场景的模型和材质非常简单，全部的shader都是lambert，不携带任何光泽反射(specular)、镜面反射(reflection)、折射(refraction)、3s等内容。总而言之就是简化成一个纯diffuse漫反射环境，这样能够专注于测试漫反射全局照明在arnold、vray、mentalray中的异同。

全局光，其英文名叫Global Illumination，翻译过来叫全菊照明，哦不对是全局照明，也可以叫间接照明，我个人更接受间接照明（Indirect Illumination）这个叫法。英文简称叫GI，在常用渲染器中，全局照明通常指的是全局漫反射照明。

测试灯光环境搭建：

1、测试场景中使用了一盏平行光来模拟太阳直射光，然后根据渲染器的不同，arnold用了aiSky来作为蓝天的间接照明，vray使用了Override Environment的内容来作为蓝天，mentalray使用了Image Based Lighting来作为蓝天背景。天空的颜色与颜色强度在三个渲染器中我都设置为完全一致。但是Arnold的aiSky中颜色设置有bug。

2、场景中平行光在Vray和Mentalray渲染层中的灯光强度为2，在Arnold 渲染层中相对应的强度值为2*3.14=6.28，我不能很好的解释为什么在本场景中arnold的灯光强度要乘以π才能得到实际等值于Vray和Mentalray中2的灯光强度，但经过测试的结果确实如此。

3、本次测试在三款渲染器中全部使用线性工作流程。

注：你可以下载打开测试文件看看，对理解本文更有帮助。

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一、用户常用默认设置下的测试结果对比：

一款商用渲染器的好坏，易用性是一项很重要的评判指标，我拿到这个场景后根据arnold、vray、mentalray的基本特点，使用了一般情况下最常用的设置，打开了全局光（arnold的diffuse的反弹次数为3，vray使用irradiance+light cache，mentalray使用finalgather），并把采样设置到产品渲染级别，其他的参数尽量使用渲染器默认的设置，得到了如下三张图的效果：

aiSky渲染的颜色和之前在maya中指定的颜色<<0.8,0.9,1.0>>完全一样，bug得以解决。

上图是使用arnold渲染器的情况下有颜色bug的渲染图和去除bug之后的渲染图的对比，可以看到原本的浅蓝色天空在出bug的情况下，变得更深，因此房间的间接照明偏冷，去除bug后房间的冷色调明显减少。结果更接近Vray使用经典的Irradiance map+light cache得到的渲染效果。

这个场景属于半封闭场景，因此间接照明的使用是否得当将直接影响到室内环境的光线充沛度，在仅仅采用finalgather作为间接照明技术的情况下，mentalray只能得到反弹一次的间接照明采样，对于室内场景来说远远不够，这就是为什么mentalray只开fg渲染室内特别黑的原因。
所以，让我们同时开启mentalray渲染器面板中的Global Illumination的勾，并在平行光下开启mentalray选项卡下的emit photons，调节相关的值，又提升了一些finalgather的参数，得到如下渲染结果（注意mentalray在渲染为exr格式并勾选Enable Color Management并将设置都改为sRGB的情况下，输出的结果在nuke中和在render view中看到的不一致，因此请关闭Enable Color Management并在nuke中查看mentalray渲染出来的exr，并且一定记得把exr位深设置为32bit）：

这个结果更进一步的接近Vray渲染的结果，只是黄色调更重一点，暗部更暗一点。

那么经过这两步的调整之后，我们得到——
改进过的测试结果对比：


改进设置后的渲染结论：

这样的默认设置的好处是渲染会很快，坏处就是间接照明效果比较弱！角落很黑！

通过上图可以看到gi的反弹次数对于间接照明的效果影响有多大。

从上图可以看出，Arnold在diffuse ray depth=30的时候，渲染结果与Vray的渲染结果已经十分接近了（但渲染时间变得很夸张），因此可以判断Vray和Arnold在GI算法设计上遵循着同样的能量守恒原则，并不存在“这个渲染器的渲染风格偏文艺，那个渲染器的渲染风格偏小资”这种感性的说法。

看上图，如果我把这个Depth设置为3，那渲染效果就和Arnold diffuse ray depth=3的效果一样了，下图见分晓：

从上图我们也能找到些许ar和vr在全局照明技术上的共通点。

关于GI反弹次数的话题，我们一直在讲arnold和vray，Mentalray其实也有类似的参数，它在Global Illumination的选项下面，见下图：



写到这我发现了自己之前的一个错误，mentalray的gi默认的photon reflections和phont refractions的值是5，被我直接开到100了，也就是说之前mentalray开FG+GI渲染的结果都是100的参数渲染的，按照默认的情况下我应该以5的值去渲染，抱歉。

最终我们基本统一了arnold、vray、mentalray三种渲染器渲染同一个室内场景的效果，见下图：

如果arnold的depth开到100，效果应该会更好一点，但是渲染速度基本接受不了。

接下来我们讨论另一个关于GI的话题，就是物理算法（unbiased，无偏差算法）与模拟算法（biased，有偏差算法）的比较。

长话短说，我直接给我了解到的结论：

如果你在Mentalray中采用的是FG+GI的组合，对应到Vray中就是Irradiance Map+Photon Map的组合，也就是说FG与Irradiance Map是类似的技术，GI与Photon Map是类似的技术，遗憾的是Photon Map比较老旧，效果也不够好，已经被更好的Light Cache所取代，而mentalray还只能继续用Global Illumination。

