created Dec 30, 2005

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Renderman for Maya 1.0

Bump & Displacement Maps

Bottom line: Renderman renders Bump and Displacement Maps.
Unterm Strich: Renderman rendert Bump und Displacement Maps.
   

Bump maps fake the impact of light on an otherwise flat surface by using a texture. A displacment map uses the texture to actually deform the surface. Both techniques are a challenge for rendering software.

Bump und Displacement Maps könnte man mit "Rauigkeits- und Verschiebungskarten" übersetzen. Die erste simuliert den Lichteinfall auf einer eigentlich glatten Oberfläche durch eine Textur. Letztere nimmt die Textur, um die Geometrie tatsächlich zu verformen. Beide Verfahren stellen hohe Ansprüche an die Render-Software.

The Materials used: randomized Checker, Fractal, 3D Leather

I created a scene with a deformed polygon "floor" bump-mapped with a checker texture, slightly randomized, and two modified NURBS toruses, one mapped with a green fractal texture and the other with a blue 3D leather texture. There are two lights in the scene, one of which casts shadows. The following three images all took about the same time to render and they look very much alike.

The following 6 illustrations show the scene, rendered with Maya Software, Mental Ray and Renderman (right). In the close-ups of the second row you see differences: Renderman interprets the 3D leather map differently from the other packages. But you'll discover differences between Maya Software and Mental Ray (middle) as well.

 

Die Bodenfläche der Szene habe ich ich mit einem Bump Map aus einer Schachbretttextur versehen. Dass sie keine geraden Linien aufweist, liegt daran, dass ich die Verteilung leicht zufällig angelegt habe. Die grüne, halbierte NURBS-Torus besitzt eine Fraktaltextur, der blaue eine 3D-Textur, die Leder simuliert.

Die folgenden 6 Abbildungen zeigen Ihnen die Szene, gerendert mit Maya Software, Mental Ray und (rechts) Renderman. Alle Bilder haben in etwa die gleiche Zeit zum Rendern gebraucht und sehen sehr ähnlich aus. Erst der Blick auf Details (zweite Reihe) macht Unterschiede deutlich: Renderman interpretiert die 3D-Ledertextur anders als die anderen Renderer. Aber auch Maya und Mental Ray sind sich da nicht ganz einig.

Bump Maps, rendered using Maya Software (left), Mental Ray, Renderman
Bump Maps, Details

Now I detached the bump maps and used them as displacement maps. In order to get decent results I had to turn the contrast, alpha gain etc. down. Otherwise the geometry would have gained size immensly.

Again the results: left Maya, middle Mental Ray, right Renderman. Details in the second row. Lots of differences here, especially how Mental Ray calculates the light on the green surface. Also, the ground floor texture is being treated quite differently from software to software. Mental Ray took three times longer to render the picture than the others.

 

Jetzt habe ich die Bump Maps abgekoppelt und als Displacement Maps eingerichtet. Damit die Geometrie nicht zu unsinnigen Größen anschwoll, musste ich den Kontrast, den Alpha Kanal etc. der Texturen herunterregeln.

Sie sehen unten wieder die Renderergebnisse: links Maya, Mitte Mental Ray, rechts Renderman. Die Details finden Sie eine Reihe tiefer. Es sind viele Unterschiede zu sehen, insbesondere wie Mental Ray das Licht auf der grünen Fläche rechnet. Auch den Boden der Szene behandeln alle drei Programme etwas verschieden. Mental Ray hat etwa dreimal so viel Zeit benötigt, um das Bild zu berechnen als die anderen Renderer.

Displacement Maps, rendered using Maya Software (left), Mental Ray, Renderman
Displacement Maps, Details

Oh, and Renderman sure does render Occlusion with Displacement Maps:

 

Ach so: Renderman rendert durchaus auch Global Illumination/Occlusion-Effekte mit Displacement Maps:

Renderman, Occlusion & Displacement


Approach II / Zweiter Anlauf

After sitting back and thinking I wanted to approach the topic from another angle and ask the question: How well does Renderman integrate two objects which both carry the same displacement material?

Here's the scene: A polygon plane, a NURBS sphere scaled flat and rotated, diving into the ground plane, and a large area light with low intensity, no shadows.

 

Ich musste ein wenig nachdenken und habe dann einen zweiten Anlauf genommen, mit einer anderen Fragestellung: Wie erledigt Renderman die Übergänge zwischen zwei sich durchdringenden Flächen, die beide das gleiche Verformungsmaterial tragen?

