Trong các chương trình render cho 3dsMax, Vray là một chương trình được sử dụng phổ biến nhất. Hoàn toàn không phóng đại khi nói Vray phổ biến đến mức bằng tổng các renderer khác như mental ray, finalRender и brasil r/s cộng lại. Điều đó càng thể hiện rõ với thuật toán và nhân của chương trình được nghiên cứu và hoàn thiện bởi một nhóm người. Tính phổ biến của chương trình có những nguyên nhân xác đáng. Thứ nhất, VRay dùng trong các phép tính của nó phương pháp chuyển đổi tính toán – nó được xây dựng hoàn toàn trên cơ sở của phương pháp Monter-Carlo. Trong phương diện này có thể VRay được dùng như là 1 ví dụ để trình diễn chương trình theo phương pháp Monter-Carlo. Nhưng ngoài ra, VRay có 1 loạt đổi mới thú vị các công nghệ xử lý, cung cấp thêm cho VRay những ưu thế trong chất lượng và tốc độ tính toán. Bài viết này sẽ trình bày về các cơ chế tình toán cơ bản bên trong VRay và cung cấp cho người đọc một số phương pháp sử dụng hiệu quả chương trình này.
Nhiệm vụ cơ bản của bất kỳ chương trình renderer nào là tính toán sự chiếu sáng và màu sắc của một điểm bất kỳ của khung cảnh 3 chiều. Nhiệm vụ đó rất là phức tạp. Các phương pháp tính toán của đồ họa máy tính đã vượt qua một chặng đường phát triển khá dài, trước khi người ta đạt tới trình độ như ngày nay về hiện thực hóa các bức ảnh bằng sự trình diễn của máy tính. Thứ nhất, chúng ta đã biết rằng các vật thể được nguồn sáng chiếu sáng trực tiếp, khi mà vật thể và nguồn sáng có thể nối với nhau bới một đường thẳng. Mô hình sự chiếu sáng Fong và mô hình đổ bóng Fong, những thứ đã cho phép làm mềm mầu của các poligon bề mặt và tính ra những chỗ sáng nổi bật –highlight, đã trở thành đỉnh cao của mô hình tính toán này. Mô hình chiếu sáng đó cũng như các phép biến đổi của nó (Lambert, Blin, Torrent, Ward và những cái khác) bây giờ vẫn là nền tảng để tính toán sự chiếu sáng trực tiếp, chỉ thêm 1 chút bổ sung. Một trong các bổ sung quan trọng nhất , sự tính toán các kích thước không gian của nguồn sáng, cho phép nhận được các vết mờ của bóng vật thể. Một bổ sung khác là xác định sự giảm dần cường độ ánh sáng theo khoảng cách. Về chi tiết, các phép tính vật lý chính xác sự chiếu sáng sử dụng định luật cường độ tia sáng giảm dần theo bình phương khoảng cách.
Thành phần thứ hai của sự chiếu sáng vật thể được xác định bằng phản xạ (hay gần với nó) từ các vật khác và không gian xung quanh vật thể. Để thực hiện pháp tính đó người ta đã nghĩ ra phương pháp dò tia - ray tracing. Phương pháp này dò theo đường đi của các tia sáng, bắt đầu từ Camera, tới bề mặt đầu tiên và sau đó phụ thuộc vào tính trong suốt hay phản xạ của bề mặt, xác định hướng đi tiếp theo của tia sáng. Phương pháp dò tia từ camera lần đầu tiên cho phép tính đến môi trường xung quanh trong sự chiếu sáng vật thể và đã hiệu quả hơn sự dò tia từ nguồn sáng, bởi vì chỉ tính xem xét đến các tia sáng tới được camera. Một trong những nhược điểm của phương pháp dò tia cổ điển là tính cứng nhắc của hình ảnh nhận được, sự rõ ràng quá mức của các đường bao, bóng đổ và màu sắc. Vì thế sau đó nguời ta đã làm ra phép chỉnh sửa sự phân bổ dò tia - distribution ray tracing (DRT). Bản chất của DRT là ở chỗ trong mỗi lần giao cắt giữa các tia dò từ bề mặt trên đường đi của nó, từ mỗi điểm giao nhau được xây dựng không chỉ một mà nhiều tia sáng. Quá trình này phần nào gợi nhớ đến chuỗi phản ứng. Hướng giải quyết đó đã cho phép tính ra các phản xạ và khúc xạ yếu dần (như là các phản xạ và khúc xạ fuzzy, blurry hay glossy), nhưng mà kèm theo sự gia tăng đáng kể khối lượng tính toán. Mô hình DRT được thực hiện trong các tính chất của vật liệu VRay phản xạ và khúc xạ với sự giúp đỡ của thông số Glossy. Do cái giá quá đắt của các phép tính DRT, sự chậm chạp trong tính toán glossy-material VRay đã trở thành «điều mà ai cũng nói đến».
