3ds Max: Arnold-ruis verminderen zonder lange rendertijd

Ruis in Arnold ontstaat doordat er te weinig stralen per pixel worden berekend.

Arnold is een pathtracer: hij schiet per pixel een aantal willekeurige stralen de scene in om licht te berekenen. Zijn dat er te weinig, dan verschilt de uitkomst per pixel en zie je ruis (noise), de korrelige spikkels in schaduwen, reflecties en indirect licht. Meer stralen geven een schoner beeld maar een langere rendertijd. Het doel is niet zomaar meer samples, maar de samples slim verdelen en het restje ruis wegwerken met een denoiser.

Je stelt dit in via Render Setup (sneltoets F10), tabblad Arnold Renderer, rollout Sampling and Ray Depth. Daar zitten de knoppen die de hoeveelheid en verdeling van de stralen bepalen. Voordat je overal de samples opschroeft, loont het om te weten welk type ruis je bestrijdt, want elk type heeft een eigen instelling.

Ruis komt in verschillende vormen voor, elk met een andere oorzaak:

• Algemene korrel over het hele beeld: te lage Camera (AA).
• Ruis in zachte schaduwen: te weinig lichtsamples op een area light.
• Ruis in reflecties: te weinig specular-samples.
• Ruis in indirect licht op matte vlakken: te weinig diffuse-samples.
• Losse felle stippen (fireflies): geen clamping.

Herken je het type, dan weet je meteen welke knop je moet aanraken en voorkom je dat je de rendertijd verdubbelt door de verkeerde instelling op te voeren.

Camera (AA) samples is de hoofdknop die alle andere samples vermenigvuldigt.

De Camera (AA) samples bepalen hoeveel stralen per pixel de camera afvuurt. Het aantal stralen per pixel is het kwadraat van deze waarde: bij Camera (AA) 5 zijn dat 25 stralen. Belangrijk: deze waarde werkt als vermenigvuldiger op alle andere samples, inclusief de lichtsamples. Verhoog je Camera (AA), dan neemt de totale rendertijd snel toe, maar verdwijnt vrijwel alle soort ruis tegelijk.

Praktische richtwaarden voor productiewerk:

• Camera (AA) tussen 3 en 6 voor de meeste scenes.
• Hogere waarden (6 tot 10) alleen bij hardnekkige ruis in complexe belichting.
• Verlaag eerst Camera (AA) en verhoog de specifieke samples (diffuse, specular) als slechts een type ruis overblijft; dat is efficienter dan alles opschroeven.

Omdat Camera (AA) alles vermenigvuldigt, is dit de duurste knop. Gebruik hem om algemene ruis weg te nemen, en de losse sample-instellingen om een specifiek probleem gericht op te lossen.

Reken even mee om het effect te begrijpen. Een diffuse-sample van 2 betekent 2 in het kwadraat, dus 4 stralen, maar die worden nog eens vermenigvuldigd met de Camera (AA) in het kwadraat. Bij Camera (AA) 4 en diffuse 2 zijn dat 16 keer 4 is 64 diffuse-stralen per pixel. Verdubbel je de Camera (AA) naar 8, dan verviervoudigt de totale belasting. Daarom loont het bijna altijd om eerst de goedkopere, gerichte samples te verhogen en pas als laatste aan de Camera (AA) te draaien.

Adaptieve sampling stuurt extra stralen alleen naar de ruizige delen van het beeld.

Met Adaptive Sampling analyseert Arnold tijdens het renderen waar het beeld nog ruist en besteedt hij daar extra stralen aan, terwijl gladde vlakken met minder stralen toe kunnen. Dat scheelt rendertijd omdat je niet het hele beeld op het hoogste niveau berekent.

Zet adaptieve sampling zo op:

1. Vink Enable aan bij Adaptive Sampling in de rollout Sampling and Ray Depth.
2. Stel Max. Camera (AA) hoger in dan de gewone Camera (AA), bijvoorbeeld 8 tot 20. Dit is het plafond dat Arnold in ruizige gebieden mag gebruiken.
3. Verlaag de Adaptive Threshold (noise threshold) om schoner te renderen; een lagere waarde (bijvoorbeeld 0,01 of 0,005) laat Arnold langer doorwerken tot de ruis onder die drempel zakt.

Render Setup (F10) > Arnold Renderer > Sampling and Ray Depth > Adaptive Sampling: Enable
Camera (AA) = 4, Max. Camera (AA) = 12, Adaptive Threshold = 0,01

Adaptieve sampling werkt alleen als Max. Camera (AA) groter is dan de gewone Camera (AA), en de Camera (AA) zelf groter dan 1. Staat de drempel te hoog, dan stopt Arnold te vroeg en blijft ruis staan; te laag maakt de render onnodig lang.

Ray Depth bepaalt hoeveel keer een straal weerkaatst en hoe realistisch, maar ook hoe ruizig, het licht wordt.

De Ray Depth-instellingen regelen het aantal weerkaatsingen (bounces) per straaltype: Diffuse, Specular, Transmission en Volume, met een overkoepelende Total-limiet. Meer bounces geven realistischer indirect licht en doorschijnende materialen, maar kosten tijd en kunnen ruis toevoegen.

Houd de depth niet hoger dan nodig. Elke extra bounce voegt berekening toe die opnieuw ruis kan introduceren. Voor de meeste scenes zijn een diffuse depth van 2 of 3 en een specular depth van 2 voldoende; alleen glas- en vloeistofscenes vragen een hogere transmission depth.