Hier ist die Szene: Eine Polygonfläche, eine platt gedrückte und gedrehte NURBS-Kugel, die in den Boden eindringt, sowie ein großes Flächenlicht geringer Intensität, keine Schatten.

I attached the photo of a hurricane as a file texture to both objects as a displacement map and rendered the scene straight away with the default render settings. This is what I got:

 

Boden und Kugel bekamen das Foto eines Hurricanes als Displacement Map verpasst. Anschließend habe ich die Szene, wie sie ist, gerendert, mit allen drei Renderern in ihren Standard-Einstellungen. Das kam dabei heraus:

Maya, Displacement Map, 16 secs

 

Mental Ray, Displacement Map, 2 minutes

 

Renderman, Displacement Map, 8 secs

 

Test result: Maya renders two harsh looking surfaces which don't melt together nicely. Mental Ray renders them more smoothly but with even more separation. Renderman does fine work here - However, it seems to smooth out things a bit too much. And the rendering time? Mental Ray lags far behind Maya's Software renderer. The winner in terms of speed is Renderman.

But wait, let's look at the "Shading Rate", a parameter in Renderman's Render Settings critical for resolution and detail. Take a look at the following images, all rendered using the Top camera. From left to right you see the Shading Rates decrease from 5 to 2 to 0.5. The rendering time increases accordingly.

 

Das Testergebnis zeigt zweierlei: Maya rendert die beiden Flächen mit sehr harten Konturen, die einem schönen Verschmelzen im Wege stehen. Mental Ray ist hier etwas weicher, aber die beiden Flächen wirken noch stärker getrennt. Nur Renderman scheint sie ineinnder zu verschmelzen. Außerdem ist die Renderzeit wichtig: Mental Ray liegt abgeschlagen weit hinter Maya. Renderman führt das Feld an.

Doch, stopp! Wir müssen uns die Shading Rate ansehen, einen Parameter in den Settings von Renderman, der die Renderzeit nach oben treibt, etwa in die Nähe von Maya's Software renderer. Die Shading Rate ist entscheidend für die Menge an Detail, die Renderman rendert. Sehen Sie dazu die nachfolgenden drei Bilder an, die die Szene direkt von oben zeigen. Von links nach rechts habe ich die Shading Rate von 5 auf 2 auf 0,5 reduziert. Die Renderzeit erhöht sich mit mehr Detail entsprechend.

Renderman, Displacement Map, Shading Rates 5, 2 and 0.5 (from left to right)

 

Bottom line:

Renderman renders bump and displacement maps. It interprets 3D Textures differently from the other rendering packages. Renderman's "Shading Rate" allows for a nice integration of several objects with the same displacement material. The rendering speed is similar to Maya's Software renderer.

 

Unterm Strich :

Renderman rendert Bump- und Displacement Maps. 3D-Texturen werden von Renderman anders interpretiert als von den anderen Paketen. Mit dem Parameter Shading Rate kann man Objekte mit dem gleichen Displacement Material ineinander verschmelzen lassen. In Sachen Renderzeit liegt Renderman in der Nähe von Maya Software.

     

 

 

What is it about?

The Californian Computer Animation company Pixar is a pioneer in the industry. Already many years ago Pixar's software engineers earned patents for rendering algorithms. One of the most famous is the algorithm for motion blur.

Pixar's rendering software "Renderman" is open to all kinds of animation packages. But only now it became available as a plug-in for Maya. It integrates nicely into Maya 7 and previous versions of Maya. It appears in the rendering options pull-down menu where you're used to find Mental Ray or Maya's Vector Renderer.

Pixar kindly provided me with a temporary license of the plug-in.

Worum geht's?

Die kalifornische Firma Pixar ist ein Pionier in der Animationsindustrie. Vor vielen Jahren bereits erhielten die Softwareentwickler von Pixar zahlreiche Patente für Rendering-Algorithmen. Eines der bekanntesten Patente ist das für Bewegungsunschärfe - Motion Blur.

Pixars Rendering-Software "Renderman" ist offen für alle möglichen Animationsprogramme. Neuerdings liegt Renderman als Plug-In für Maya vor. Es fügt sich perfekt in Maya 7 und frühere Versionen von Maya ein und taucht ganz normal - wie der Vector Renderer oder Mental Ray - im Pulldown-Menü der Render Settings auf.

Der deutsche Vertrieb von Pixars Produkten, Digital Broadcast Systems in Oberursel, stellte mir freundlicherweise eine Testversion zur Verfügung.