Mentalray没有物理算法的GI技术，Vray既有物理算法又有模拟算法，Arnold只有物理算法。

Vray的Brute-Force（暴力准蒙特卡洛算法）与Arnold GI的算法是类似的，也就是说，如果在Vray中采取BF+BF的GI组合，得到的渲染结果与Arnold的渲染结果会更加相似（几乎一模一样），见下面4张图：

以上两张为Arnold与Vray中depth=3时，同时采取暴力算法的渲染图对比

可以下载图片到nuke里认真比对，图片我上传的是无损png文件。

通过渲染测试数据我们可以发现，Vray采用BF+BF的GI算法的情况下，得到的渲染结果与Arnold几乎一模一样！在同样采取暴力算法的情况下，Arnold较Vray的渲染速度优势在于低depth的情况下，一旦depth变得很高的时候，Arnold的暴力算法会比Vray更慢。当然，我只是针对这个场景的测试结果说话，并不敢保证在所有场景渲染中都能得出这样的结论。

至此，Arnold是不是一个“那么神奇”的渲染器，我想认真的读者可能会在心里小小怀疑一下了！

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最后我再说说Vray GI的物理算法+模拟算法的混合模式（hybrid GI）。在Vray中，采用混合模式的组合就是BF与IR、LC、Photon map的组合搭配，比较常见的组合有：
Irradiance Map+Brute Force（目前没发现这个组合有什么好的地方）
Brute Force+Light Cache（有效减少BF+BF的噪点问题）

下面上测试渲染图对比（注意观察噪点情况）：

不得不服，用Vray的Light Cache技术去计算二次GI照明，配合Brute Force去计算一次GI照明，无论是画面质量还是渲染时间都远远优于纯暴力算法。

在本文的所有用到Vray Light Cache渲染的图片中，LC的参数除了depth外都保持的是默认值。

以上的结论都是针对静帧渲染。动画渲染的结果会是怎么样？是不是各种GI技术会出现大跌眼镜的结果，也许我会另写一篇评测文章，还请继续关注我的博客，不用记地址，只要百度搜索“cg风火连城”或者“cg烽火连城”即可。

作为本文的扩展，来说说个人目前对这三款渲染器的认识：

关于Mentalray：
1、俗话说得好：不怕不识货，就怕货比货。只要你用过Arnold或者Vray，你就不想再回到Mentalray的世界，因为在不带二次开发的情况下，他的界面不友好，不亲切，不好用（相对而言）。
2、Mentalray的硬伤在Global Illumination这个技术上，虽然现在新出了个什么Irradiance Particles技术，但好像是用来取代FG的，GI仍然没有改变。也就是说，你用Mentalray很难得到高细节的全局照明渲染效果。
3、Mentalray的另一个硬伤在于同时开启FG+motion blur，速度能慢十倍以上，基本不能用。在可以预见的未来这几年，直接开运动模糊渲染的片子应该会越来越多，而Mentalray基本不能让你这么干。
4、总而言之，mentalray已经老了，不怎么进步了。我的意见是你想用arnold或者vray就去用吧。

关于Arnold：
1、Arnold是目前逼格最高的商业渲染器。最好入门，界面最简单。看起来就像是深刻了解了艺术家不喜欢看大量参数的特点，因此参数不多，但如果要深入了解Arnold或者在实际工作中碰到了问题的话，Arnold也需要不少的渲染器理论知识才能顺利解决问题。
2、Arnold的IPR非常优秀，交互性非常好，这点上完胜Vray和mentalray。Vray的IPR是另一套模式，那套独有的IPR模式居然不支持3s材质，导致Vray IPR的实用性打了折扣。
3、Arnold在实际生产使用过程中，一定要学会节约计算资源，也就是说，你要懂场景为何渲染慢了，慢在diffuse、glossy、 reflection还是透贴？怎么提速？如何寻求效果与质量的平衡点？否则你有可能碰到慢的惊人的情况，如果你不懂优化，说不定你会开始怀念Mentalray。
4、Arnold的暴力算法决定了它的渲染时间与场景精度设置几乎呈线性关系，也就是说你场景中每像素的采样光线如果是100的话，那么你的采样光线增加到1000的时候，渲染速度恰好慢十倍。关于这个知识点我有空再写一篇博文。
5、采用了暴力算法的渲染器（arnold与使用brute-force模式的Vray），噪点只能随着精度的提升而减少，永远无法消除，颗粒感永远伴随着你，只是精度高了可能会看不出来。
6、Arnold的暴力算法没有传的那么神，速度也没有多快，没错低精度确实很快，但精度开高了也真能慢的你服气。在高GI反弹次数的时候，渲染效率甚至不如Vray使用BF+BF。

关于Vray：
1、在三款渲染器中，Vray是商业化程度最高的一款，UI设计非常人性化，各种模块分布也让你能感觉出来这款渲染器充分考虑到了用户的需求和使用习惯。Arnold的界面设计倾向于简单粗暴，Vray的界面设计倾向于贴心，而Mentalray的界面设计让你感觉“你爱用不用，不用拉到”。
2、Vray同时拥有模拟GI算法与物理GI算法，还可以混合使用，在技术选择上十分灵活，但灵活的代价就是你要掌握更多的GI技术知识才能用好它。
3、你也许没听说过，但Vray和Arnold一样，可以同时开间接照明+置换+景深+运动模糊，只要选择好gi引擎，渲染也不算太慢。

渲染器说白了就是对像素进行数学运算的工具，是纯理性的玩意儿，要说“mentalray能实现的渲染风格arnold就实现不了”，或者“只有arnold能做写实风格，其他都不行”等观点，本人无法苟同。在把工具用好的基础之上，渲染效果上的差距只在于渲染师的艺术功底。

全文完

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