Рендеринг

Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

• Растеризация (англ. rasterization ) совместно с методом сканирования строк (англ. scanline rendering ). Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.
• Ray casting (рейкастинг ) (англ. ray casting ). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона. Возможно использование каких-либо очень простых способов добавления оптических эффектов. Эффект перспективы получается естественным образом в случае, когда бросаемые лучи запускаются под углом, зависящим от положения пикселя на экране и максимального угла обзора камеры.
• Трассировка лучей (англ. ray tracing ) похожа на метод бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три компонента, луча, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отражённый, теневой и преломленный. Количество таких разделений на компоненты определяет глубину трассирования и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, но при этом он очень ресурсоёмкий, и процесс визуализации занимает значительные периоды времени.
• Трассировка пути (англ. path tracing ) содержит похожий принцип трассировки распространения лучей, однако этот метод является самым приближенным к физическим законам распространения света. Также является самым ресурсоёмким.

Передовое программное обеспечение обычно совмещает в себе несколько техник, чтобы получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение за приемлемые затраты вычислительных ресурсов.

Математическое обоснование

Реализация механизма рендеринга всегда основывается на физической модели. Производимые вычисления относятся к той или иной физической или абстрактной модели. Основные идеи просты для понимания, но сложны для применения. Как правило, конечное элегантное решение или алгоритм более сложны и содержат в себе комбинацию разных техник.

Основное уравнение

Ключом к теоретическому обоснованию моделей рендеринга служит уравнение рендеринга. Оно является наиболее полным формальным описанием части рендеринга, не относящейся к восприятию конечного изображения. Все модели представляют собой какое-то приближённое решение этого уравнения.

Неформальное толкование таково: Количество светового излучения (L o), исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (L i), умноженного на коэффициент отражения из данного угла. Объединяя в одном уравнении приходящий свет с исходящим в одной точке, это уравнение составляет описание всего светового потока в заданной системе.

Программное обеспечение для рендеринга - рендеры (визуализаторы)

• 3Delight
• AQSIS
• BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (распространение прекращено)
• BusyRay
• Entropy (продажи прекращены)
• Fryrender
• Gelato (разработка прекращена в связи с покупкой NVIDIA , mental ray)
• Holomatix Renditio (интерактивный рейтрейсер)
• Hypershot
• Keyshot
• Mantra renderer
• Meridian
• Pixie
• RenderDotC
• RenderMan (PhotoRealistic RenderMan, Pixar’s RenderMan или PRMan)
• Octane Render
• Arion Renderer

Рендереры, работающие в реальном (или почти в реальном) времени.

• VrayRT
• Shaderlight
• Showcase
• Rendition
• Brazil IR
• Artlantis Render

Пакеты трёхмерного моделирования, имеющие собственные рендереры

• Autodesk 3ds Max (Scanline)
• e-on Software Vue
• SideFX Houdini
• Terragen , Terragen 2

