Vred渲染技術(shù)在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

黃太強(qiáng) 陳燕南 胡美齡 鄧夢(mèng)詩(shī)

東風(fēng)商用車有限公司技術(shù)中心 湖北省武漢市 430056

1 引言

在汽車渲染設(shè)計(jì)行業(yè)里，當(dāng)前主流渲染軟件有三個(gè)：RTT DeltaGen、Autodesk Showcase、Autodesk Vred。RTT DeltaGen原是由德國(guó)供應(yīng)商RTT開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，后被達(dá)索系統(tǒng)收購(gòu)，作為達(dá)索系統(tǒng)3Dexperience平臺(tái)下的可視化解決方案使用；RTT功能強(qiáng)大，使用方便，視覺質(zhì)量極其優(yōu)異，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備能力十分出眾，但明顯的缺點(diǎn)是對(duì)硬件需求極高，價(jià)格昂貴，只適用于高端行業(yè)用戶。Autodesk Showcase是由行業(yè)著名的設(shè)計(jì)軟件Autodesk開發(fā)的虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，常常與Alias軟件相結(jié)合，為客戶提供可視化解決方案；其特點(diǎn)是歷史悠久、功能完善、易于使用和對(duì)硬件要求低，但是視覺質(zhì)量和產(chǎn)品性能較差。Autodesk Vred原是由德國(guó)供應(yīng)商PI-VR開發(fā)的優(yōu)秀虛擬現(xiàn)實(shí)軟件，后來(lái)被Autodesk收購(gòu)，作為Showcase的替代方案，參與汽車可視化市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)；Vred不但功能豐富、上手簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)交換能力出眾，而且對(duì)硬件要求適中，是該領(lǐng)域十分有力的競(jìng)爭(zhēng)者。本文就以邁凱輪P1為例，概述Vred在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。

2 Vred汽車渲染設(shè)計(jì)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(jié)合，通過(guò)圖1所示工作流程共同完成汽車渲染設(shè)計(jì)。

3 Vred渲染技術(shù)在邁凱倫P1上的應(yīng)用

3.1 在Alias中對(duì)P1數(shù)據(jù)劃分圖層

可以按照材質(zhì)劃分，亦可按照零件劃分。按照材質(zhì)劃分便于為對(duì)象添加材質(zhì)，但當(dāng)相同材質(zhì)內(nèi)的對(duì)象涉及運(yùn)動(dòng)特效時(shí)，按材質(zhì)劃分方式的缺陷就顯示了出來(lái)。例如車子前后左右四個(gè)輪胎，若按材質(zhì)劃分那么這四個(gè)輪胎就在同一個(gè)圖層內(nèi)，在Vred中按圖層選擇時(shí)四個(gè)輪胎就是一個(gè)整體，其幾何中心是這四個(gè)輪胎整體所在長(zhǎng)方體的幾何中心，而非四個(gè)輪胎各自的幾何中心，在添加運(yùn)動(dòng)特效后，四個(gè)輪子因幾何中心的錯(cuò)誤而不能按照正確的軌跡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。若按照零件進(jìn)行劃分，雖然可以避免類似車輪運(yùn)動(dòng)特效的問(wèn)題，但因整車上共享同一種材質(zhì)的零件過(guò)多，在Vred中選擇起來(lái)略顯麻煩。當(dāng)然Vred軟件本身也具有將對(duì)象在圖層內(nèi)移動(dòng)，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(huì)結(jié)合材質(zhì)劃分和零件劃分的優(yōu)缺點(diǎn)，將不參與運(yùn)動(dòng)的零件按照材質(zhì)劃分，把參與運(yùn)動(dòng)的零件按照零件單獨(dú)劃分出來(lái)。

圖1 工作流程

3.2 將P1數(shù)據(jù)導(dǎo)入Vred軟件

因Vred具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)交換功能，另一方面與Alias又同屬于Autodesk公司旗下設(shè)計(jì)軟件，所以可以直接將P1的Alias數(shù)據(jù)拖入Vred軟件中。拖入后會(huì)彈出圖2所示“導(dǎo)入選項(xiàng)”對(duì)話框，“細(xì)分”卷展欄保持默認(rèn)設(shè)置，“場(chǎng)景”卷展欄設(shè)置如圖2所示。勾選“原點(diǎn)中心”，導(dǎo)入的模型就會(huì)被放置在坐標(biāo)原點(diǎn)上；勾選“放置在地面上”，模型中最低點(diǎn)的車輪就會(huì)與地面相接觸；勾選“調(diào)整對(duì)象尺寸”，拖動(dòng)進(jìn)度條，軟件就可以根據(jù)導(dǎo)入對(duì)象所屬大小類別（例如手機(jī)、汽車、飛機(jī)等）自動(dòng)縮放對(duì)象，使對(duì)象以合適的大小在環(huán)境中顯示。如果導(dǎo)入的對(duì)象沒有原始材質(zhì)，可能會(huì)使渲染窗口顯示為死黑一片，此時(shí)激活頭燈即可，但在布光和渲染過(guò)程中要關(guān)閉頭燈。