Thành phần thứ ba của quá trình chiếu sáng vật thể được tính toán qua sự khuếch tán nhiều lần màu sắc của các đối tượng xung quanh. Phương pháp đầu tiên dùng để tính sự chiếu sáng khuyếch tán thứ cấp là radiosity, mặc dù vẫn được sử dụng cho tới giờ, với sự tồn tại một loạt yếu kém, nó đã nhường chỗ cho 2 phương pháp tính khác tiến bộ hơn – Phương pháp Monte-Carlo và phương pháp Photon map. Phương pháp bản đồ photon tạo ra cho mỗi mặt phẳng của đối tượng trong khung cảnh một cơ sở dữ liệu, trong đó lưu trữ thông tin về sự va chạm của photon với bề mặt - tọa độ va chạm, hướng và năng lượng của photon. Photon được hiểu là phần năng lượng của sự chiếu sáng, truyền theo một hướng nhất định từ nguồn sáng. Mật độ photon của bản đồ được dùng trong các tính toán tiếp theo để đánh giá sự chiếu sáng của điểm trong kết quả của sự phân tán khuyếch tán ánh sáng trên các bề mặt xung quanh. Tất cả các renderer, sử dụng phương pháp bản đồ photon, thực hiện sự tính toán chiếu sáng qua 2 bước. Bước thứ nhất thực hiện dò photon từ nguồn sáng đến bề mặt và tạo ra bản đồ photon cho chúng. Bước thứ hai thực hiện quá trình dò tia ngược lại từ camera, còn bản đồ photon được sử dụng để tính toán sự chiếu sáng khuếch tán của các điểm giao nhau giữa tia dò ngược với mặt phẳng.
Thứ tư, sự chiếu sáng được xác định bằng các trường hợp đặc biệt – tính các hiệu ứng ánh sáng xuất hiện trong kết quả tụ vào tiêu điểm do sự khuếch tán và phản xạ của tia sáng trên một số vùng của bề mặt. Các hiệu ứng này được gọi là các hiệu ứng quang tụ (caustic) của sự chiếu sáng, mà minh họa tuyệt vời từ thực tế có thể là thấu kính hội tụ ánh sáng mặt trời lên bề mặt vật thể.. Sự tính toán các hiệu ứng quang tụ của ánh sáng được thực hiện bằng phương pháp bản đồ photon, nhưng với yêu cầu bản đồ photon cục bộ có mật độ rất cao. Vì thế các bản đồ photon được tạo riêng biệt với sự xuất hiện các nhu cầu. Để kết thúc các ý nói trên, có thể khẳng định rằng: với trình độ phát triển hiện nay của các phương pháp tính toán đồ họa máy tính cho phép tính toán sự chiếu sáng một điểm bất kỳ trong khung cảnh 3D như tổng của 4 thành phần: chiếu sáng trực tiếp, phản xạ và khúc xạ, phát tán khuếch tán thứ và các hiệu ứng quang tụ ánh sáng.