Таблица сравнения свойств рендеров

	RenderMan	mental ray	Gelato (разработка прекращена)	V-Ray	finalRender	Brazil R/S	Turtle	Maxwell Render	Fryrender	Indigo Renderer	LuxRender	Kerkythea	YafaRay
совместим с 3ds Max	Да, через MaxMan	встроен	Да	Да	Да	Да	Нет	Да	Да	Да	Да	Да	Нет
совместим с Maya	Да, через RenderMan Artist Tools	встроен	Да	Да	Да	Нет	Да	Да	Да	Да	Да		Нет
совместим с Softimage	Да, через XSIMan	встроен	Нет	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да		Нет
совместим с Houdini	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Нет		Нет
совместим с LightWave	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Нет	Нет		Нет
совместим с Blender	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да
совместим с SketchUp	Нет	Нет	Нет	Да	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да	Нет	Да	Нет
совместим с Cinema 4D	Да (начиная с 11-ой версии)	Да	Нет	Да	Да	Нет	Нет	Да	Да	Да	Да	Нет, заморожен	Нет
платформа												Microsoft Windows , Linux , Mac OS X	Microsoft Windows , Linux , Mac OS X
biased, unbiased (без допущений)	biased	biased	biased	biased	biased	biased	biased	unbiased	unbiased	unbiased	unbiased
scanline	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет	Нет
raytrace	очень медленный	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Нет	Нет	Нет	Нет		Да
алгоритмы Global Illumination или свои алгоритмы		Photon, Final Gather (Quasi-Montecarlo)		Light Cash, Photon Map, Irradiance Map, Brute Force (Quasi-Montecarlo)	Hyper Global Illumination, Adaptive Quasi-Montecarlo, Image, Quasi Monte-Carlo	Quasi-Montecarlo, PhotonMapping	Photon Map, Final Gather	Metropolis Light Transport	Metropolis Light Transport	Metropolis Light Transport	Metropolis Light Transport, Bidirectional Path Tracing
Camera - Depth of Field (DOF)	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Camera - Motion Blur (vector pass)	очень быстрый	Да	быстрый	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да		Да
Displacement	быстрый	Да	быстрый	медленный, 2d и 3d	медлленный	Нет	быстрый	Да	Да	Да	Да
Area Light		Да		Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
Glossy Reflect/Refract	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да
SubSurface Scattering (SSS)	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Да	Нет	Да
Standalone	Да	Да	Да	2005 года (сырая)	Нет	Нет	Нет	Да	Да	Да
текущая версия	13.5,2,2	3.7	2.2	2.02a	Stage-2	2	4.01	1.61	1.91	1.0.9	v1.0-RC4	Kerkythea 2008 Echo	0.1.1 (0.1.2 Beta 5a)
год выпуска				2000				(?)	(?)	2006	2011	2008
библиотека материалов	Нет	33 My mentalRay	Нет	2300+ vray-materials	30 оф. сайт	113 оф. сайт	Нет	3200+ оф. сайт	110 оф. сайт	80 оф. сайт	61 оф. сайт
основан на технологии							liquidlight			Metropolis Light Transport
normal mapping
IBL/HDRI Lighting													Да
Physical sky/sun												Да	Да
официальный сайт								MaxwellRender.com	Fryrender.com	IndigoRenderer.com	LuxRender.net	kerkythea.net	YafaRay.org
страна производитель	США	Германия	США	Болгария	Германия	США	Швеция	Испания	Испания
стоимость $	3500	195	бесплатное	1135 (Super Bundle) 999 (Bundle) 899 (Standart) 240 (Educational)	1000	735	1500	995	1200	295€	бесплатное, GNU	бесплатное	бесплатное, LGPL 2.1
основное преимущество							Baking высокая скорость (не очень высокое качество)				бесплатное	бесплатное	бесплатное
компания производитель	Pixar	mental images (c 2008 NVIDIA)	NVIDIA	Chaos Group	Cebas	SplutterFish	Illuminate Labs	Next Limit	Feversoft

См. также

• Алгоритмы использующие z-буфер и Z-буферизация
• Алгоритм художника
• Алгоритмы построчного сканирования like Reyes
• Алгоритмы глобального освещения
• Излучательность
• Текст как изображение

Хронология важнейших публикаций

• 1968 Ray casting (Appel, A. (1968). Some techniques for shading machine renderings of solids. Proceedings of the Spring Joint Computer Conference 32 , 37-49.)
• 1970 Scan-line algorithm (Bouknight, W. J. (1970). A procedure for generation of three-dimensional half-tone computer graphics presentations. Communications of the ACM )
• 1971 Gouraud shading (Gouraud, H. (1971). Computer display of curved surfaces. IEEE Transactions on Computers 20 (6), 623-629.)
• 1974 Texture mapping PhD thesis , University of Utah.)
• 1974 Z-buffer (Catmull, E. (1974). A subdivision algorithm for computer display of curved surfaces. PhD thesis )
• 1975 Phong shading (Phong, B-T. (1975). Illumination for computer generated pictures. Communications of the ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976 Environment mapping (Blinn, J.F., Newell, M.E. (1976). Texture and reflection in computer generated images. Communications of the ACM 19 , 542-546.)
• 1977 Shadow volumes (Crow, F.C. (1977). Shadow algorithms for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242-248.)
• 1978 Shadow buffer (Williams, L. (1978). Casting curved shadows on curved surfaces. 12 (3), 270-274.)
• 1978 Bump mapping (Blinn, J.F. (1978). Simulation of wrinkled surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286-292.)
• 1980 BSP trees (Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). On visible surface generation by a priori tree structures. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
• 1980 Ray tracing (Whitted, T. (1980). An improved illumination model for shaded display. Communications of the ACM 23 (6), 343-349.)
• 1981 Cook shader (Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). A reflectance model for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1981) 15 (3), 307-316.)
• 1983 Mipmaps (Williams, L. (1983). Pyramidal parametrics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1-11.)
• 1984 Octree ray tracing (Glassner, A.S. (1984). Space subdivision for fast ray tracing. 4 (10), 15-22.)
• 1984 Alpha compositing (Porter, T. Duff, T. (1984). Compositing digital images. 18 (3), 253-259.)
• 1984 Distributed ray tracing (Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984). Distributed ray tracing. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137-145.)
• 1984 Radiosity (Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Modelling the interaction of light between diffuse surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213-222.)
• 1985 Hemi-cube radiosity (Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). The hemi-cube: a radiosity solution for complex environments. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31-40.)
• 1986 Light source tracing (Arvo, J. (1986). Backward ray tracing. SIGGRAPH 1986 Developments in Ray Tracing course notes )
• 1986 Rendering equation (Kajiya, J.T. (1986). The rendering equation. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 Reyes algorithm (Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). The reyes image rendering architecture. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
• 1991 Hierarchical radiosity (Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991). A rapid hierarchical radiosity algorithm. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197-206.)
• 1993 Tone mapping (Tumblin, J. Rushmeier, H.E. (1993). Tone reproduction for realistic computer generated images. IEEE Computer Graphics & Applications 13 (6), 42-48.)
• 1993 Subsurface scattering (Hanrahan, P. Krueger, W. (1993). Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1993) 27 (), 165-174.)
• 1995 Photon mapping (Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Photon maps in bidirectional monte carlo ray tracing of complex objects. Computers & Graphics 19 (2), 215-224.)
• 1997 Metropolis light transport (Veach, E. Guibas, L. (1997). Metropolis light transport. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1997) 16 65-76.)

