プライマリサンプルとセカンダリサンプルの関係性を理解すると、レンダリング時にKarmaが使用する光線の最大数を 推定 しやすくなります。 ユーザ設定、オブジェクト単位のオーバーライド、アルゴリズムが絡むと、その正確な数を予測することは不可能です。 これらのパラメータがお互いにどのように影響を与えるのか理解することがパフォーマンス問題のデバッグに役立ちます。

Karmaが使用する光線の数は、各ピクセルに対して送信されるプライマリサンプルとセカンダリサンプルの合計数で決まります。 選択した Convergence Mode もこの推定値に影響しますが、 Pixel Oracle はプライマリサンプルの数にのみ影響します。

[Primary Samples] + [Secondary Samples]

[Primary Samples] *
([Max Direct Samples] + [Max Indirect Samples])

[Number of Lights Sampled] *
[Light Sample Quality] * [Max Secondary Samples]

[Max Secondary Samples] * [Diffuse Quality] +
[Max Secondary Samples] * [Reflection Quality] +
[Max Secondary Samples] * [Refraction Quality] +
[Max Secondary Samples] * [Volume Quality] +
[Max Secondary Samples] * [SSS Quality]

[Primary Samples] + [Secondary Samples]

[Primary Samples] *
([Max Direct Samples] + [Max Indirect Samples])

[Number of Lights Sampled] *
[Light Sample Quality]

[1 Randomly-Chosen Indirect Sample]

オーバーサンプリング(指定した品質レベルに必要な光線数よりも多くの光線が送信されている)とアンダーサンプリング(指定した品質レベルを達成するには光線数が少なすぎる)は、レンダリング速度が低下する原因です。 プライマリサンプルとセカンダリサンプルの違いを理解することで、Karmaをより効果的に活用できるようになります。

Karmaは、Pixel Oracleを使用して、 適応した プライマリサンプルに対応しています。 Pixel Oracleは、Karmaが各ピクセルから光線を放射するときに使用するロジックを表現します。 現在のところ、Karmaには、 Variance と Uniform の2つのPixel Oracleが同梱されています。

デフォルトでは、Karmaは Variance Oracle を使用します。このVariance Oracleは、隣接ピクセル間の差異を検出します。 これによって、追加の各サンプルが最終ピクセルカラーにほとんど影響しなくなった時点でプライマリサンプルの送信を停止することで、プライマリサンプルの過剰な送信を防ぎます。 Karmaは少数のプライマリサンプルを送信し、その後、Variance OracleがピクセルとOracleの Variance Threshold の比較を開始します。 現行ピクセルと隣接ピクセルの前のサンプル間のバリアンス(差異)がその閾値内に収まると、Karmaはそのピクセルに対してプライマリサンプルの送信を停止します。

Uniform Oracle は、単純にシーン内のすべてのピクセルから同じ数のプライマリサンプルを送信します。 極端な被写界深度(DOF)やモーションブラーが画像を支配しているような時はUniform Oracleに切り替えると良いでしょう。 そのような場合だと、Karmaは結局のところすべてのピクセルを完全にサンプリングすることになるので、バリアンス測定はただオーバーヘッドを増やすだけです。

Convergence Mode (収束モード)は、Karmaがセカンダリサンプルをシーンに送信するタイミングを決定するのに使用される策略です。 Karma CPUは Automatic と Path Traced の2つの収束モードに対応しているのに対して、Karma XPUは Path Traced モードしか対応していません。 コンバージェンスモードはセカンダリレイに特に影響しますが、特にKarma CPUの場合、必要なプライマリレイサンプルの数にも影響を与える可能性があります。 Convergence Mode は特にセカンダリ光線に影響しますが、必要となるプライマリサンプルの数に影響する可能性があり、特にKarma CPUがそうです。

次の章では、特にKarma CPUとKarma XPUの収束モードについて詳しく説明します。

光線が永遠と進んでしまうのを回避できるように、Karmaはタイプ毎の“バウンス”制限を備えています。 Karmaで求めるルックを得るのに十分な間接サンプルを取得できるようにするには、これらの制限を上げる必要がある場合もあります。 ガラスや液体のマテリアルを含んだシーンの品質を向上させたい場合、通常、屈折の制限を上げると効果的です。 また、ボリュームでも制限を上げた方が、ボリュームライティングの微妙な効果を捉えられるようになります。

制限を上げると、レンダリング時間が大幅に増加してしまう可能性があり、 ノイズを解消するのにはさらに多くの光線が必要になってしまいます。 目的のルックを得るのにどうしても必要な時にのみ制限を上げるように注意してください。

Limits Render Properties

Diffuse Limit

ディフューズ光線がシーンを伝搬できる回数。

Reflect Limits や Refract Limits と違って、このパラメータは、シーン内の全体のライトの量を増やし、グローバルイルミネーションの大部分に寄与します。 このパラメータを0より大きく設定すると、Diffuseサーフェスは、直接光源に加えて、他のオブジェクトからのライトも蓄積します。

