Skip to content

Що таке 3D-рендерінг у трубопроводі CG?

27 de Червень de 2021

Процес візуалізації відіграє вирішальну роль у циклі розробки комп’ютерної графіки. Візуалізація є найбільш технічно складним аспектом тривимірного виробництва, але насправді це можна зрозуміти досить легко в контексті аналогії: Подібно до того, як кінофотограф повинен розробляти та друкувати свої фотографії, перш ніж їх можна буде показувати, професіонали комп’ютерної графіки обтяжені подібним необхідність. Коли художник працює над тривимірною сценою, моделі, якими він маніпулює, насправді є математичним зображенням точок і поверхонь (точніше, вершин та багатокутників) у тривимірному просторі. Термін рендеринг відноситься до розрахунків, виконаних за допомогою механізму рендерингу програмного пакету 3D для перекладу сцени з математичного наближення до завершеного 3D-зображення. Під час процесу інформація про просторові, фактурні та освітлювальні дані всієї сцени поєднується для визначення значення кольору кожного пікселя на сплощеному зображенні.

Два типи візуалізації

Існує два основних типи рендерингу, їх основною відмінністю є швидкість обчислення та доробки зображень.

  1. Візуалізація в реальному часі: Візуалізація в реальному часі використовується найбільш помітно в іграх та інтерактивній графіці, де зображення повинні обчислюватися з 3D-інформації з неймовірно швидкими темпами. Оскільки неможливо точно передбачити, як гравець буде взаємодіяти з ігровим середовищем, зображення повинні відображатися в режимі “реального часу” у міру розгортання дії.
  2. Швидкість має значення: Для того, щоб рух здавався плавним, на екран має бути відтворено мінімум 18-20 кадрів в секунду. Все, що менше цього, і дія буде здаватися непостійним.
  3. Методи: Візуалізація в режимі реального часу значно покращується завдяки виділеному графічному обладнанню та попередньому компілюванню якомога більшої кількості інформації. Велика частина інформації про освітлення ігрового середовища попередньо обчислюється і “запікається” безпосередньо у файли текстур навколишнього середовища для покращення швидкості візуалізації.
  4. Офлайн або попередній рендеринг: Офлайн-візуалізація використовується в ситуаціях, коли швидкість менше проблем, при цьому обчислення зазвичай виконуються з використанням багатоядерних процесорів, а не спеціального графічного обладнання. Офлайн-рендерінг найчастіше спостерігається в анімації та роботі з ефектами, де візуальна складність та фотореалізм дотримуються набагато вищих стандартів. Оскільки немає непередбачуваності щодо того, що з’явиться у кожному кадрі, відомо, що великі студії присвячують до 90 годин часу рендерингу окремим кадрам.
  5. Фотореалізм: Оскільки офлайн-візуалізація відбувається протягом відкритих часових рамок, можна досягти більш високих рівнів фотореалізму, ніж при рендерингу в режимі реального часу. Персонажам, середовищам та пов’язаним з ними текстурам та підсвічуванням зазвичай дозволяється більша кількість полігонів та файли текстур з роздільною здатністю 4k (або вище).

Методи візуалізації

Існує три основні обчислювальні методи, які використовуються для більшості рендерингу. Кожен має свій набір переваг і недоліків, що робить усі три життєздатні варіанти в певних ситуаціях.

  • Scanline (або растеризація): Візуалізація Scanline використовується, коли необхідна швидкість, що робить її вибором для рендерингу в режимі реального часу та інтерактивної графіки. Замість того, щоб відображати зображення піксельно за пікселем, рендери сканелів обчислюють на основі багатокутника. Технології Scanline, що використовуються в поєднанні з попередньо обчисленим (випеченим) освітленням, можуть досягти швидкості 60 кадрів в секунду або вище на графічній карті високого класу.
  • Промінювання: При трасуванні променів для кожного пікселя в сцені від камери до найближчого тривимірного об’єкта простежується один або кілька променів світла. Потім світловий промінь пропускається через встановлену кількість “відмов”, що може включати відбиття або заломлення залежно від матеріалів 3D-сцени. Колір кожного пікселя обчислюється алгоритмічно на основі взаємодії світлового променя з об’єктами на його простеженому шляху. Raytracing здатний досягти більшого фотореалізму, ніж сканлайн, але експоненційно повільніший.
  • Радіозв’язок: На відміну від трасування променів, радіус обчислюється незалежно від камери і орієнтований на поверхню, а не піксель за пікселем. Основною функцією радіації є більш точне моделювання кольору поверхні, враховуючи непряме освітлення (відбите розсіяне світло). Радіозв’язок, як правило, характеризується м’якими градуйованими тінями і кольоровими кровотечами, коли світло від яскраво забарвлених предметів “кровоточить” на сусідні поверхні.

На практиці радіосистема та трактування променів часто використовуються в поєднанні один з одним, використовуючи переваги кожної системи для досягнення вражаючих рівнів фотореалізму.

Програмне забезпечення для рендеринга

Хоча рендеринг спирається на неймовірно складні розрахунки, сучасне програмне забезпечення забезпечує зрозумілі параметри, завдяки яким художнику ніколи не потрібно мати справу з базовою математикою. Механізм візуалізації входить до складу кожного основного набору програм 3D, і більшість із них включають матеріали та освітлювальні пакети, що дозволяють досягти приголомшливих рівнів фотореалізму.

Два найпоширеніші механізми візуалізації

  • Психічний промінь: У комплекті з Autodesk Maya. Mental Ray – неймовірно універсальний, відносно швидкий і, мабуть, найкомпетентніший візуалізатор для зображень персонажів, які потребують розкриття під поверхнею. Психічний промінь використовує поєднання випромінювання променів і “глобального освітлення” (радіоактивності).
  • V-Ray: Ви зазвичай бачите V-Ray, який використовується разом з 3DS Max – разом пара абсолютно неперевершена для архітектурної візуалізації та візуалізації середовища. Головні переваги VRay перед конкурентом – це освітлювальні прилади та обширна бібліотека матеріалів для архітекторів.

Візуалізація є технічною темою, але може бути досить цікавою, коли ви справді починаєте глибше розглядати деякі загальноприйняті методи.