Выбор редакции

Что такое рендеринг (rendering), и какие особенности имеет этот процесс

Компьютерная графика – важная часть почти любой сферы и окружения, с которыми взаимодействует человек.

Все объекты городской среды, дизайн помещений, предметов обихода, и на стадии их проектирования и внедрения выполнялись в виде объемной компьютерной модели, которую рисуют в специальных программах художники.

Рисование модели происходит в несколько этапов, одним из заключительных из них является рендеринг – что это такое и как он осуществляется, рассказано в данном материале.

Определение

Рендеринг (или как его еще называют, рендер) – один из заключительных процессов в обработке и отрисовке определенной объемной трехмерной компьютерной модели.

Технически он представляет из себя процесс «склеивания» или сопоставления, создания трехмерного изображения из некоторого количества изображений двухмерных. В зависимости от качественности или детализированности, двух мерных изображений может быть как всего несколько, так и очень много.

Также иногда на этом этапе в процессе «сбора» модели могут применяться и некоторые трехмерные элементы.

Процесс этот достаточно сложный и длительный. Он основывается на различных подсчетах, выполняемых как компьютером , так и самим художником (в меньшей степени).

Важно! Программы, которые позволяют осуществлять его, предназначены для работы с трехмерной графикой, а значит, они достаточно мощные и требуют значительных аппаратных ресурсов, и значительного объема оперативной памяти.

Они оказывают значительную нагрузку на «железо» компьютера.

Сфера применения

В каких же сферах применимо данное понятие и необходимо проведение такого процесса?

Этот процесс необходим во всех сферах, в которых задействуется составление объемных трехмерных моделей, и вообще компьютерная графика, а это почти все сферы жизни, с которыми может взаимодействовать современный человек.

Компьютерное проектирование применяется в:

• Проектировании зданий и сооружений;
• Ландшафтной архитектуре;
• Проектировании городской среды;
• Дизайне помещений;
• Почти каждая произведенная материальная вещь когда-то была компьютерной моделью;
• Видеоиграх;
• Производстве кинофильмов и др.

При этом, данный процесс, по своей сути, является завершающим.

Он может быть последним или предпоследним при проектировании модели.

Отметим, что рендерингом часто называют и не сам процесс составления модели, а его результат – готовую компьютерную трехмерную модель.

Технология

Данную процедуру можно назвать одной из самых сложных при работе с трехмерными изображениями и объектами в компьютерной графике.

Этот этап сопровождается сложными техническими вычислениями, которые выполняет движок программы – математические данные о сцене и объекте на этом этапе переводятся в окончательное двухмерное изображение.

То есть, цветовые, световые и иные данные о трехмерной модели попиксельно перерабатываются таким образом, что бы она могла быть отображена как двухмерная картинка на экране компьютера.

То есть, с помощью ряда вычислений система определяет, как именно должен быть окрашен каждый пиксель каждого двухмерного изображения для того, что в результате, на экране компьютера пользователя, это выглядело как трехмерная модель.

Виды

В зависимости от особенностей технологии и работы выделяются два основных типа такого процесса – это рендеринг в реальном времени и предварительный.

В реальном времени

Такой типа имеет широкое распространение, преимущественно, в компьютерных играх.

