Final Gathering

简介

Final Gathering（简写FG)的中文意思是 最终聚集 。FG是一种模拟全局照明的全新计算技术，可以快速计算出质量相当不错的（间接）照明效果，并且使用简单，易于控制，大量应用于电影工业，非物理学精度的建筑工业设计等许多可视化领域。

FG的计算不是以物理学精度为基准的，即便如此，FG的照明效果看上去还是十分真实。因此，对于精度不高的设计领域，FG甚至可以完全取代GI光子模式的全局照明。因为在这些领域中，渲染结果是否精准已经不再重要，只要看上去让人赏心悦目就可以，如果渲染的物理学精度要求很高，最好还是使用GI光子计算场景的间接照明效果。

FG的主要使用方式

* 单独使用。场景不需要任何照明光源，整个场景的照明都是以 FG采集环境或某物体表面颜色（或纹理）中的能量 的形式计算出来的。现在，该方式已经成为FG应用的主要领域，也是这几年兴起的所谓场景 图像/图片照明 的主要应用方式，计算效果十分逼真。

* 与场景中的直接照明光源结合使用。此时，FG的主要作用是为场景中的 背光区域 创建间接照明效果，当然，对向光区域也会有一定影响。

* 与直接照明、GI光子结合使用。从理论上讲直接照明与GI光子的结合可计算出十分准确的渲染效果，但从某些个别的角落、缝隙等细节还是得不到充分的照明能量。 看上去 总让人感觉不舒服，与FG结合使用则可以彻底解决此类问题。从FG计算原理可知，FG尤其适于提高某些幽暗角落的亮度。另外，FG还可以消除GI光子计算中经常出现的成片的 污渍 现象。从某种角度上来说，FG与GI光子结合使用也提高了FG计算的精确度，使FG场景的整体照明效果更接近于物理学精度。当FG与GI结合使用时，可减少GI光子的发射数量、GI光子的总能量值及每个 FG点 上发射的 FG采样射线 数量，这样可以提高渲染速度，而渲染质量又不会受到太大的影响。

Final Gathering计算原理

Final Gathering是模拟 全局照明 效果的一种特殊技术（不是焦散）。与 光子 形式的全局照明不同，它本身没有任何发光或照明作用。FG的主要工作原理是：在每个FG计算点上方，整个半球区域中的所有方向上发射大量 FG采样射线 （发射FG采样射线的点称为FG点），用这些FG采样射线采集场景中的不同点处（主要是Diffuse表面上）的照明能量，然后把采集到的能量返还给发射 FG采样射线 的FG点，FG点会对每条 FG采样射线 返回的能量值进行平均化处理，最后mental ray把相邻的不同的FG点中的能量均衡在一起，从而计算出表面上每一点的全局照明效果。

Final Gathering相关属性参数说明

1 Final Gathering部分中的属性

（1）Final Gathering（最终聚集）

Final Gathering用于打开或关闭FG计算功能。默认为关闭状态

（2）Accuracy（精度）

该属性控制每个FG点上发射的FG采样射线数量，用于采集并计算FG点处的间接照明能量。默认值是100，适用于预览级别的渲染，在最终渲染时，应该使用更高一些的数值。提高Accuracy的数值可以适当减少间接照明中的 噪点 ，但同时也会延长渲染时间。

（3）Point Density（FG点密度）

Point Density的取值范围为0.001~∞，当Point Density大于一并逐渐增加时，FG点的数量（密度）会成倍增加，比如Point Density=2时，产生的FG点数是Point Density=1（默认值）（mental ray自动计算出来的数量（密度））时的两倍。当Point Density大于0.001小于1时，可减少FG点的数量。

（4）Point Interpolation（插补计算时使用的FG点数量）

渲染真正开始后，当摄影机主采样射线投到某个表面点A，并要求计算改点的FG间接照明效果时，mental ray就会查找A点周围距离最近的N个FG点，并在这N个FG点之间进行插补计算，静儿得出A点最终的间接照明效果。这个N值就是Point Interpolation属性指定的数值。

Point Interpolation的默认值是10，提高该属性数值刻使FG效果更平滑，但渲染时间不会有明显改变。虽然此值越高，FG的间接照明效果越平滑，但层次感会减少，细节表现力也会相应降低。一般数值在10~50之间取值即可。

（5）Primary Diffuse Scale（首次Diffuse采样应用比例）

Primary Diffuse Scale用于控制FG采样射线首次与Diffuse表面碰撞时所采集到的间接照明能量（强度和颜色）在整个场景中的使用比例。这是一个 RGB 形式的属性，可以分别在红、绿、蓝色基础上定义FG间接照明能量的使用比例，同时它又是一种 增效器 ，因为最终的FG间接照明效果是该属性与FG实际计算出来间接照明数据的 积。

（6）Secondary Diffuse Scale（次级Diffuse表面采样应用比例）

这也是一个比例因子，对FG采样射线 第一次碰撞以外的 第二、三 N次（反/折射）碰撞所返回的信息数据进行缩放。

（7）Secondary Diffuse Bounces（Diffuse 方式的次级传播采样次数）

用于Final Gathering计算中，除首次以外Diffuse传播采样之外的次级传播碰撞采样的次数（包括反\\折射）。

增大此属性数值可以为FG计算收集更多的间接照明能量，于此同时，FG在 Color bleeding颜色外溢 上的表现也会变得出色，还可以大大改善场景角落处过于幽暗的不自然现象，但同时也会增加场景计的渲染计算时间。

