По сути, 3D-изображение можно сравнить с фотографией. Например, рендерер наводит камеру на объект, чтобы создать фотографию. Поэтому цифровое освещение очень важно для создания детальных и реалистичных визуализаций.
Что такое рендер или рендеринг
Дословный перевод слова «rendering» на английский язык — «воспроизведение» или «оказание». В нашем случае, это трехмерная сцена в статичном изображении или последовательность изображений (последовательности изображений, это способ сохранения ряда последовательных изображений по отношению к рендерингу движущегося изображения). В программах для создания 3D-контента (например, 3ds max, cinema4d, sketch up и т.д.) рендеринг сцен осуществляется с помощью математических расчетов. Рендер — соотв. Это изображение создается на компьютере с помощью математических расчетов.
Рендеринг является одной из наиболее важных подтем трехмерной компьютерной графики и на практике всегда связан с другими темами. В «графическом конвейере» это последний важный этап, который придает окончательную форму любой 3D-сцене. С ростом спроса на компьютерную графику с 1970-х годов компьютерная графика превратилась в самостоятельный предмет.
Сфера применения
Рендеринг сцен используется в следующих областях: компьютерные видеоигры, симуляторы, фильмы, рекламные ролики, телевизионные спецэффекты и архитектурная 3D-визуализация. В каждой области используется свой баланс характеристик и методов визуализации. Рассмотрим некоторые примеры применения рендеринга подробнее:
В этом ролике производитель заменил реальный корпус микросхемы 3D-моделью, которая затем была обработана программой рендеринга. Это позволило сэкономить много времени при подготовке рекламного ролика для различных рынков. Поскольку пачка чипсов выглядит по-разному в каждой стране, нет необходимости делать сотни снимков с различными вариантами пачки. Достаточно одного рулона, и теперь упаковку можно собрать по желанию.
Теперь все и вся может стать реальностью на экране телевизора. Вам не нужны модели, манекены, парики или грим. 3D-модель и последующее исполнение позволяют сэкономить время и деньги на производстве спецэффектов.
Renderstudio Viarde, изготовленный для одной из мебельных фабрик. Производителям мебели, освещения, бытовой техники и т.д. больше не нужно оплачивать дорогие фотостудии, чтобы представить свою продукцию в наилучшем виде. За несколько дней и по гораздо более низкой цене студия занимается 3D-изображением.
Системы рендеринга
Система рендеринга, используемая 3D-процессорами для расчета (рендеринга) визуализации, интегрирована в программу или является внешним плагином (устанавливается отдельно). В большинстве случаев внешние системы рендеринга имеют лучшее качество рендеринга, чем встроенные системы, потому что они разрабатываются независимо от 3D-процессора, и команда разработчиков работает только над улучшением своего продукта, не отвлекаясь на работу с 3D-процессором. Команды, разрабатывающие внешние рендереры, имеют больше времени и ресурсов, чтобы сделать свой продукт лучшим на рынке. Однако за интегрированные системы рендеринга им обычно приходится платить дополнительно.
Внутри рендерер — это тщательно разработанная программа, основанная на намеренном сочетании дисциплин из физики освещения, визуального восприятия, математики и разработки программного обеспечения.
Для трехмерной графики рендеринг может выполняться медленно, либо путем предварительного анализа, либо путем рендеринга в реальном времени.
Предварительная печать — это техника рендеринга, используемая в средах, где скорость не является проблемой, а расчет изображения выполняется с помощью многоядерных процессоров, а не выделенного графического оборудования. Эта техника рендеринга в основном используется в анимации и визуальных эффектах, где фотореализм должен быть на самом высоком уровне.
Визуализация в реальном времени: отличная техника рендеринга, используемая в интерактивной графике и играх, где изображения должны генерироваться с высокой скоростью. Поскольку взаимодействие с пользователем в таких средах велико, требуется создание изображений в реальном времени. Специализированное графическое оборудование и предварительная компоновка имеющейся информации повысили производительность рендеринга в реальном времени.
Этот диапазон находится на ступень выше первого диапазона и представляет собой более профессиональный опыт. С помощью этого пакета можно хорошо управлять небольшими проектами.
Рендер
При рендеринге компьютерной графики для создания изображения модели используется компьютерная программа.