В условиях игры изображение должно максимально быстро просчитываться и выстраиваться, например, при движении пользователя на локации.

И хотя это не происходит «с нуля» и имеются некоторые изначальные объемные заготовки, все равно, именно из-за этой особенности компьютерные игры такого типа оказывают очень большую нагрузку на аппаратную часть компьютера.

При сбое в таком случае может происходить изменение и искажение картинки, могут появляться непрогрузившиеся пиксели, при выполнении пользователем (персонажем) каких-либо действий, картинка фактически может не меняться полностью или частично.

В режиме реального времени такой движок в играх работает потому, что предугадать характер действий, направление движения игрока и т. д. невозможно (хотя есть проработанные наиболее вероятные сценарии).

По этой причине движку приходится обрабатывать картинку со скорость 25 кадров в секунду , так как уже при снижении скорости до 20 кадров в секунду, пользователь будет ощущать дискомфорт, так как картинка станет дергаться и тормозить.

При всем этом очень важную роль играет процесс оптимизации, то есть те меры, которые разработчики предпринимают для снижения нагрузки на движок и повышение его производительности во время игры.

По этой причине для плавного рендеринга необходимы, в первую очередь, карта текстур и некоторые допустимые упрощения графики.

Такие меры помогают снизить нагрузку как на движок, так и на аппаратную часть компьютера , что в итоге приводит к тому, что игра легче запускается, проще и быстрее работает.

Именно от качества оптимизации движка рендера во многом зависит то, насколько стабильно работает игра, и насколько реалистично смотрится все происходящее.

Предварительный

Такой тип используется в ситуациях, когда интерактивность не важна.

Например, именно такой тип широко используется в киноиндустрии, при проектировке любой модели ограниченного функционала, например, предназначенной только для того, чтобы ее осматривать с помощью ПК.

То есть, это более упрощенный подход, который возможен также, например, в дизайне – то есть в ситуациях, когда действия пользователя не нужно угадывать, так как они ограничены и просчитаны заранее (и с учетом этого рендеринг может быть выполнен заранее).

Нагрузка в таком случае при просмотре модели приходится не на движок программы, а на центральный процессор ПК. При этом качество и скорость построения картинки зависят от количества ядер, состояния компьютера, производительности его и ЦП.

Рендеринг (rendering) – завершающий этап обработки сцен, полученных в результате 3d-визуализации. Различают две основных стадии этого процесса – в реальном времени, используют преимущественно в компьютерных играх, и пре-рендеринг. Именно он нашел применение в бизнесе. В первом случае большее значение имеет скорость выполнения расчетов, только при соблюдении этого условия качество изображений останется высоким. При предварительном рендеринге в приоритете реалистичность рисунка.

Пре-рендеринг

Для выполнения рендеринга этого типа используют особое программное обеспечение. Продолжительность обработки зависит от ее сложности. Процесс состоит из наложения света и образуемых им теней, добавления цвета, иных эффектов. Главная задача моделлеров – добиться, чтобы результат был предельно правдивым, для чего необходимо ориентироваться в одном из самых сложных разделов физики – оптике. Грамотно выполненный рендеринг особенно важен в 3d-моделировании интерьеров – надо точно просчитать, как будет выглядеть помещение при естественном и искусственном освещении, подобрать оттенки предметов обстановки, иные нюансы. Основные методы финальной обработки при объемном проектировании:

Принято использовать комбинацию нескольких методов, что позволяет снизить затраты ресурсов и обеспечить требуемое качество.

Особенности рендеринга

На доведение предварительного эскиза до совершенства понадобится много времени – продолжительность обработки сложных изображений компьютером может достигать нескольких часов. За этот период происходит:

• раскраска;
• детализация мелких элементов;
• проработка световых эффектов – отражения потоков, теней и прочих;
• отображение климатических условий;
• реализация иных деталей, позволяющих повысить реалистичность.

Сложность обработки влияет на формирование цены 3d-визуализации , чем больше потребуется времени, тем дороже обойдется работа над проектом. По возможности моделлеры упрощают процесс рендеринга, к примеру, просчитывают отдельные моменты или используют другие инструменты, позволяющие сократить время визуализации без ухудшения ее качества.

02Окт

Что такое Рендер (Рендеринг)

Рендер (Рендеринг) — это процесс создания финального изображения или последовательности из изображений на основе двухмерных или трехмерных данных. Данный процесс происходит с использованием компьютерных программ и зачастую сопровождается трудными техническими вычислениями, которые ложатся на вычислительные мощности компьютера или на отдельные его комплектующие части.

