3ds Max: Arnold-Rauschen reduzieren ohne lange Renderzeiten

Rauschen in Arnold entsteht, weil zu wenige Strahlen pro Pixel berechnet werden.

Arnold ist ein Pathtracer: Er schießt pro Pixel eine bestimmte Anzahl zufälliger Strahlen in die Szene, um Licht zu berechnen. Sind es zu wenige, unterscheidet sich das Ergebnis von Pixel zu Pixel und Sie sehen Rauschen (Noise), die körnigen Sprenkel in Schatten, Reflexionen und indirektem Licht. Mehr Strahlen ergeben ein saubereres Bild, aber längere Renderzeiten. Das Ziel ist nicht einfach mehr Samples, sondern die Samples intelligent zu verteilen und das verbleibende Rauschen mit einem Denoiser zu beseitigen.

Sie stellen dies über Render Setup (Tastenkürzel F10), Registerkarte Arnold Renderer, Rollout Sampling and Ray Depth ein. Dort befinden sich die Regler, die die Anzahl und Verteilung der Strahlen bestimmen. Bevor Sie überall die Samples hochschrauben, lohnt es sich zu wissen, welche Art von Rauschen Sie bekämpfen, denn jeder Typ hat seine eigene Einstellung.

Rauschen tritt in verschiedenen Formen auf, jede mit einer anderen Ursache:

• Allgemeine Körnung über das ganze Bild: zu niedrige Camera (AA).
• Rauschen in weichen Schatten: zu wenige Licht-Samples auf einem Area Light.
• Rauschen in Reflexionen: zu wenige Specular-Samples.
• Rauschen in indirektem Licht auf matten Flächen: zu wenige Diffuse-Samples.
• Einzelne helle Punkte (Fireflies): kein Clamping.

Erkennen Sie den Typ, wissen Sie sofort, an welchem Regler Sie drehen müssen, und verhindern, dass Sie die Renderzeit durch eine falsche Einstellung verdoppeln.

Camera (AA) Samples sind die Hauptregelung, die alle anderen Samples multipliziert.

Die Camera (AA) Samples bestimmen, wie viele Strahlen pro Pixel die Kamera abfeuert. Die Anzahl der Strahlen pro Pixel ist das Quadrat dieses Werts: Bei Camera (AA) 5 sind das 25 Strahlen. Wichtig: Dieser Wert wirkt als Multiplikator auf alle anderen Samples, einschließlich der Lichtsamples. Erhöhen Sie Camera (AA), steigt die gesamte Renderzeit schnell an, aber nahezu alle Arten von Rauschen verschwinden gleichzeitig.

Praktische Richtwerte für die Produktion:

• Camera (AA) zwischen 3 und 6 für die meisten Szenen.
• Höhere Werte (6 bis 10) nur bei hartnäckigem Rauschen in komplexer Beleuchtung.
• Senken Sie zuerst Camera (AA) und erhöhen Sie die spezifischen Samples (Diffuse, Specular), wenn nur eine Art von Rauschen übrig bleibt; das ist effizienter, als alles hochzuschrauben.

Weil Camera (AA) alles multipliziert, ist dies der teuerste Regler. Verwenden Sie ihn, um allgemeines Rauschen zu beseitigen, und die einzelnen Sample-Einstellungen, um ein spezifisches Problem gezielt zu beheben.

Rechnen wir kurz nach, um den Effekt zu verstehen. Ein Diffuse-Sample von 2 bedeutet 2 zum Quadrat, also 4 Strahlen, diese werden aber noch mit der Camera (AA) zum Quadrat multipliziert. Bei Camera (AA) 4 und Diffuse 2 sind das 16 mal 4, also 64 Diffuse-Strahlen pro Pixel. Verdoppeln Sie Camera (AA) auf 8, vervierfacht sich die Gesamtlast. Deshalb lohnt es sich fast immer, zuerst die günstigeren, gezielten Samples zu erhöhen und erst zuletzt an Camera (AA) zu drehen.

Adaptives Sampling sendet zusätzliche Strahlen nur in die rauschenden Bildbereiche.

Mit Adaptive Sampling analysiert Arnold während des Renderns, wo das Bild noch rauscht, und verwendet dort zusätzliche Strahlen, während glatte Flächen mit weniger Strahlen auskommen. Das spart Renderzeit, weil Sie nicht das gesamte Bild auf dem höchsten Niveau berechnen.

