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インテリアデザインのための CineRenderパースをレンダリングするための要点メモ

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ArchiCAD Ver18 で CINEMA4D のレンダリング機能 (CineRender) が搭載されたことを機会に、「インテリアデザインのためのＢＩＭ」の立場からの設定の考察のまとめ

ここ数年は、パースのレンダリングを CINEMA4D でおこなっていたので、ArchiCAD 上での設定画面にはちょっと違和感があった。ArchiCAD は基本的に建築 CAD ソフトであるからなのか、外装レンダリング基本？のようで、光源設定でランプのチェックがはずれていたり、ランプの強度が「0」になっていたりで…ここは要確認

CINEMA4D では、数年前に照明器具の「IES」データの読み込みができるようになったので、それまで設定がめんどうだった減衰設定等の手間がはぶけて、照明の設定が楽になった。が、「グローバルイルミネーション (GI)」の設定は複雑で慣れなくて未だに苦戦中。それがまるまる ArchiCAD に搭載されているので、たぶん面食らう人も多いかと？　リファレンスマニュアルの新機能の説明をみても、プリセットの使用が基本になっており「GI」の設定項目は全くと言って良いほど触れていない。そこで再勉強をかねて、ArchiCAD と CINEMA4D の設定画面を比較しながら確認をおこなう。

まずは、レンダリングに関しての大きな流れを考えると、①素材の設定　②光の配置と設定　③グローバルイルミネーション　の作業になる。どれも面倒で難しいものだが、今回搭載された CineRender の目玉はやはりグローバルイルミネーションでしょうから、ここを中心に見ていこうと思う。

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グローバルイルミネーション (GI) の設定に関してArchiCAD にしても CINEMA4D にしてもプリセットの項目があるので、それをシーンに合わせて選択すれば事は足りる。ただ、ArchiCAD ではインテリア ( インドア ) の照明の設定では少し不満な点もあるのでカスタム設定をしたい。GI の設定の内容を見てみると、下記にざっと概略を記述した項目の設定が必要になってくる。それをCINEMA 4D の基礎チュートリアル ( 株ＴＭＳ ) を確認しながら追ってみる。

＜ GI モード＞GI 計算方式の設定項目 ここではプライマリ ( 一次 ) セカンダリ ( 二次 ) とも「イラディアンスキャッシュ」を選択する上で設定をすすめる。

＜拡散反射回数＞間接照明の反射回数を設定する項目　回数が増えると明るくなるが、それに伴ってレンダリング時間もかかる。インテリアシーンにおいては陰影効果を得るには、ある程度の回数は必要になる。

＜強度＞光源の強度の設定項目　IES 配光データでシミュレーションする場合は、基本は 100％として、シーンに応じて調整をする。

＜ガンマ値＞値を上げると中間調が明るくなり拡散反射回数を上げたような効果がでる。基本は 1.0 としてシーンに応じて 0.5( 暗 ) → 1.0 → 1.5（明） 程度に変えてみる。あまり上げすぎると不自然な感じがでる場合もある。

＜サチュレーション＞GI による間接照明の色移りの濃さで、間接照明の色がそのまま環境に反映される。光源の色温度を間接照明として反映する場合は 100％のままでよい。アウトドアの場合は、太陽の色が強く黄色っぽくなるのでここを下げるか、または太陽の彩度を下げるかの方法で調整する。

＜サンプル＞ ( ストキャスティックサンプル )陰影描写のクウォリティを決定する。GI計算する場合に＜イラディアンスキャッシュ＞の設定とならんで、最も質、時間を左右する要素。数値が少なくて広い面で「もやもや」がでる場合はこの数をあげて解消する。

＜ GI エリアを個別サンプリング＞　( 素材で＜ GI ポータル＞＜ＧＩエリアライト＞の設定時 )シーンに対して比較的小さい光面 ( 発光 ) や窓 ( 透過 ) の部分的領域のＧＩ計算の精度を上げる機能。設定すると全体サンプル数を抑えても高いクウォリティーで、レンダリングの時短に有効にはたらく。　

＜空 / スカイを個別サンプリング＞フィジカル空とスカイオブジェクトにおいて前項目 (GI エリアを個別サンプリング ) を同じ機能を持つ。

＜イラディアンスキャッシュ＞（CINEMA4D）、＜照明キャッシュ＞ （ArchiCAD）　

間接照明の GI 計算の精度 ( 密度 ) を決定する。 プリセットの＜低＞か＜中＞の設定で十分。あまり大きくすると＜サンプル＞数も必要になり時間が掛かりすぎる結果になる。

