Процесс рендеринга играет решающую роль в процессе разработки компьютерной графики.
Как развивающийся фильм
Рендеринг - это наиболее технически сложный аспект 3D-постановки, но его можно легко понять в контексте аналогий: так же, как фотограф-фотограф должен разрабатывать и распечатывать свои фотографии, прежде чем их можно будет отображать, профессионалы в области компьютерной графики обременены аналогичным необходимость.
Когда художник работает на 3D-сцене, модели, которыми он управляет, на самом деле представляют собой математическое представление точек и поверхностей (точнее, вершин и многоугольников) в трехмерном пространстве.
Термин «рендеринг» относится к вычислениям, выполняемым движком рендеринга 3D-пакета, для перевода сцены из математического приближения в финализированное 2D-изображение. Во время процесса вся пространственная, текстурная и световая информация всей сцены объединяются, чтобы определить значение цвета каждого пикселя в сплющенном изображении.
Два типа рендеринга
Существует два основных типа рендеринга, главным отличием которых является скорость, с которой вычисляются и завершаются изображения.
- Реализацию в реальном времени: В реальном времени рендеринг наиболее широко используется в игровой и интерактивной графике, где изображения должны быть рассчитаны с помощью 3D-информации невероятно быстрыми темпами. Поскольку невозможно точно предсказать, как игрок будет взаимодействовать с игровой средой, изображения должны отображаться в режиме реального времени по мере того, как действие разворачивается.
- Скорость: Для того, чтобы движение появлялось в жидкости, на экран должно отображаться как минимум 18-20 кадров в секунду. Все, что меньше этого и действие, будет изменчивым.
- Методы: В реальном времени рендеринг значительно улучшается благодаря выделенному графическому оборудованию и путем предварительной компиляции максимально возможной информации. Огромная информация об освещении игровой среды предварительно вычисляется и «испекается» непосредственно в файлах текстуры окружающей среды, чтобы улучшить скорость рендеринга.
- Офлайн или предварительный рендеринг: Автономный рендеринг используется в ситуациях, когда скорость меньше проблемы, причем вычисления обычно выполняются с использованием многоядерных ЦП, а не специализированного графического оборудования. Оффлайн-рендеринг чаще всего проявляется в анимации и работе с эффектами, где визуальная сложность и фотореализм проводятся на гораздо более высоком уровне. Поскольку нет никакой непредсказуемости в отношении того, что будет отображаться в каждом кадре, как известно, крупные студии выделяют до 90 часов времени визуализации для отдельных кадров.
- фотореализм: Поскольку автономный рендеринг происходит в рамках открытого периода времени, более высокие уровни фотореализма могут быть достигнуты, чем при рендеринге в реальном времени. Символам, средам и связанным с ними текстурам и лампам обычно разрешено большее количество полигонов и 4k (или более высоких) файлов текстур разрешения.
Методы рендеринга
Для большинства рендеринга используются три основных вычислительных метода. Каждый из них имеет свой собственный набор преимуществ и недостатков, делая все три жизнеспособных варианта в определенных ситуациях.
- Scanline (или растеризация): Скандинальная рендеринг используется, когда требуется скорость, что делает ее техникой выбора для рендеринга в режиме реального времени и интерактивной графики. Вместо рендеринга пикселя по пикселям рендереры scanline вычисляют на многоугольнике по многоугольной основе. Технологии Scanline, используемые в сочетании с предварительно вычисленным (испеченным) освещением, могут обеспечить скорость 60 кадров в секунду или лучше на высококачественной видеокарте.
- Трассировка лучей: В raytracing, для каждого пикселя в сцене, один или несколько лучей света прослеживаются от камеры до ближайшего трехмерного объекта. Затем луч света пропускается через определенное количество «отскоков», которое может включать отражение или преломление в зависимости от материалов в 3D-сцене. Цвет каждого пикселя вычисляется алгоритмически на основе взаимодействия светового луча с объектами в его трассируемом пути. Raytracing способен к большему фотореализму, чем сканирование, но экспоненциально медленнее.
- Radiosity: В отличие от raytracing, излучение рассчитывается независимо от камеры и ориентировано на поверхность, а не пополам. Основная функция радиоизлучения заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета косвенного освещения (отскок рассеянного света). Радиоизлучение обычно характеризуется мягкими градуированными тенями и цветным кровотечением, где свет от ярко окрашенных объектов «истекает кровью» на соседние поверхности.
На практике радиоизлучение и трассировка лучей часто используются в сочетании друг с другом, используя преимущества каждой системы для достижения впечатляющих уровней фотореализма.
Программное обеспечение рендеринга
Хотя рендеринг опирается на невероятно сложные вычисления, сегодняшнее программное обеспечение позволяет легко понять параметры, которые делают так, чтобы художнику никогда не приходилось иметь дело с лежащей в его основе математикой. Двигатель рендеринга включен в каждый крупный программный пакет 3D, и большинство из них включают в себя материальные и осветительные пакеты, которые позволяют достичь потрясающих уровней фотореализма.
Два наиболее распространенных механизма рендеринга:
- Mental Ray: Упакован с Autodesk Maya. Mental Ray невероятно универсален, относительно быстр и, вероятно, самый компетентный визуализатор для изображений персонажей, которые нуждаются в подповерхностном рассеянии. Mental Ray использует комбинацию raytracing и «глобального освещения» (radiosity).
- V-Ray: Обычно вы видите, что V-Ray используется вместе с 3DS Max-together, пара абсолютно не имеет аналогов для архитектурной визуализации и рендеринга среды.Главными преимуществами VRay над своим конкурентом являются его инструменты освещения и обширная библиотека материалов для arch-viz.
Рендеринг - это технический вопрос, но может быть весьма интересным, когда вы действительно начинаете глубже смотреть на некоторые из общих техник.
