Caustics

焦散

焦散的产生原理其实很简单：间接照明光线（即光子）从光源发射出来后，先经过一次（或多次） Specular 表面反、折射作用，再投射到某个Diffuse表面上，最后以Diffuse的形式被摄影机记录。此过程中的Specular表面被称为焦散投射物体，Diffuse表面称为焦散接收物体。

具备条件

焦散计算的必备条件

* Window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Indirect Lighting标签 - Caustics部分中的Caustics选项必须打开。

* 光源形节点属性编辑器 - mental ray - Caustic and Global Illmination部分中的Emit Photons选项必须打开，激活光子发射功能;并利用Photon Color 和Photon Intensity两个属性为光子设定恰当的能量值。注意，要实现物理学精确渲染，光源的直接照明必须与光子能量一样，按距离平方的反比的形式进行衰减。（建议使用符合物理学精度的直接照明灯光Shader ,比如physical_light,并让灯光Shader中的直接照明能量与光子能量值保持相等。）

* 必须在焦散投射物体及焦散接收物体的材质定义中指定 Photon Shader。(在材质组属性编辑器 - mental ray - Custom Shaders部分中)。光子的反射、投射、吸收和储存全部由Photon Shader控制。

* 焦散投射物体的材质定义中避免含有Shadow Shader,避免直接照明光线穿透物体照射到它的后方，因为开启间接照明后，这部分照明功能已经被间接照明涵盖，如果继续使用Shadow Shader，极易造成渲染的照明过度。

* 焦散投射物体的表面材质定义中必须包含Specular传播成分，且占各种传播部分（Diffuse、Glossy、Specular）中的大部分。除非必要、尽量把焦散投射物体表面材质中的 Diffuse及Glossy传播成分降低到最小，或设Diffuse=Glossy=（0， 0， 0）。

* 如果焦散投射物体是透明的，并且希望对焦散光子产生折射作用，那么它材质定义（包括表面材质Shader和光子Shader）中的Index of refraction（折射系数）应该大于1.0，比如，玻璃的折射系数为1.5左右，钻石折射系数为2.4，这样可以对光子产生聚焦效果，使它们聚集在一起形成明亮的光斑。

* 焦散接收物体的表面材质定义中必须包含Diffuse成分，否则不会对焦散光子进行任何储存和吸收。

质量控制

焦散计算的质量控制属性

* 提高焦散质量与精度的最根本办法就是提高焦散光子的储存数量，即提高光源形节点属性编辑器 - Caustic and Global Illmination部分钟的Caustics Photons的数值。储存的光子数量越多，质量越高，但速度也会越慢;储存的光子数量越少，计算的越快，但效果越模糊。Caustics Photons通常的取值范围是1万到100万之间。

* 默认情况下，场景中所有指定了Photon Shader的物体都可投射、接收焦散。但实际应用中，往往并不需要所有的物体都参与到焦散的投射、接收计算中来，此时可以进行以下设置：

window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Options标签 - mental ray Overrides - Global Illumination/Caustics部分中，设置 Caustics Generating = none（默认值） , Caustics Receiving = None（默认值）.

关闭GI物体的变换节点属性编辑器 - mental ray - Flags部分中的Derive from Maya选项，然后为焦散投射物体的Caustics属性指定Cast only(仅投射)或Cast+Receive(投射又接收)选项；而为焦散接收物体的Globillum属性指定Receive only（仅接收）或Cast+Receive(投射又接收)选项；而把焦散没有任何影响的物体的Globillum功能关闭，即，设Globillum=Disabled。

* 如果焦散渲染后的颗粒化效果十分明显，可以调整以下选项：

Window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Indirect Linghting标签 - Caustics部分中Caustics属性下面的Accuracy及Radius两个数值进行质量调整。

* 用 Window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Indirect Linghting标签 - Caustics部分中Scale（比例）属性，控制焦散效果在渲染图像中的比例。

* Window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Indirect Linghting标签 - Caustics部分中的Caustic Filter Type（焦散过滤类型）Caustic Filter Kernel（过滤核心大小）。

Caustic Filter Type与Caustic Filter Kernel的主要作用是为参与当前渲染采样点间接照明计算的各个光子记录点指定不同的权重值。

BOX过滤方式为所有参与计算的光子点指定相等的权重值。Cone和Gauss为距离（当前渲染采样点）较近的光子点指定较高的权重值，而为那些距离（当前渲染采样点）较远的光子点指定较低的权重值。

Cone与Gauss过滤方式下，计算出的焦散间接照明值更锐利，局部化效果更明显，因为距离越近的光子，越能代表采样点的真实间接照明状态，而Cone与Gauss过滤方给近处的光子指定了较高的权重值，所以，计算出的焦散效果更精确，但渲染时间也会更长。

Caustic Filter Kernel值在Cone和Gauss 过滤模式下才能发挥作用，该值越大，就会有越多的光子得到高权重值，平均化效果就越明显，锐利程度也会越低。当数值大到一定程时，效果就会变得与Box基本相似。

* Window - Rendering Editors - Render Settings窗口 - Indirect Linghting标签 - Photon Tracing部分中的Photon Reflections（光子反射次数）、Photon Refractions（光子折射次数）、Max Photon Depth（最大光子深度）。

这三个属性控制光子的最大反、折射次数，及反折射次数的总和。

* 另外Merge distance属性，它可以把场景世界坐标空间系统中，指定距离内的光子合并到一起，这个指定距离就是Merge distance的属性值。对于那些光子分布很不均匀的场景，该属性可以减少光子图的大小，降低内存的使用量，同时，也可以在一定程度上加快光子图的查找与计算过程。

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