圖2 導(dǎo)入選項(xiàng)對(duì)話框

3.3 場(chǎng)景優(yōu)化

當(dāng)整車數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件后，使用鼠標(biāo)左鍵旋轉(zhuǎn)視口會(huì)發(fā)現(xiàn)，電腦系統(tǒng)的響應(yīng)速度特別得慢，這時(shí)我們就需要對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。在菜單欄中執(zhí)行文件＞優(yōu)化場(chǎng)景，彈出圖3所示“優(yōu)化場(chǎng)景”對(duì)話框，選擇“優(yōu)化幾何體”，點(diǎn)擊“確認(rèn)”。

圖3 優(yōu)化場(chǎng)景對(duì)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(shí)間較長(zhǎng)，為了便于下次打開，通常會(huì)對(duì)初始文件進(jìn)行保存。點(diǎn)擊“文件”，在下拉菜單中點(diǎn)擊“保存”即可。

3.5 統(tǒng)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(diǎn)法線。通常情況下，除場(chǎng)景中的天空外，其他對(duì)象的法線都要求方向朝外，在法線診斷模式中以綠色呈現(xiàn)，其他顏色表示相應(yīng)對(duì)象法線錯(cuò)誤。

在Vred中，法線的統(tǒng)一分兩步。首先執(zhí)行可視化＞頂點(diǎn)/面法線渲染，進(jìn)入圖4所示法線診斷模式；然后在該模式下執(zhí)行場(chǎng)景 ＞幾何體編輯器，通過(guò)圖5所示“幾何體編輯器”來(lái)統(tǒng)一法線。通常情況下，藍(lán)色表示面和頂點(diǎn)的法線均朝內(nèi)，點(diǎn)擊“面和頂點(diǎn)”即可；紫色表示頂點(diǎn)法線朝內(nèi)，面法線朝外正確，點(diǎn)擊“頂點(diǎn)”即可；而金色是指面法線朝內(nèi)，頂點(diǎn)法線朝外正確，點(diǎn)擊“面/曲面”即可。最終P1以全綠形式顯示，完成法線統(tǒng)一。

3.6 回到真實(shí)渲染

材質(zhì)的添加，調(diào)整以及后期工作都是在真實(shí)渲染模式下完成的，在完成法線統(tǒng)一后需要從法線診斷模式切換到真實(shí)渲染模式下。執(zhí)行可視化 ＞真實(shí)渲染即可。

3.7 為對(duì)象添加材質(zhì)

Vred的材質(zhì)與Vray、Mental Ray等渲染器不同，它并不鼓勵(lì)用戶通過(guò)調(diào)整某些標(biāo)準(zhǔn)材質(zhì)（如VrayMtl、Arch&Design）來(lái)獲取所需要的效果；而是事先將各種工業(yè)表現(xiàn)用的常見材質(zhì)進(jìn)行分類整理，為不同的材質(zhì)類型設(shè)定不同的默認(rèn)效果、提供不同的特殊選項(xiàng)。這樣雖然會(huì)導(dǎo)致Vred材質(zhì)在深度調(diào)整上存在一定的局限，但在保證一定質(zhì)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(lái)就以車漆材質(zhì)為例，為邁凱倫P1添加材質(zhì)。

圖4 法線診斷模式

執(zhí)行場(chǎng)景 ＞材質(zhì)編輯器，在彈出的“材質(zhì)編輯器”對(duì)話框中執(zhí)行創(chuàng)建/轉(zhuǎn)換＞創(chuàng)建材質(zhì)＞金屬車漆，在“材質(zhì)編輯器”對(duì)話框中便有了“金屬車漆”材質(zhì)；選中P1中屬于“金屬車漆”的零件，在“材質(zhì)編輯器”中右鍵“金屬車漆”，然后選擇“應(yīng)用于選定節(jié)點(diǎn)”便將該材質(zhì)賦給了相應(yīng)的零件上。調(diào)整材質(zhì)參數(shù)至圖6所示金屬車漆效果，初步完成車漆材質(zhì)賦予。同理，為P1添加碳纖維、玻璃、反光塑料等材質(zhì)，當(dāng)所有材質(zhì)添加完成后渲染觀察最終效果，如不滿足設(shè)計(jì)要求，可對(duì)材質(zhì)進(jìn)行微調(diào)，整車材質(zhì)效果如圖7所示。

3.8 為車輪添加運(yùn)動(dòng)模糊特效

Vred除了可以為對(duì)象添加材質(zhì)等外，還可以模擬照相機(jī)為對(duì)象添加一些特殊效果，例如景深效果、光暈效果、運(yùn)動(dòng)模糊效果等。接下來(lái)就以左前車輪為例，為車輪添加運(yùn)動(dòng)模糊效果。

