Vred渲染技術在汽車設計中的應用

黃太強 陳燕南 胡美齡 鄧夢詩

東風商用車有限公司技術中心 湖北省武漢市 430056

1 引言

在汽車渲染設計行業里，當前主流渲染軟件有三個：RTT DeltaGen、Autodesk Showcase、Autodesk Vred。RTT DeltaGen原是由德國供應商RTT開發的虛擬現實軟件，后被達索系統收購，作為達索系統3Dexperience平臺下的可視化解決方案使用；RTT功能強大，使用方便，視覺質量極其優異，數據準備能力十分出眾，但明顯的缺點是對硬件需求極高，價格昂貴，只適用于高端行業用戶。Autodesk Showcase是由行業著名的設計軟件Autodesk開發的虛擬現實軟件，常常與Alias軟件相結合，為客戶提供可視化解決方案；其特點是歷史悠久、功能完善、易于使用和對硬件要求低，但是視覺質量和產品性能較差。Autodesk Vred原是由德國供應商PI-VR開發的優秀虛擬現實軟件，后來被Autodesk收購，作為Showcase的替代方案，參與汽車可視化市場競爭；Vred不但功能豐富、上手簡單、數據交換能力出眾，而且對硬件要求適中，是該領域十分有力的競爭者。本文就以邁凱輪P1為例，概述Vred在汽車設計中的應用。

2 Vred汽車渲染設計流程

作為Autodesk旗下著名的汽車渲染軟件，跟被替代的Showcase一樣，Vred常常與Alias相結合，通過圖1所示工作流程共同完成汽車渲染設計。

3 Vred渲染技術在邁凱倫P1上的應用

3.1 在Alias中對P1數據劃分圖層

可以按照材質劃分，亦可按照零件劃分。按照材質劃分便于為對象添加材質，但當相同材質內的對象涉及運動特效時，按材質劃分方式的缺陷就顯示了出來。例如車子前后左右四個輪胎，若按材質劃分那么這四個輪胎就在同一個圖層內，在Vred中按圖層選擇時四個輪胎就是一個整體，其幾何中心是這四個輪胎整體所在長方體的幾何中心，而非四個輪胎各自的幾何中心，在添加運動特效后，四個輪子因幾何中心的錯誤而不能按照正確的軌跡進行旋轉。若按照零件進行劃分，雖然可以避免類似車輪運動特效的問題，但因整車上共享同一種材質的零件過多，在Vred中選擇起來略顯麻煩。當然Vred軟件本身也具有將對象在圖層內移動，將圖層拆分重組的功能，但相比而言Alias的這些操作更為方便。通常情況下，我們會結合材質劃分和零件劃分的優缺點，將不參與運動的零件按照材質劃分，把參與運動的零件按照零件單獨劃分出來。

圖1 工作流程

3.2 將P1數據導入Vred軟件

因Vred具有強大的數據交換功能，另一方面與Alias又同屬于Autodesk公司旗下設計軟件，所以可以直接將P1的Alias數據拖入Vred軟件中。拖入后會彈出圖2所示“導入選項”對話框，“細分”卷展欄保持默認設置，“場景”卷展欄設置如圖2所示。勾選“原點中心”，導入的模型就會被放置在坐標原點上；勾選“放置在地面上”，模型中最低點的車輪就會與地面相接觸；勾選“調整對象尺寸”，拖動進度條，軟件就可以根據導入對象所屬大小類別（例如手機、汽車、飛機等）自動縮放對象，使對象以合適的大小在環境中顯示。如果導入的對象沒有原始材質，可能會使渲染窗口顯示為死黑一片，此時激活頭燈即可，但在布光和渲染過程中要關閉頭燈。

圖2 導入選項對話框

3.3 場景優化

當整車數據導入軟件后，使用鼠標左鍵旋轉視口會發現，電腦系統的響應速度特別得慢，這時我們就需要對場景進行優化。在菜單欄中執行文件＞優化場景，彈出圖3所示“優化場景”對話框，選擇“優化幾何體”，點擊“確認”。

圖3 優化場景對話框

3.4 保存Vred初始文件

其他格式的文件雖然可以被Vred軟件打開，但是所需要的時間較長，為了便于下次打開，通常會對初始文件進行保存。點擊“文件”，在下拉菜單中點擊“保存”即可。

3.5 統一法線

法線是指垂直于物體表面的向量，在Vred軟件中，法線分兩種，面法線和頂點法線。通常情況下，除場景中的天空外，其他對象的法線都要求方向朝外，在法線診斷模式中以綠色呈現，其他顏色表示相應對象法線錯誤。

在Vred中，法線的統一分兩步。首先執行可視化＞頂點/面法線渲染，進入圖4所示法線診斷模式；然后在該模式下執行場景 ＞幾何體編輯器，通過圖5所示“幾何體編輯器”來統一法線。通常情況下，藍色表示面和頂點的法線均朝內，點擊“面和頂點”即可；紫色表示頂點法線朝內，面法線朝外正確，點擊“頂點”即可；而金色是指面法線朝內，頂點法線朝外正確，點擊“面/曲面”即可。最終P1以全綠形式顯示，完成法線統一。