＜スムージング＞間引き計算される GI の＜レコード＞間を補完する機能。滑らかになるが平坦な感じにもなる。

＜影の改善＞影のコントラストを強調する。部分的な陰影を強調する場合は有効。上記の＜ GI エリアを個別サンプルリング＞の「サンプル数」をカスタム設定で上げておく必要がある。

＜アンビエントオクルージョン＞入り隅等の閉鎖された部分の陰影を強調する。GI 計算に関係せず、形状を反映してマテリアルの性質を変える。

＜コースティクス＞反射、屈折で光が局所に集中する場の GI 計算を正確に評価する機能。

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GI の一般設定まず最初にあるのは＜シーン＞の設定。いくつかのプリセットが用意されていて、カスタム設定は＜名前を付けて保存＞ができるようになっている。ArchiCAD では

• カスタム　～ 　 なぜか ArchiCAD のインドアの設定には、• アウトドア 晴れ 標準　　　　　　　　　　　ランプと発光表面にチェックが入っていない。• インドア晴れ 標準 ( フィジカル )　　　　　 照明器具だけのシーンでは光源がないので注意• インドア晴れ 標準　• アウトドア晴れ 標準 ( フィジカル )- 並んでいる順番も妙な感じなで、ちょっと物足りない -　

CINEMA4d ではカスマム、デフォルト以外インテリアで ( プレビュー含め )5 種、エクステリアで ( プレビュー含め )3 種、あとプロダクト等ちょっと多い

＜ GI モード＞カスタム設定をしていくには、＜グローバルイルミネーション＞の詳細設定をしていく必要がある。その設定で最初に最初にでてくる項目が＜ GI モード＞計算方式の設定

CINEMA4D、ArchiCAD では＜イラデアンスキャッシュ (IR) ＞と＜準モンテカルロ法 (QMC) ＞の計算方式の設定項目があるCINEMA4D に場合は、セカンダリ方式として＜ライトマップ＞＜ラジオシティマップ＞も

(IR)　 　は、画面上の要所のみで照明計算を行い、それを補間して陰影を描写する方式(QMC)　は、全てのピクセルで照明計算を行う方式そのぶん QMC は IR より計算時間がかかるが、IR は設定がやや複雑になる　　　 ( ※ CINEMA4D 基礎チュートリアル（コンノヒロム著 ) を参考にさせて頂いています）

　ArchiCAD のほうは　IR( 証明キャッシュ )( 静止画 ) がデフォルトでこれで良いかと思う。

＜拡散反射回数＞反射拡散の回数を多くすると明るくなる。しかし、レンダリング時間が長くなる。回数を上げると全体に明るくなってくるが、＜強度＞（通常は 100％ ) との兼ね合いは重要になってくる。

＜強度＞＜プライマリ＞の＜強度＞あげる　→光源の明るさが強調される＜セカダリ＞　の＜強度＞あげる　→間接照明に影響する。　　　　(ArchiCAD では＜一次強度＞と＜二次強度＞ )　　　　　　

CINEMA 4D の＜プライマリ＞は「一回目の反射の計算」でライトが

直接あたっている部分で＜セカンダリ＞は「2 回目以降の反射の計算」にあたる。ArchiCAD では＜ 1 次強度＞と＜ 2 次強度＞に設定にあたる。インテリア (5 回程度 ) は、エクステリア (2 ～ 3 回程度 ) より反射回数を多く設定するほうが良い。拡散反射回数と強度とはイメージして良い具合にテストしながら調整する。ガンマ値を上げると中間調が明るくなり拡散反射回数を上げたような効果はでる。　

　

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ArchiCAD では、インドア、アウトドア限らず反射拡散回数は 2 回になっている。( インテリアですべて照明器具に頼るような暗いシーンとしては少ない。回数を多くすると時間はかかるが、自然な明るさ表現になる )そのために ArchiCAD のインテリアシーンでは＜ガンマ値＞を大きくしてレンダリング結果を明るくしている。＜ガンマ値＞を上げると GI による間接照明の中間調が明るくなるので、拡散反射回数を上げたような結果になるが、ガンマ値をあまり上げすぎると不自然な感じになる場合がある