Clamping onderdrukt fireflies, de felle witte ruispunten in het beeld.

Fireflies zijn losse, extreem heldere pixels die ontstaan door een enkele straal die veel licht opvangt, bijvoorbeeld van een klein, fel highlight. Ze zijn met meer samples nauwelijks weg te krijgen. De oplossing is clamping: je begrenst de maximale helderheid die een sample mag bijdragen.

• Vink Clamp AA Samples aan in de sampling-rollout.
• Stel een Clamp Value in (bijvoorbeeld tussen 3 en 10). Een lagere waarde verwijdert meer fireflies maar dempt ook felle highlights.
• Vink Affect AA Samples aan zodat de clamp op de anti-aliasing-samples werkt.

Zet de clamp value niet te laag, want dan verlies je legitieme heldere accenten zoals zonreflecties. Begin rond 10 en verlaag stap voor stap tot de fireflies weg zijn zonder dat het beeld dof wordt.

Verhoog gerichte samples bij ruis in schaduwen of specifieke materialen.

Blijft na de algemene instellingen een specifiek type ruis over, dan pak je de bron aan in plaats van overal Camera (AA) te verhogen:

• Ruizige zachte schaduwen: verhoog de Samples van de betreffende area light (in de lichteigenschappen). Meer lichtsamples maken zachte schaduwranden gladder.
• Ruizige reflecties: verhoog de Specular-samples in de sampling-rollout.
• Ruizig indirect licht op matte vlakken: verhoog de Diffuse-samples.
• Ruizige doorschijnendheid of SSS: verhoog de Transmission- of SSS-samples.

Om te zien welk type ruis je hebt, render je losse AOVs (render elements) zoals diffuse, specular en SSS. Zo isoleer je de boosdoener en verhoog je precies de juiste samples. Deze gerichte aanpak houdt de rendertijd laag; een lichtere, opgeschoonde scene helpt daar ook bij, net zoals je een tekenbestand licht houdt door het verkleinen van een AutoCAD-bestand met PURGE.

Een denoiser haalt de laatste ruis weg zonder dat je de samples verder opvoert.

De snelste winst zit vaak niet in meer samples maar in een denoiser: een filter dat de resterende ruis uit het beeld haalt. Arnold voor 3ds Max biedt drie opties, elk met een eigen toepassing:

Voor de Arnold Denoiser (Noice) zet je op het tabblad Denoiser van Render Setup de optie Output Denoising AOVs aan; Arnold genereert dan automatisch de benodigde normal-, depth- en albedo-passes en de variance-data. Je rendert naar EXR en draait daarna de denoiser. Noice werkt niet op de GPU; gebruik daar OptiX of OIDN. OptiX is bedoeld voor snelle voorbeelden in de interactieve render, OIDN voor een nette post-process op stills.

Een denoiser kan het benodigde aantal samples flink verlagen, zodat je met een lagere Camera (AA) toch een schoon eindbeeld krijgt. De officiele uitleg staat in de Arnold-documentatie over het verwijderen van ruis.

Arnold GPU versnelt het instellen, maar de eindkwaliteit stel je op de CPU zeker.

Arnold kan renderen op de CPU of op de GPU (Arnold GPU). Je kiest het rendertype in Render Setup onder Render Device. De GPU is veel sneller in de interactieve render, waardoor je het effect van je sample- en lichtinstellingen vrijwel direct ziet. Dat maakt hem ideaal om de scene op te bouwen en ruis grofweg in te schatten.

Er zijn wel verschillen. Niet elke functie wordt op de GPU identiek ondersteund, en het geheugen van de videokaart is beperkter dan het werkgeheugen. Voor de definitieve frames controleer je daarom het resultaat op de CPU, of je test zorgvuldig of de GPU exact hetzelfde beeld geeft. Een handige werkwijze is: opbouwen en afstellen met de GPU en OptiX-denoiser voor snelheid, en de eindrender op de CPU met de Arnold Denoiser voor betrouwbaarheid.

Houd de scene zelf ook licht. Onnodig zware textures, extreem hoge subdivisies en overbodige objecten verlengen elke testrender. Ruim je scene periodiek op, vergelijkbaar met het lichthouden van een tekenbestand, en je wint tijd bij elke iteratie.

Werk van grof naar fijn: eerst samples, dan gericht bijsturen, dan denoisen.

Een efficiente volgorde levert een schoon beeld zonder onnodige rendertijd:

1. Zet Adaptive Sampling aan en begin met een lage Camera (AA), bijvoorbeeld 3, en een ruime Max. Camera (AA).
2. Verlaag de Adaptive Threshold tot de algemene ruis acceptabel is.
3. Houd de Ray Depth zo laag als de scene toelaat.
4. Zet clamping aan tegen fireflies.
5. Render AOVs om resterende ruis te isoleren en verhoog alleen de betreffende samples.
6. Zet een denoiser in voor de laatste opschoning.

Test steeds op een lage resolutie of een klein rendergebied (Region) voordat je de volledige frame draait. Zo zie je snel het effect van elke wijziging. Werk je met gehuurde renderlicenties of een renderfarm, houd dan de licentievorm in de gaten; in het overzicht over het verschil tussen OEM-, retail- en volumelicenties lees je wat dat betekent voor renderen op meerdere machines.