So richten Sie adaptives Sampling ein:

1. Aktivieren Sie Enable bei Adaptive Sampling im Rollout Sampling and Ray Depth.
2. Setzen Sie Max. Camera (AA) höher als die normale Camera (AA), beispielsweise 8 bis 20. Das ist die Obergrenze, die Arnold in rauschenden Bereichen verwenden darf.
3. Senken Sie den Adaptive Threshold (Rauschschwelle), um sauberer zu rendern; ein niedrigerer Wert (z. B. 0,01 oder 0,005) lässt Arnold länger arbeiten, bis das Rauschen unter diese Schwelle fällt.

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

Adaptives Sampling funktioniert nur, wenn Max. Camera (AA) größer ist als die normale Camera (AA) und Camera (AA) selbst größer als 1 ist. Ist die Schwelle zu hoch, stoppt Arnold zu früh und Rauschen bleibt übrig; zu niedrig macht den Render unnötig lang.

Die Ray Depth bestimmt, wie oft ein Strahl reflektiert wird und wie realistisch, aber auch wie rauschend das Licht wird.

Die Ray Depth-Einstellungen regeln die Anzahl der Reflexionen (Bounces) pro Strahltyp: Diffuse, Specular, Transmission und Volume, mit einer übergreifenden Total-Begrenzung. Mehr Bounces ergeben realistischeres indirektes Licht und durchscheinende Materialien, kosten aber Zeit und können Rauschen hinzufügen.

Halten Sie die Depth nicht höher als nötig. Jeder zusätzliche Bounce fügt Berechnungen hinzu, die erneut Rauschen einführen können. Für die meisten Szenen sind eine Diffuse Depth von 2 oder 3 und eine Specular Depth von 2 ausreichend; nur Glas- und Flüssigkeitsszenen erfordern eine höhere Transmission Depth.

Clamping unterdrückt Fireflies, die hellen weißen Rauschpunkte im Bild.

Fireflies sind einzelne, extrem helle Pixel, die durch einen einzelnen Strahl entstehen, der viel Licht einfängt, z. B. von einem kleinen, hellen Highlight. Sie sind mit mehr Samples kaum zu beseitigen. Die Lösung ist Clamping: Sie begrenzen die maximale Helligkeit, die ein Sample beitragen darf.

• Aktivieren Sie Clamp AA Samples im Sampling-Rollout.
• Stellen Sie einen Clamp Value ein (z. B. zwischen 3 und 10). Ein niedrigerer Wert entfernt mehr Fireflies, dämpft aber auch helle Highlights.
• Aktivieren Sie Affect AA Samples, damit der Clamp auf die Anti-Aliasing-Samples wirkt.

Setzen Sie den Clamp Value nicht zu niedrig, denn sonst verlieren Sie legitime helle Akzente wie Sonnenreflexionen. Beginnen Sie bei rund 10 und senken Sie schrittweise, bis die Fireflies verschwunden sind, ohne dass das Bild flau wird.

Erhöhen Sie gezielte Samples bei Rauschen in Schatten oder spezifischen Materialien.

Bleibt nach den allgemeinen Einstellungen eine bestimmte Art von Rauschen übrig, dann gehen Sie die Quelle an, anstatt überall Camera (AA) zu erhöhen:

• Rauschende weiche Schatten: Erhöhen Sie die Samples des betreffenden Area Lights (in den Licht-Eigenschaften). Mehr Licht-Samples glätten weiche Schattenkanten.
• Rauschende Reflexionen: Erhöhen Sie die Specular-Samples im Sampling-Rollout.
• Rauschendes indirektes Licht auf matten Flächen: Erhöhen Sie die Diffuse-Samples.
• Rauschende Transluzenz oder SSS: Erhöhen Sie die Transmission- oder SSS-Samples.

Um zu erkennen, welche Art von Rauschen Sie haben, rendern Sie separate AOVs (Render-Elemente) wie Diffuse, Specular und SSS. So isolieren Sie den Übeltäter und erhöhen genau die richtigen Samples. Dieses gezielte Vorgehen hält die Renderzeit niedrig; eine leichtere, aufgeräumte Szene hilft dabei ebenfalls, so wie Sie eine Zeichnungsdatei durch das Verkleinern einer AutoCAD-Datei mit PURGE schlank halten.