インテリアの場合はシーンにあわせて拡散反射回数を上げたほうが良い。ただ、光天井等の大きな光源が集中して、その効果を強調するシーンなどは反射回数を抑えてもよい。プライマリの＜強度＞を 500％程度まであげてみて、セカンダリーとのバランスを考慮してレンダリングテストをしてみる。　

＜サチュレーション＞　サチュレーションは GI による間接照明の色移りの濃さで、間接照明の色がそのまま環境に反映される

〈プライマリ〉のサチュレーションは〈セカンダリ〉の計算結果にも乗算される「0%」にすると間接照明は無彩色になる。色温度の設定した光源の影響などでは「100％」のままで良い。

＜サンプル＞ - 陰影描写のクオリティー　と＜レコード密度＞ - 照明計算の精度 の設定　

＜サンプル＞ - 陰影描写のクオリティに影響、「もやもや」はこのサンプル数の不足によっておこるCINEMA4d の＜サンプル＞と ArchiCAD の＜ストキャスティックサンプル＞の設定にあたる。このサンプル数は GI 計算される GI レコードの精度で、高いほどきれいなレンダリングになるが、その分レンダリング時間も長くなる。設定精度は＜低＞ 25％、＜中＞ 50％、＜高＞ 90％ 精度を設定すると、＜サンプル数＞はシーンに応じて自動判定される。＜サンプル数＞とは、GI プレパス計算されるときの点描に含まれる情報の正確さになる。暗いシーン等でとくに＜サンプル数＞が少ない場合は、もやもや ( アーティファクト ) が出ている。その場合は、＜カスタムサンプル数＞でサンプルの数を増やす (2 倍程度の増数でないと変化はでない )。

レンダリング時間は、ほぼサンプル数に比例して長くなるので大体のレンダリング時間は想定できる。

基本的には、テストレンダリングには＜低＞、本番レンダリングは＜中＞で一度小さめの画像サイズでレンダリングして、もやもやが気になる結果がでたらサンプル数をカスタム設定で上げるか＜高＞で最終のレンダリングを行う。

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＜ GI エリアを個別サンプリング＞ArchiCAD の項目では、＜離散エリアサンプリング＞の項目の下層にある。この＜ GI エリアサンプリング＞は、材質の設定で GI 設定で＜ GI エリアライト＞と＜ GI ポータル＞の設定( 次項述 ) をチェックしている場合のみ機能する。

＜空 / スカイを個別サンプリング＞ArchiCAD の項目では、＜離散空サンプリング＞の項目の下層にある。この＜離散空サンプリング＞は、＜空オブジェクト＞と＜フィジカルスカイ＞の設定がある場合のみ機能する。空からの間接光 ( 天空光 ) のサンプリングを最適化する。　　　　　　　

＜ＧＩエリアライト＞オブジェクトの素材の設定で＜発光＞ (発光の設定時のみ有効)を設定したマテリアルは、グローバルイルミネーションでは光源として作用する。〈GI エリアライト〉を使うことでより「ライト」として使用できる。

　 上記のパラメータは素材の設定　( 左 )ArchiCAD ( 右 )CINEMA4D

＜ GI エリアライト＞設定を ON にすると、使用しない時にくらべて同じサンプル数設定でも高いクオリティーのレンダリング結果になる。( 下比較 ) 若干スピードがおちたけれど、OFF にしておなじクオリティーにするには、サンプル数をかなりあげる必要がある。→ レンダリング時間としては＜ GI エリアライト＞設定は有利。

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＜ GI ポータル＞＜ GI エリアライト＞と同様に素材設定の項目でチェックをいれて設定しておく。素材に＜透過＞を設定している場合のみ有効で機能する。＜ GI ポータル＞を有効にした場合　→窓から光が入ってくるシーンにおいて、窓ガラスに＜ GI ポータル＞設定するとそこに GI の計算を集中させて全体的な計算の効率を良くする。サンプル自動判定で、少ないサンプル数でクオリティーの高いレンダリング結果が得られ、時間短縮では有利になる。

GI の計算は全体シーンに対して与えられる光が少ないほど高い計算精度 ( サンプル数の多さ ) が必要になる。そのような場合、シーン全体のサンプル数をあげると当然レンダリング時間が長くなってくる。＜ GI エリアライト＞と＜ GI ポータル＞を使うことにより全体のサンプル数を上げずに、そこに GI 計算を集中させることで時間を短縮し、高いクオリティーのレンダリングをおこなう。 　( ※ ArchiCAD では＜離散エリアサンプリング＞＜離散空サンプリング＞の下層 )

