています。パーティクル ストリームが斜めに動く場合、空の領域で多くのセルを無駄にすることがあります。そのような場合は、シーンのワールド(カメラ、ライト、エミッタ、フォース)を回転させるか、パーティクル オブジェクトを回転させます。

テーブルへの切り替え

密度が高くハイクオリティなボリューム構造では、ごくまれにルックアップ テーブルが表示される場合があります(次の最初の画像を参照)。

この問題を解決するには、[マーチング]ページで[シンプルモード](Simple Mode)オプションの選択を解除します。

続けて、[入力テクスチャを評価するのはボリューム密度が下で設定する値の場合のみ](Evaluate input textures only if volume density is between)パラメータの[最大]の値を大きくします。