Cycles render をデバッグする準備

BSDF やシェーダの振る舞いを調べるために Cycles を standalone でビルドしデバッグできるようにします.

ソースコード

git://git.blender.org/cycles.git

ビルド　

cmake が用意されています.

Standalone でも GUI 周りが必須のようで, OpenGL required などになっていますので注意ください.
純粋に CLI 実行には対応していません.

Ubuntu 16.04 では, 依存ライブラリは apt でだいたい入ります.
(e.g. libpugixml-dev)

WITH_CYCLES_LOGGING を On にしてログ出力ができるようにしておきます.
(WITH_CYCLES_DEBUG も On がおすすめかも)

最小依存 Cycles

aarch64 対応もかねて OpenGL や OpenImageIO などの依存ライブラリを決して最小 CLI ビルドできるようにしたブランチを作りました. OpenGL インストールがうまくいかないとか, サーバーで動かしたいなどのときに利用ください.

cmake 設定は

を参考ください.

$ ./cycles --output bora.png --samples 32 input.xml

のように使います. 現状 8bit PNG 出力のみ対応しています. デフォルトでは無限に progressive path tracing するので, --samples で回数を指定しましょう.

シーンファイル

入力シーンとして xml を用意する必要があります.
examples にサンプルがいくつかあります.
形状データを xml に変換は面倒かもしれませんね(Blender から cycles 用の xml をエクスポートする機能はないっぽい?)

などありますが開発は止まっています.

BSDF closure 定義

OpenShadingLanguage や Blender での node editor によるシェーダ定義の知識があるとします.

<diffuse_bsdf> ... </diffuse_bsdf>

のように tag で定義します.
使える closure の名前とパラメータは

src/render/nodes.cpp

にあります.

subsurface_scattering の場合は BSDF のカテゴリではなく BSSRDF のカテゴリに所属するため, ノードの接続を記述するときは bssrdf を使います. e.g.

<connect from="monkey_closure BSSRDF" to="output surface" />

光源定義

shader tag で定義します.

src/render/light.cpp

で定義がわかります.

実行する.

$ ./cycles input.xml

で動きます. CUDA など有効になってビルドされている場合, --device CPU などとして明示的に利用するデバイスを指定できます.

レンダリングをすると画面表示用に UI が出ます.
あまり機能はありませんが, i キーで interactive モードになり, 視点をちょこっと変えることができます

h キーでヘルプが出ます.

サンプルシーン

頂上からの平行光源 + subsurface scattering です.
examples/scene_monkey.xml を参考にしています.

<cycles>
<!-- Camera -->
<camera width="800" height="500" />

<transform translate="0 0 -4" scale="1 1 1">
        <camera type="perspective" />
</transform>

<shader name="dirlight_shader">
        <emission name="emission" color="1.0 1.0 1.0" strength="1" />
        <connect from="emission emission" to="output surface" />
</shader>

<state shader="dirlight_shader">
        <light type="distant" dir="0 -1 0" size="0.0" />
</state>


<!-- Monkey Shader -->
<shader name="monkey">
        <subsurface_scattering name="monkey_closure" falloff="random_walk" radius="1.0, 0.2, 0.1" scale="1.0"/>
        <connect from="monkey_closure BSSRDF" to="output surface" />
</shader>

<!-- Objects -->
<transform rotate="180 0 1 1">
        <state interpolation="smooth" shader="monkey">
                <include src="./objects/suzanne.xml" />
        </state>
</transform>

</cycles>

ログを仕込む

LOG, VLOG などの glog っぽいマクロが使えます.

util/util_logging.h をインクルードして

  VLOG(1) << "color = " << color;

などとします.

kernel あたりに仕込むと再コンパイルがたくさん発生するので注意.

このログを表示するには --debug オプションを起動時に指定します.

--verbose でレベルを指定します. たとえば上の VLOG(1) ですと,

--debug --verbose 0

ではログが出力されないようになります.

Fresnel について

Cycles では OpenShadingLanguage と一緒にするためか, Fresnel は mix シェーダなど BSDF の外部で定義するのが基本となります.

注目すべきソースコード

• kernel/ BSDF や シェーダの実装があります. CPU/GPU 共通で書かれているようです.
• kernel/svm/svm_closure.h シェーダ設定(shader graph など)の入力を個別の BSDF(closure) カーネルに変換したりします. たとえば Principle BSDF の場合は diffuse, specular(microfacet), subsurface などに分解します.
• kernel/closure 各 closure(BSDF)や補助ユーティリティ関数の実装があります.

Subsurface について

random walk

ランダムウォークでは経路としては分岐せずに一つだけ追跡します.
また, sss したあとの経路で再度 sss 物体に入ると計算が複雑になって noise が出やすいので, 一度 sss した経路では残りは BSDF 反射(diffuse や specular など)だけを考慮するようにしています.
(PATH_RAY_DIFFUSE_ANSCESTOR フラグが立つ)

diffusion(Chiristensen-Burley)など

cubic, gaussian, burley(Christensen-Burley) は diffusion ベースのアルゴリズムを使います.

PBRT-v3 などと違い, 交差するシェーディングポイント全てで経路追跡をする模様(なのでふるまいを追うのが大変そう)