2 Final Gathering Map部分中的属性

（1）Rebuild（重建）

Rebuild有三个选项：On、Off、Freeze。默认值是On。

* On（打开）：忽略所有现存的FG点分布图，重新计算全部FG点，并且Primary Final Gathering File属性指定的FG点分布图文件将被新计算出来的FG点分布图完全覆盖。

* Off（关闭）：不进行FG的重新计算，直接载入并使用Primary Final Gathering File属性指定的FG点分布图文件。

* Freeze（冻结）：Freeze选项主要用于动画中帧图像渲染。

（2）Primary Final Gathering File（主要FG点分布图文件）

Primary Final Gathering File用于指定储存主要FG点分布图的文件名，也是mental ray载入或读取的FG点分布图玩的文件名。这样mental ray就可以把前一帧或以前计算出来的FG结果应用到当前的渲染计算中。

（3）Secondary Final Gather File（次要FG点分布图文件）

通过这个属性可以为渲染时的FG点提供多个FG点分布图文件。这样就可以利用同场景中其他摄影机渲染计算出来的FG点分布图，并且在最终渲染时把它们合并在一起。另外，新加入的次要FG点分布图也可以应用于动画的其他帧上。

（4）Enable Map Visualizer（激活FG分布图查看器）

Enable Map Visualizer的作用是告诉MAYA，在渲染完成之后把 FG点分布图 中记录的FG点显示在场景视图中。

（5）Preview Final Gather Tiles（预览FG的计算过程）

打开此选项后，在进行FG点计算时，可以子啊渲染预览窗口中看到FG点的计算过程。如果关闭，mental ray进行FG点的计算时，渲染预览窗口会是一片黑暗，直到正式渲染阶段时，才会有显示。

（6）Precompute Photo Lookup（预算光子查找）

当 同时 使用光子图及FG计算场景中的间接照明且打算对光子图进行储存并重复使用时，打开Precompute Photo Lookup选项可以节省大量的渲染计算时间。

（7）Diagnose Final Gather（诊断FG）

打开本属性可以利用mental ray的错误诊断系统对FG点的计算与应用进行监测，以便更好的调整Final Gather的各选项数值，使FG点的分布更合理。、

3 Final Gathering Quality部分中的属性。

（1）Filter（过滤）

此属性是一个 亮斑过滤器 ，它可以把FG点发射的少部分FG采样射线所返回的 极端 过量采样结果过滤掉，防止他们影响当前FG点（间接）能量计算的整体效果。当Accuracy数值很小时，即，FG点发射的FG采样射线数量很少时。Filter=0反而会使能量的采集更合理、准确，因为 为数不多 的每条FG采样射线都代表着环境不同方向上的照明能量值。

Filter数值越高，过滤的高亮度数数值越多，对渲染图像中的 亮斑 的过滤效果就越明显，从而使采样对比关系更柔和。通常的取值范围是1~4。

（2） Falloff Start，Falloff Stop（衰减起始距离、衰减终止距离）

此属性可以有效地限制FG采样射线的采样范围，阻止远距离物体影响到当前FG点的计算。现实世界中，物体如果距离 某点 较远，那么光线投射到该物体上再反弹到 某点 时的照明效果已经微乎其微了，它的间接照明实际上起不到什么大作用。

使用Falloff Start，Falloff Stop的另一个好处就是降低系统对内存的需求，从而把有限内存用到更需要它的地方，进而提高渲染速度。

4 Final Gathering Tracing部分中的属性

（1）Reflections（最大反射次数）、Refractions（最大折射次数）、Max Trace Depth（最大追踪深度，也是反、折射的总次数）。

通常这三个属性的数值都不会超过2，因为没有太大的意义。

（2）Optimize for Animations（动画渲染优化/多帧模式开关）

此属性的作用是把FG的计算切换到 multi-frame 模式，多帧模式是为摄影机的飞行动画专门设计的FG模式。

（3）Use Radius Quality Control（用Radius控制FG计算质量）

只有打开本属性，下面的Max Radius、Min Radius、View三个属性才处于可用状态。

（4）Max Radius、Min Radius（最大半径、最小半径）

此属性决定 插补 或 外推 计算的最大、最小有效半径，即进行插补 或 外推计算时，允许使用使用的FG点的最大、最小散布半径。

当Max Radius、Min Radius都等于0 时（即让mental ray自动计算最大值、最小值），mental ray总是以整个场景的边界宽度为基础，这样虽然可以提高渲染速度，但是计算的结果往往并不理想，尤其不适合于较为复杂的几何物体。行业内的一个通常做法是，以场景边界宽度的十分之一作为Max Radius的数值，然后再把Max Radius除以10作为Min Radius的数值。

（5）View（Radii in Pixel Size）（以像素为测量单位）

关闭View时，Max Radius、Min Radius是以场景世界空间的单位为基础的;打开View时，则用渲染图像的 像素 作为Max Radius、Min Radius的基础测量单位。