Здесь модель — это описание какого-либо объекта или явления на четко определенном языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещенности, степени присутствия вещества, интенсивности физического поля и так далее.
Примером визуализации могут быть изображения космического радара, которые представляют собой данные радиолокационного сканирования поверхности космического тела в диапазоне электромагнитных волн, невидимых для человеческого глаза.
В компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом часто понимают создание плоского изображения на основе разработанной трехмерной сцены. Изображение — это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является визуализация.
Визуализация является одной из наиболее важных областей компьютерной графики и на практике тесно связана с другими областями. Программные пакеты для 3D-моделирования и анимации обычно включают функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, которые выполняют рендеринг.
В зависимости от назначения различают предварительный рендеринг — довольно медленный процесс рендеринга, используемый в основном в видеопроизводстве, и рендеринг в реальном времени, используемый в компьютерных играх. В последнем случае часто используются 3D-ускорители.
Содержание
На сегодняшний день разработано множество алгоритмов рендеринга. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения.
Обнаружение каждого отдельного луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо много времени. Даже обнаружение небольшого количества лучей, достаточного для получения изображения, занимает чрезвычайно много времени, если не использовать аппроксимацию (выборку).
Поэтому были разработаны четыре группы методов, которые являются более эффективными, чем моделирование всех световых лучей, освещающих сцену:
- Растеризация и рендеринг растровых линий. При визуализации объекты сцены проецируются на экран без учета влияния перспективы на зрителя.
- Метод литья лучей. Предполагается, что сцена наблюдается с определенной точки. Для определения цвета пикселя на двумерном экране используется метод лучевого кастинга. В этом случае лучи прекращают распространение (в отличие от обратного рассеяния), когда они достигают объекта в сцене или фона. Некоторые очень простые приемы могут быть использованы для добавления визуальных или перспективных эффектов.
- Глобальное освещение (Radiosity): Математика конечных элементов используется для моделирования диффузного распространения света на поверхностях для создания тонких световых эффектов.
- Обнаружение лучей аналогично трассировке лучей. Из точки наблюдения лучи направляются на объекты в сцене, которые используются для определения цвета пикселя на двумерном экране. Однако луч не перестает распространяться и распадается на три составляющие, каждая из которых вносит свой вклад в цветовой пиксель на двухмерном экране: отраженный, затененный и преломленный. Количество этих компонентных разложений определяет глубину трассировки и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям этот метод позволяет получать очень фотореалистичные изображения, но он очень ресурсоемкий, и процесс рендеринга занимает много времени.
Современное программное обеспечение обычно сочетает в себе несколько методов, позволяющих получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение при разумных затратах вычислительной мощности.
Математическое обоснование
Реализация механизма формирования изображений всегда основывается на физической модели. Выполняемые вычисления затрагивают ту или иную физическую или абстрактную модель. Основные идеи просты для понимания, но сложны для реализации. Обычно окончательное элегантное решение или алгоритм является более сложным и включает в себя комбинацию методов.
Основное уравнение
Ключом к теоретической основе моделей мощности является уравнение мощности. Это наиболее полное формальное описание той части представления, которая не связана с восприятием конечного изображения. Все модели представляют собой приблизительное решение этого уравнения.
Неформальная интерпретация выглядит следующим образом: Количество светового излучения (Lo), исходящие из данной точки в данном направлении, — это естественное излучение и отраженное излучение. Отраженное излучение представляет собой сумму падающего излучения во всех направлениях (Li), умноженное на коэффициент отражения под определенным углом. Объединяя в одном уравнении падающий свет и исходящий свет в той же точке, это уравнение описывает общий световой поток в данной системе.
В рекламной индустрии использование этой технологии позволяет динамически отображать продукцию. Упаковка, автомобили и всевозможные дизайнерские объекты получают огромную пользу от 3D-изображения в цифровой рекламе и кампаниях.
Что Такое 3D-Рендеринг? 6 Основных Принципов 3D-Рендеринга
3D-изображение используется во многих областях бизнеса, таких как корпоративный брендинг, маркетинг и строительство. Если вы хорошо знаете технологию, вы можете оптимизировать ее для своих нужд. В этой статье вы узнаете, что такое 3D-рендеринг или 3D-визуализация.
