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1Mentalray的基础介绍

1）要了解Mentalray的原理首先我们要知道以下几种渲染器算法：

常见的软件渲染算法有扫描线，光线跟踪，光能传递3种

扫描线算法scan-line：扫描线算法很简单，它的基本思路是把三维场景根据摄像机的设置进

行二位投影，然后把投影分割成小块，逐步进行计算的方式。这种算法最大的好处就是速度

快，几乎所有渲染器都支持扫描线算法。首先，将三维场景中的物体沿摄像机矢量方向的反

方向进行投影，并计算z通道，和采样点的颜色信息。然后利用这些信息最终求出渲染图像

中每一个像素的颜色值。代表软件renderman

光线跟踪算法raytracing：光线跟踪的计算方法与现实生活中的成像原理十分相似，它是计

算由光源发射的光线，把它看作是无限长的射线，当遇到反射或折射时改变方向，遇到漫反

射面或无物体阻挡时结束，在真正计算实则是逆向求解。这种算法的好处就是能真实地再现

物体之间的折射和反射，可以很容易的渲染出照片质量的图片。代表软件mentalray.

光能传递算法Radiosity：是基于真实的热辐射传递公式的算法，它将场景分为许多大小不

同的面，逐个计算光线在每个面上辐射的值，经衰减后，再传递到对应的方向的面，如此下

去，直到光线的能量低于我们设定的值。由于这种算法完全以物理学原理为模型，所以效果

非常真实，但是速度非常慢，一般只用于静桢。代表软件maxwell

硬件渲染：完全由显卡计算出的画面，多用于粒子的渲染，游戏画面的制作和wed3d。渲染

效果取决于显卡。代表软件CgFX

对渲染算法和渲染器的了解，对工作效率的提高至关重要。

2）Mentalray渲染器的几大模块

以Maya2008为例，Mentalray的渲染设置窗口有别于前几个版本，将功能分类的更加详细

主要区域分为：品质设置（QualityPrets）、渲染功能(RenderingFeatures)、反锯齿设置

（Anti-AliasingQuality）、光线追踪设置（Raytracing）、阴影设置（Shadows）、运动模糊（Motion

Blur）、焦散和全局光照（CausticsandGlobalIllumination）、最终聚集（FinalGathering）、渲

染诊断（Diagnostics）、渲染设置（RenderOptions）、帧缓冲（Frambebuffer）、轮廓线（Contours）、

毛发转换（Translation）、预览（Preview）、习惯定制（CustomEntities）、环境设置（Environment）

如图：

图8.1.1-01Mentalray设置窗口

3）其中我们主要学习：焦散和全局光照（CausticsandGlobalIllumination）、最终

聚集（FinalGathering）两个部分。

焦散和全局光照（CausticsandGlobalIllumination）：

如果光线照射到物体后又经过反射等方法照亮其它物体的话，就产生了所谓的间接照

明，比如一面可以反射光线的镜子，或是可以漫反射光线的白墙。GI(globalillumination)就

是一种可以获得间接照明的方法。GI是用模拟的方法来得到光线反复反射的效果的

光线在物体上的反射可以分为3种情况：漫反射光滑反射镜面反射

漫反射是指光线照射到受光物体后，反射出来的光线方向被均匀地分配在一个半球状的空

间中。镜面反射是指光线照射到受光物体后，反射出来的光线以镜相方式改变了方向，反

射角等于入射角。光滑反射和镜面反射差不多，不过反射出来的光线方向并不象镜面反射

那么单一。

在计算机图形学中，光滑反射是比较常见。其实本质上光滑反射和镜面反射的原理是一样

的，只是在现实中不存在绝对光滑的物体表面，大多数看似十分光滑的表面其实都有很多

肉眼看不见的微小粗糙。所以最后我们只能得到光滑反射。

镜面反射与折射产生的聚焦和散焦可以产生caustics(焦散线)，然后照射到一个有漫反射属

性的物体上。比如说，有折射效果的水杯会投射caustics到有漫反射属性的桌子上，一面镜

子也可以实现类似的效果(反射)。还有一个典型的例子就是光线穿过有折射属性的水面到达

游泳池的底部。还有一点，就是caustics也具有GI的功能(间接照明)。

图8.1.1-02三种反射的说明图例

但是，MR视caustics和GI为不同的照明方法，并独立的控制它们

causticst和GI最少有两种明确的用处：

1.从光学上精确地再现自然环境中的光线作用效果,比如写字楼内部的光线

2.模拟真实光线，用与影视娱乐业与商业。在这个领域里不在乎光学理论上的精确性，只要

看着真实就可以了。

MR用两步计算GI。

第一步，光源发射很小的并带有能量的小包裹(我们叫它光子(photons))发射到场景中。我们

要追踪这些光子在场景中反弹的路线。其中一些光子会被物体吸收或被反弹到无限远的空间

里。当光子与一个物体相撞，它可以被反射，发射或吸收。当一个光子经过所有漫反射表面

的物体并产生了路线之后，就会被储存到一个可以描述三维空间的数据结构里，这就是光子

图。光子被不断射出直到达到要求数量的光子都储存为止，或者也可以指定一个最多可射出

光子的数量。

第二步，在渲染时物体还是被局限照明照亮，然后我们找到离照明点比较近的光子并以它的

光子图为依据对场景进行补偿以达到间接照明的目地。

这样任务就很清楚地被分来了：直接照明用局部照明实现，而间接照明用GI。局部照明只

处理多光源到被照明点为直线的光线(可能但阴影削弱)，GI则处理反射光线。

GI和caustic唯一不同的地方在于GI的光子是按漫反射通道（diffupath）反射的，而caustic

的光子是按镜面反射通道（specularpath）反射。

4）知道了原理下面让我们详细认识一下GI和Caustic的各项参数

因为GI、Caustic和FinalGathering的渲染是和灯光分不开的，所以下面也会连带介绍一下

Maya灯光中的Mentalray属性。

图8.1.1-03GI、Caustic的渲染参数

图8.1.1-04

图8-1-4AreaLight、DirectionalLight、PointLight、SpotLight的光子设置（AmbientLight、VolumeLight

是无法发射光子的）

图8.1.1-05FinalGathering设置面板

Mentalray的基础介绍就到这里，下节课我们结合实例具体学习Mentalray的强大功能。