圖6 金屬車漆效果

圖7 整車材質(zhì)效果

圖8 變換設(shè)置

首先是對(duì)象成組，將左前輪所有參與旋轉(zhuǎn)的對(duì)象放置到一個(gè)群組里面，以便于其共享同一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心。在保持旋轉(zhuǎn)對(duì)象被選擇的狀態(tài)下激活“變換”工具，然后在旋轉(zhuǎn)軸卷展覽通過(guò)點(diǎn)擊“移動(dòng)到對(duì)象中心”設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心，在“軸”下拉選項(xiàng)中選擇“Y軸”確定旋轉(zhuǎn)軸，勾選“顯示軸”即可在視窗中看到一條過(guò)對(duì)象幾何中心且平行于Y軸的軸線。變換設(shè)置如圖8所示。

然后激活“剪輯”彈出“剪輯生成器”對(duì)話框；點(diǎn)擊“向?qū)А保趶棾龅摹皠?dòng)畫向?qū)А睂?duì)話框中選擇“對(duì)象和材質(zhì)”，以便讓車輪帶著材質(zhì)一起參與運(yùn)動(dòng)，點(diǎn)擊下一步后分別設(shè)置動(dòng)畫“開始時(shí)間”、“結(jié)束時(shí)間”和“曲線插值模式”為“0秒”、“10秒”和“線性”，點(diǎn)擊“捕獲開始”生成動(dòng)畫初始狀態(tài)，完成圖9所示初始動(dòng)畫設(shè)置。再次激活“變換”工具，在“旋轉(zhuǎn)”卷展覽中設(shè)置沿Y軸旋轉(zhuǎn)1800度，那么當(dāng)前狀態(tài)就是車輪旋轉(zhuǎn)1800度后的狀態(tài)；切換到“動(dòng)畫向?qū)А睂?duì)話框，點(diǎn)擊“捕獲結(jié)束”生成動(dòng)畫結(jié)束狀態(tài)，完成圖10所示結(jié)束動(dòng)畫設(shè)置。激活“攝像機(jī)”工具彈出“攝像機(jī)編輯器”對(duì)話框，在常規(guī)設(shè)置中勾選“運(yùn)動(dòng)模糊”，渲染即可得到車輪運(yùn)動(dòng)模糊效果。同理為其他幾個(gè)輪子添加運(yùn)動(dòng)模糊特效。

3.9 為場(chǎng)景添加底板和攝像機(jī)

所謂“底板”，實(shí)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(duì)象更好的融合到背景當(dāng)中，另一方面大大縮短了后期PS工作時(shí)間。長(zhǎng)按激活“底板”，點(diǎn)擊“創(chuàng)建底板”，然后根據(jù)需要表達(dá)的主題選擇合適的圖片，完成場(chǎng)景底板的導(dǎo)入。調(diào)整攝像機(jī)，變換P1在場(chǎng)景中的位置，得到圖11所示底板融合效果。

3.10 為場(chǎng)景添加光源

在傳統(tǒng)圖片概念中，白紙和太陽(yáng)所呈現(xiàn)出來(lái)的白色沒有什么區(qū)別，但實(shí)際上太陽(yáng)的白比白紙的白要亮的多，只是傳統(tǒng)圖片無(wú)法記錄比白色更亮的顏色而已。為了解決這一問(wèn)題，HDRI（高動(dòng)態(tài)范圍貼圖）應(yīng)運(yùn)而生，相比傳統(tǒng)圖片，它記錄了大量的亮度和色彩信息。基于這一特點(diǎn)，Vred常常利用HDRI作為光源為場(chǎng)景提供光照信息。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，光源要根據(jù)背景圖所要表達(dá)的意境進(jìn)行選擇。例如背景圖表達(dá)的是黃昏的感覺，那么就盡量選擇這個(gè)時(shí)間點(diǎn)的HDRI；如果背景圖是城市風(fēng)光，那么HDRI就不要去選擇鄉(xiāng)村原野景色。執(zhí)行場(chǎng)景＞資源管理器＞環(huán)境，在預(yù)設(shè)的HDRI中選擇合適的貼圖，按住鼠標(biāo)左鍵不放拖入場(chǎng)景。激活“材質(zhì)”工具彈出“材質(zhì)編輯器”對(duì)話框，在“變換”卷展欄中以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)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(shè)置如圖12所示。

圖9 初始動(dòng)畫設(shè)置

圖10 結(jié)束動(dòng)畫設(shè)置

圖11 底板融合效果

圖12 光源變換設(shè)置

3.11 渲染出圖

同時(shí)打開“光線追蹤”和“抗鋸齒”進(jìn)入渲染模式，若渲染出的效果存在瑕疵，可用Photoshop軟件進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，最終效果如圖13所示。

圖13 最終效果

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)P1渲染，明顯感覺到Vred軟件在汽車渲染設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)，不但功能豐富、上手簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)交換能力出眾，而且對(duì)硬件要求適中，可以在確保質(zhì)量的前提下快速渲染出圖，是汽車可視化設(shè)計(jì)領(lǐng)域十分有力的競(jìng)爭(zhēng)者。