3.6 回到真實渲染

材質的添加，調整以及后期工作都是在真實渲染模式下完成的，在完成法線統一后需要從法線診斷模式切換到真實渲染模式下。執行可視化 ＞真實渲染即可。

3.7 為對象添加材質

Vred的材質與Vray、Mental Ray等渲染器不同，它并不鼓勵用戶通過調整某些標準材質（如VrayMtl、Arch&Design）來獲取所需要的效果；而是事先將各種工業表現用的常見材質進行分類整理，為不同的材質類型設定不同的默認效果、提供不同的特殊選項。這樣雖然會導致Vred材質在深度調整上存在一定的局限，但在保證一定質量的前提下為用戶提供了一種快速便捷的解決方案。接下來就以車漆材質為例，為邁凱倫P1添加材質。

圖4 法線診斷模式

執行場景 ＞材質編輯器，在彈出的“材質編輯器”對話框中執行創建/轉換＞創建材質＞金屬車漆，在“材質編輯器”對話框中便有了“金屬車漆”材質；選中P1中屬于“金屬車漆”的零件，在“材質編輯器”中右鍵“金屬車漆”，然后選擇“應用于選定節點”便將該材質賦給了相應的零件上。調整材質參數至圖6所示金屬車漆效果，初步完成車漆材質賦予。同理，為P1添加碳纖維、玻璃、反光塑料等材質，當所有材質添加完成后渲染觀察最終效果，如不滿足設計要求，可對材質進行微調，整車材質效果如圖7所示。

3.8 為車輪添加運動模糊特效

Vred除了可以為對象添加材質等外，還可以模擬照相機為對象添加一些特殊效果，例如景深效果、光暈效果、運動模糊效果等。接下來就以左前車輪為例，為車輪添加運動模糊效果。

圖6 金屬車漆效果

圖7 整車材質效果

圖8 變換設置

首先是對象成組，將左前輪所有參與旋轉的對象放置到一個群組里面，以便于其共享同一個旋轉中心。在保持旋轉對象被選擇的狀態下激活“變換”工具，然后在旋轉軸卷展覽通過點擊“移動到對象中心”設置旋轉中心，在“軸”下拉選項中選擇“Y軸”確定旋轉軸，勾選“顯示軸”即可在視窗中看到一條過對象幾何中心且平行于Y軸的軸線。變換設置如圖8所示。

然后激活“剪輯”彈出“剪輯生成器”對話框；點擊“向導”，在彈出的“動畫向導”對話框中選擇“對象和材質”，以便讓車輪帶著材質一起參與運動，點擊下一步后分別設置動畫“開始時間”、“結束時間”和“曲線插值模式”為“0秒”、“10秒”和“線性”，點擊“捕獲開始”生成動畫初始狀態，完成圖9所示初始動畫設置。再次激活“變換”工具，在“旋轉”卷展覽中設置沿Y軸旋轉1800度，那么當前狀態就是車輪旋轉1800度后的狀態；切換到“動畫向導”對話框，點擊“捕獲結束”生成動畫結束狀態，完成圖10所示結束動畫設置。激活“攝像機”工具彈出“攝像機編輯器”對話框，在常規設置中勾選“運動模糊”，渲染即可得到車輪運動模糊效果。同理為其他幾個輪子添加運動模糊特效。

3.9 為場景添加底板和攝像機

所謂“底板”，實際上就是背景圖。在渲染階段添加背景圖，一方面可以讓渲染對象更好的融合到背景當中，另一方面大大縮短了后期PS工作時間。長按激活“底板”，點擊“創建底板”，然后根據需要表達的主題選擇合適的圖片，完成場景底板的導入。調整攝像機，變換P1在場景中的位置，得到圖11所示底板融合效果。

3.10 為場景添加光源

在傳統圖片概念中，白紙和太陽所呈現出來的白色沒有什么區別，但實際上太陽的白比白紙的白要亮的多，只是傳統圖片無法記錄比白色更亮的顏色而已。為了解決這一問題，HDRI（高動態范圍貼圖）應運而生，相比傳統圖片，它記錄了大量的亮度和色彩信息。基于這一特點，Vred常常利用HDRI作為光源為場景提供光照信息。

在設計過程中，光源要根據背景圖所要表達的意境進行選擇。例如背景圖表達的是黃昏的感覺，那么就盡量選擇這個時間點的HDRI；如果背景圖是城市風光，那么HDRI就不要去選擇鄉村原野景色。執行場景＞資源管理器＞環境，在預設的HDRI中選擇合適的貼圖，按住鼠標左鍵不放拖入場景。激活“材質”工具彈出“材質編輯器”對話框，在“變換”卷展欄中以Z軸為旋轉軸旋轉HDRI以得到正確的光照方向和合適的光照效果，具體光源變換設置如圖12所示。

圖9 初始動畫設置

圖10 結束動畫設置

圖11 底板融合效果

圖12 光源變換設置

3.11 渲染出圖

同時打開“光線追蹤”和“抗鋸齒”進入渲染模式，若渲染出的效果存在瑕疵，可用Photoshop軟件進行簡單處理，最終效果如圖13所示。

圖13 最終效果

4 結語

通過P1渲染，明顯感覺到Vred軟件在汽車渲染設計上的優勢，不但功能豐富、上手簡單、數據交換能力出眾，而且對硬件要求適中，可以在確保質量的前提下快速渲染出圖，是汽車可視化設計領域十分有力的競爭者。