Finalisering av 3D-bildet med gjengivelse: En oversikt

Renderingsprosessen spiller en avgjørende rolle i utviklingen av datagrafikkutviklingen.

Liker å utvikle film

Rendering er det mest teknisk komplekse aspektet av 3D-produksjon, men det kan faktisk bli forstått ganske enkelt i sammenheng med en analogi: I likhet med at en filmfotograf må utvikle og skrive ut sine bilder før de kan vises, blir grafikkprofessorer belastet med en lignende nødvendighet.

Når en kunstner jobber på en 3D-scene, er modellene han manipulerer faktisk en matematisk representasjon av punkter og overflater (mer spesifikt, hjørner og polygoner) i tredimensjonalt rom.

Begrepet rendering refererer til beregningene som utføres av en 3D-programvarepakke er gjengemotor for å oversette scenen fra en matematisk tilnærming til et ferdiggjort 2D-bilde. Under prosessen blir hele sceneens romlige, tekst- og belysningsinformasjon kombinert for å bestemme fargeværdien for hver piksel i det flatede bildet.

To typer gjenoppretting

Det er to hovedtyper av gjengivelse, deres hovedforskjell er den hastigheten der bildene beregnes og avsluttes.

1. Real-Time Rendering: Real-time gjengivelse brukes mest fremtredende i spill og interaktiv grafikk, hvor bilder må beregnes fra 3D-informasjon i et utrolig raskt tempo. Fordi det er umulig å forutsi nøyaktig hvordan en spiller vil samhandle med spillmiljøet, må bilder gjengis i "sanntid" som handlingen utfolder seg.
2. Hastighetssaker: For at bevegelsen skal kunne virke fluid, må minst 18 til 20 bilder per sekund gis til skjermen. Noe mindre enn dette og tiltak vil virke hakkete.
3. Metodene: Real-time rendering forbedres drastisk av dedikert grafikk maskinvare, og ved å kompilere så mye informasjon som mulig. En stor del av et spillmiljøs belysningsinformasjon er pre-computert og "baket" direkte inn i miljøets teksturfiler for å forbedre gjengivelsen.
4. Frakoblet eller Pre-Rendering: Frakoblet gjengivelse brukes i situasjoner hvor hastigheten er mindre av et problem, med beregninger som vanligvis utføres ved hjelp av multi-core CPUer i stedet for dedikert grafikkhardware. Frakoblet gjengivelse ses mest i animasjon og effekter på arbeid der visuell kompleksitet og fotorealisme holdes til en mye høyere standard. Siden det ikke er uforutsigbarhet om hva som vil vises i hver ramme, har store studioer vært kjent for å dedikere opptil 90 timer til å gjøre tid til individuelle rammer.

1. Fotorealisme: Fordi offline-gjengivelse skjer i en tidsramme med åpen tid, kan høyere nivåer av fotorealisme oppnås enn ved realtid gjengivelse. Tegn, miljøer og tilhørende teksturer og lys er vanligvis tillatt høyere polygontall, og 4k (eller høyere) oppløsningstekstfiler.

Renderingsteknikker

Det er tre store beregningsmetoder som brukes til de fleste gjengivelser. Hver har sitt eget sett med fordeler og ulemper, og gjør alle tre levedyktige muligheter i visse situasjoner.

• Scanline (eller rasterisering): Scanline-gjengivelse brukes når hastighet er en nødvendighet, noe som gjør det til den beste teknikken for real-time gjengivelse og interaktiv grafikk. I stedet for å gi et bilde piksel-for-piksel, beregner scanline-renderere på en polygon ved polygonbasis. Scanlineteknikker som brukes sammen med forkompensert (baket) belysning, kan oppnå hastigheter på 60 bilder per sekund eller bedre på et grafikkort med høy ytelse.
• raytracing: I raytracing, for hver piksel i scenen, spores en eller flere lysstråler fra kameraet til nærmeste 3D-objekt. Lysstrålen sendes deretter gjennom et sett antall "bounces", som kan inkludere refleksjon eller bryting avhengig av materialene i 3D-scenen. Fargen på hver piksel beregnes algoritmisk basert på lysstrålens samspill med objekter i sporet. Raytracing er i stand til større fotorealisme enn scanline, men er eksponentielt langsommere.
• Radiosity: I motsetning til raytracing beregnes radiofrekvens uavhengig av kameraet, og er overflateorientert i stedet for pixel-for-pixel. Den primære funksjonen av radiositet er å mer nøyaktig simulere overflatefarge ved å regne med indirekte belysning (spratt diffust lys). Radioaktivitet karakteriseres typisk av myke graderte skygger og fargeblødning, hvor lys fra fargede gjenstander "bløder" på nærliggende overflater.

I praksis brukes radiositet og raytracing ofte i forbindelse med hverandre, ved å bruke fordelene ved hvert system for å oppnå imponerende nivåer av fotorealisme.

Rendering Software

Selv om rendering er avhengig av utrolig sofistikerte beregninger, gir dagens programvare enkle å forstå parametere som gjør det slik at en kunstner aldri trenger å håndtere den underliggende matematikken. En gjengemotor er inkludert i alle store 3D-programvarepakker, og de fleste av dem inkluderer materialer og belysningspakker som gjør det mulig å oppnå imponerende nivåer av fotorealisme.

De to vanligste gjengemotorer:

• Mental Ray: Pakket med Autodesk Maya. Mental Ray er utrolig allsidig, relativt rask, og sannsynligvis den mest kompetente renderer for tegnbilder som trenger undergrunns-spredning. Mental ray bruker en kombinasjon av raytracing og "global illumination" (radiosity).
• V-Ray: Du ser vanligvis V-Ray som brukes sammen med 3DS Max-sammen, paret er helt uovertruffen for arkitektonisk visualisering og miljøgjennomføring.Hovedfordeler ved VRay over konkurrenten er dens belysningsverktøy og omfattende materialbibliotek for arch-viz.

Rendering er et teknisk fag, men kan være ganske interessant når du virkelig begynner å se nærmere på noen av de vanlige teknikkene.