この例では、 Diffuse Limit を上げて、最終画像の見た目に劇的な効果が出ています。 現実的な照明環境を模倣するには、 Diffuse Limit を上げる必要があることが多いです。 とはいえ、ライトの寄与度は通常ではDiffuseバウンス毎に小さくなるので、 Diffuse Limit を4よりも大きく上げても、シーンでの視覚的な忠実性の改善はほとんどありません。 さらに、 Diffuse Limit を上げると、ノイズレベルとレンダリング時間が劇的に増える可能性があります。

これは、すべての制限がサンプル毎に確率的に選択されるので浮動小数点値になっています。 そのため、例えば、 Diffuse Limit を3.25に設定すると、光線の25%の Diffuse Limit が4、75%の Diffuse Limit を3に設定することができます。

Reflection Limit

光線がシーン内で反射できる回数。

この例では、2つの鏡の間に配置した被写体を使った典型的な“鏡のホール”のシナリオを載せています。

これは、実質的に無限に続く反射を作成しています。

光源がオブジェクトで一度反射すると、それを直接反射と見なされることを覚えておいてください。 そのため、 Reflect Limit を0に設定しても、まだ光源のスペキュラー反射が見られます。

このカメラ角度では、その反射制限が非常にわかりやすく、最終画像の精度に大きく影響していることがわかります。 しかし、ほとんどの場合では、その反射制限を巧妙に調整することで、シーン内の反射の数を減らすことができ、レンダリング時間を最適化することができます。

これは、すべての制限がサンプル毎に確率的に選択されるので浮動小数点値になっています。 そのため、例えば、 Diffuse Limit を3.25に設定すると、光線の25%の Diffuse Limit が4、75%の Diffuse Limit を3に設定することができます。

Refraction Limit

このパラメータは、光線がシーン内で屈折する回数を制御します。

この例では、10個のグリッドすべてが1列に並んだ単純なシーンを載せています。

屈折のあるシェーダを適用することで、それらのグリッドを通じて、背景の夕焼けの画像を見ることができます。

このカメラ角度では、画像の精度を良くするためには、屈折制限をシーン内のグリッドの数に合わせなければなりません。 しかし、ほとんどのシーンでは、この数の屈折オブジェクトすべてが一列に並ばないので、最終画像に影響を与えずに屈折制限を下げることができます。 それと同時に、レンダリング時間が短くなります。

この Refract Limit は、オブジェクトの数ではなく、光線が通過しなければならないサーフェスの数を参照していることを覚えておいてください。

光源がサーフェスを一度屈折すると、それを直接屈折と見なされることを覚えておいてください。 そのため、 Refract Limit を0に設定しても、まだ光線の屈折が見られます。 しかし、シーン内のほとんどのオブジェクトは、最低でも2枚のサーフェスを持つので、その光源と直接屈折が最終レンダリングではあまりわからないことが多いです。

これは、すべての制限がサンプル毎に確率的に選択されるので浮動小数点値になっています。 そのため、例えば、 Diffuse Limit を3.25に設定すると、光線の25%の Diffuse Limit が4、75%の Diffuse Limit を3に設定することができます。

Volume Limit

ボリューム光線がシーンを伝搬できる回数。これは Diffuse Limit パラメータと同じように動作します。

Volume Limit パラメータを上げると、よりリアルなボリューム効果が得られます。 これは、特にボリュームの一部のみが直接照明を受けている状況で顕著です。 さらに、ボリュームオブジェクトが他のオブジェクトからの間接照明を受けるためには、 Volume Limit パラメータを0よりも大きく設定しなければなりません。

Volume Limit を0より大きい値に設定すると、Fogボリュームは、ボリュームを通過するライトから、あなたが求めている独特の光の散乱を行ないます。 しかし、 Diffuse Limit と同様に、一般的には、ライトの寄与度は、光線が跳ね返る度に小さくなるので、4より大きい値を使用しても、目で見てわかるほどに現実的な画像になるとは限りません。

また、このパラメータの値を上げると、ボリューム画像のレンダリングに費やされる時間が劇的に増える可能性があります。

これは、すべての制限がサンプル毎に確率的に選択されるので浮動小数点値になっています。 そのため、例えば、 Diffuse Limit を3.25に設定すると、光線の25%の Diffuse Limit が4、75%の Diffuse Limit を3に設定することができます。

SSS Limit

SSS光線がシーン内を伝搬することができる回数。 これは、 Diffuse Limit パラメータと同様の方法で動作します。

これは、すべての制限がサンプル毎に確率的に選択されるので浮動小数点値になっています。 そのため、例えば、 Diffuse Limit を3.25に設定すると、光線の25%の Diffuse Limit が4、75%の Diffuse Limit を3に設定することができます。

各レンダーデリゲートのサンプリング設定の多くは、シーン内のオブジェクト上にも設定することもできます。 ライト毎の設定とオブジェクト毎の設定は、通常ではグローバル設定の乗数です。 プロパティの説明に“scale”や“multiplies”の記載がない場合、そのプロパティは、それに呼応するグローバルプロパティをオーバーライドします。

また、レンダーデリゲートまたは収束モードが特定のサンプリングスタイル/機能に対応していなかった場合、オブジェクト毎のオーバーライドは効果がないことに注意してください。

サンプリングとノイズをもっと理解したいのであれば、あなたが選定したレンダーデリゲートの次の章に進んでください。