＜イラディアンスキャッシュ＞（CINEMA4D）

＜照明キャッシュ＞ （ArchiCAD）

間接照明の計算を、画面上の「要所」で間引いて計算する→要所にあたる「点」が〈レコード〉（シェーディングポイント）。〈レコード〉の計算結果は補間され、間接照明による陰影を描写する。その計算する＜レコード＞密度の設定をする。→その密度に応じて間接照明の計算 ( プレパス計算 ) がおこなわれる。

　　たいていの場合は＜低＞か＜中＞で十分なレンダリング結果がでる。また、＜高＞に設定すると、高い＜サンプル数＞が必要になり、全体的にレンダリング時間が長くなる。プレパス計算の画面をみて、全体的な密度の様子で確認して＜低＞か＜中＞で設定するようにする。( また、部分的なディテールで密度が必要な箇所は、オブジェクトに＜コンポジットタグ＞を設定して GI 密度の倍率を上げる。- CINEMA4D)

〈最小間隔〉は、〈レコード〉の密度が最も細かい領域の密度、〈最大間隔〉は〈レコード〉の密度が最も粗い領域の密度を決める値。

〈最大間隔〉と＜最小間隔＞は、それぞれ「密度の高い領域」と「密度の低い領域」のみに限定して作用する。　→「値が大きい」＝密度ではなく「レコードの間隔が大きくなる」　　

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ArchiCAD によるレンダリングの確認

　

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ArchiCAD の＜インドア晴れ＞のプリセットで設定されている、＜強度＞＜ガンマ値＞での明るさ設定では照明のみによるシーンでは、陰影効果があまり表現しにくいように思う。ガンマ値値を「１」照明を「100％」戻して、時間はながくなるが拡散反射回数を増やして計算した方が良い。その場合、やはり「もやもや ( アーティファクト )」がでるので、サンプル数を増やす必要がでてくる。

注 ペンダントの妙な直線影が出ている。ちょっと気になるが、これはたぶん IES データで全く上部に配光が回っていないようになっているからだと思える。シミュレーションとしては仕方がないが、プレゼントして気に場合は全方向照明か環境照明を追加して調整するしかないかな？

＜スムージング＞は、間引き計算された間接照明の〈レコード〉の値を、どのぐらいの範囲で〈レコード〉の補間するかを決める設定。

〈スムージング〉の値を高くするとアーティファクトは目立ちにくくなるが、同時に陰影描写は平板になる。

＜影の改善＞ (CINEMA4D) ＜キャッシュの改善＞ (ArchiCAD) は、影の描写が鮮明になる。　

明暗のコントラストが高い領域において集中的に＜レコード＞が追加されて陰影の描写が鮮明になる機能。全体的に密度が高くなるのではなくのでコントラストを強調したい部分がある場合は有効。この場合、影のクオリティは〈GI エリアを個別サンプリング〉のサンプル品質に依存するため、多くの場合、〈カスタムサンプル数〉で高い数値を指定する必要がある。　→（GI の＜一般＞設定）

先のレンダリング比較で、天井と壁の入り隅部分で陰影の強さが違っている。サンプル数が多い方 (400) が濃く出ている。拡散反射回数やサンプル数が少ないと「のっぺり」とした感じになる。その場合に有効なのが、　＜アンビエントオクルージョン＞という機能これは、実際に＜ GI ＞計算をおこなってでる結果ではなく、その部分の形状により、マテリアルの性質を変える「シェダー」のようです。色濃度とレイの最大距離で効果を調整。( サンプル数はレンダリング時間に影響 )

＜レイの最大距離＞が大きい程、陰影の影響する領域が大きくなる

＜コースティクス＞厚みのある透明物質での透過や表面輝度の高い物質に反射光で、光が局部に集まる現象を＜ GI ＞の計算によって正しく評価する設定。　　　　　　　　　　　　インテリアデザインで、ガラス反射の精度が要求されるシーンなどで＜屈折コースティクス＞を設定することでリアリティーな屈折光の表現ができる。計算には ( 特に反射コースティクス ) 時間がかかる。そのため、再計算の設定で、最初の計算を保存して次からそれの計算結果を利用できるようにする設定がり、レンダリングのやり直し時の時短には大変有効。

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　左は＜屈折コースティクス＞が無効で右が有効。 床面にカラー透明球の屈折光が写りこんでいる。