Ein Denoiser entfernt das letzte Rauschen, ohne dass Sie die Samples weiter erhöhen müssen.

Der schnellste Gewinn liegt oft nicht in mehr Samples, sondern in einem Denoiser: einem Filter, der das verbleibende Rauschen aus dem Bild entfernt. Arnold für 3ds Max bietet drei Optionen, jede mit einem eigenen Einsatzzweck:

Für den Arnold Denoiser (Noice) aktivieren Sie auf der Registerkarte Denoiser im Render Setup die Option Output Denoising AOVs; Arnold generiert dann automatisch die benötigten Normal-, Depth- und Albedo-Passes sowie die Variance-Daten. Sie rendern nach EXR und führen danach den Denoiser aus. Noice funktioniert nicht auf der GPU; verwenden Sie dort OptiX oder OIDN. OptiX ist für schnelle Vorschauen im interaktiven Rendering gedacht, OIDN für einen sauberen Post-Process auf Standbildern.

Ein Denoiser kann die erforderliche Sample-Anzahl deutlich senken, sodass Sie mit einer niedrigeren Camera (AA) trotzdem ein sauberes Endbild erhalten. Die offizielle Erklärung finden Sie in der Arnold-Dokumentation zum Entfernen von Rauschen.

Arnold GPU beschleunigt das Einrichten, aber die Endqualität sichern Sie auf der CPU ab.

Arnold kann auf der CPU oder auf der GPU (Arnold GPU) rendern. Sie wählen den Rendertyp im Render Setup unter Render Device. Die GPU ist im interaktiven Rendering viel schneller, sodass Sie die Auswirkungen Ihrer Sample- und Lichteinstellungen nahezu sofort sehen. Das macht sie ideal, um die Szene aufzubauen und Rauschen grob einzuschätzen.

Es gibt jedoch Unterschiede. Nicht jede Funktion wird auf der GPU identisch unterstützt, und der Grafikspeicher ist begrenzter als der Arbeitsspeicher. Überprüfen Sie daher für die finalen Frames das Ergebnis auf der CPU, oder testen Sie sorgfältig, ob die GPU exakt dasselbe Bild liefert. Eine praktische Arbeitsweise ist: Aufbau und Feinabstimmung mit der GPU und dem OptiX-Denoiser für Geschwindigkeit, und das End-Rendering auf der CPU mit dem Arnold Denoiser für Zuverlässigkeit.

Halten Sie auch die Szene selbst schlank. Unnötig schwere Texturen, extrem hohe Unterteilungen und überflüssige Objekte verlängern jeden Testrender. Räumen Sie Ihre Szene regelmäßig auf, ähnlich wie das Leichthalten einer Zeichnungsdatei, und Sie sparen Zeit bei jeder Iteration.

Vom Groben zum Feinen: zuerst Samples, dann gezielt nachjustieren, dann denoisen.

Eine effiziente Reihenfolge liefert ein sauberes Bild ohne unnötige Renderzeit:

1. Aktivieren Sie Adaptive Sampling und beginnen Sie mit einer niedrigen Camera (AA), z. B. 3, und einer großzügigen Max. Camera (AA).
2. Senken Sie den Adaptive Threshold, bis das allgemeine Rauschen akzeptabel ist.
3. Halten Sie die Ray Depth so niedrig, wie es die Szene zulässt.
4. Aktivieren Sie Clamping gegen Fireflies.
5. Rendern Sie AOVs, um verbleibendes Rauschen zu isolieren, und erhöhen Sie nur die entsprechenden Samples.
6. Setzen Sie einen Denoiser für die letzte Bereinigung ein.

Testen Sie stets mit einer niedrigen Auflösung oder einem kleinen Renderbereich (Region), bevor Sie das vollständige Frame rendern. So sehen Sie schnell die Auswirkung jeder Änderung. Arbeiten Sie mit gemieteten Renderlizenzen oder einer Renderfarm, behalten Sie die Lizenzform im Auge; in der Übersicht über die Unterschiede zwischen OEM-, Retail- und Volumenlizenzen lesen Sie, was das für das Rendern auf mehreren Maschinen bedeutet.