Процесс рендеринга так или иначе присутствует в разных сферах профессиональной деятельности, будь то киноиндустрия, индустрия видеоигр или же видеоблогинг. Зачастую, рендер является последним или предпоследним этапом в работе над проектом, после чего работа считается завершенной или же нуждается в небольшой постобработке. Также стоит отметить, что нередко рендером называют не сам процесс рендеринга, а скорее уже завершенный этап данного процесса или его итоговый результат.

слова «Рендер».

Слово Рендер (Рендеринг) — это англицизм, который зачастую переводится на русский язык словом “Визуализация ”.

Что такое Рендеринг в 3D?

Чаще всего, когда мы говорим о рендере, то имеем в виду рендеринг в 3D графике. Сразу стоит отметить, что на самом деле в 3D рендере нету трех измерений как таковых, которые мы зачастую можем увидеть в кинотеатре надев специальные очки. Приставка “3D” в название скорее говорит нам о способе создание рендера, который и использует 3-х мерные объекты, созданные в компьютерных программах для 3D моделирования. Проще говоря, в итоге мы все равно получаем 2D изображение или их последовательность (видео) которые создавались (рендерелись) на основе 3-х мерной модели или сцены.

Рендеринг — это один из самых сложных в техническом плане этапов в работе с 3D графикой. Чтоб объяснить эту операцию простым языком, можно привести аналогию с работами фотографов. Для того, чтоб фотография предстала во всей красе, фотографу нужно пройти через некоторые технические этапы, например, проявление пленки или печать на принтере. Примерно такими же техническими этапами и обременены 3d художники, которые для создания итогового изображения проходят этап настройки рендера и сам процесс рендеринга.

Построение изображения.

Как уже говорилось ранее, рендеринг — это один из самых сложных технических этапов, ведь во время рендеринга идут сложные математические вычисления, выполняемые движком рендера. На этом этапе, движок переводит математические данные о сцене в финальное 2D-изображение. Во время процесса идет преобразование 3d-геометрии, текстур и световых данных сцены в объединенную информацию о цветовом значение каждого пикселя в 2D изображение. Другими словами, движок на основе имеющихся у него данных, просчитывает то, каким цветом должен быть окрашено каждый пиксель изображения для получения комплексной, красивой и законченной картинки.

Основные типы рендеринга:

В глобальном плане, есть два основных типа рендеринга, главными отличиями которых является скорость, с которой просчитывается и финализируется изображение, а также качество картинки.

Что такое Рендеринг в реальном времени?

Рендеринг в реальном времени зачастую широко используется в игровой и интерактивной графике, где изображение должно просчитываться с максимально большой скоростью и выводиться в завершенном виде на дисплей монитора моментально.

Поскольку ключевым фактором в таком типе рендеринга есть интерактивность со стороны пользователя, то изображение приходится просчитывать без задержек и практически в реальном времени, так как невозможно точно предсказать поведение игрока и то, как он будет взаимодействовать с игровой или с интерактивной сценой. Для того, чтоб интерактивная сцена или игра работала плавно без рывков и медлительности, 3D движку приходится рендерить изображение со скоростью не менее 20-25 кадров в секунду. Если скорость рендера будет ниже 20 кадров, то пользователь будет чувствовать дискомфорт от сцены наблюдая рывки и замедленные движения.

Большую роль в создание плавного рендера в играх и интерактивных сценах играет процесс оптимизации. Для того, чтоб добиться желаемой скорости рендера, разработчики применяют разные уловки для снижения нагрузки на рендер движок, пытаясь снизить вынужденное количество просчетов. Сюда входит снижение качества 3д моделей и текстур, а также запись некоторой световой и рельефной информации в заранее запеченные текстурные карты. Также стоит отметить, что основная часть нагрузки при просчете рендера в реальном времени ложиться на специализированное графическое оборудование (видеокарту -GPU), что позволяет снизить нагрузку с центрального процессора (ЦП) и освободить его вычислительные мощности для других задач.

Что такое Предварительный рендер?

К предварительному рендеру прибегают тогда, когда скорость не стоит в приоритете, и нужды в интерактивности нет. Данный тип рендера используется чаще всего в киноиндустрии, в работе с анимацией и сложными визуальными эффектами, а также там, где нужен фотореализм и очень высокое качество картинки.

В отличие от Рендера в реальном времени, где основная нагрузка приходилась на графические карты(GPU) В предварительном рендере нагрузка ложится на центральный процессор(ЦП) а скорость рендера зависит от количества ядер, многопоточности и производительности процессора.

Нередко бывает, что время рендера одного кадра занимает несколько часов или даже несколько дней. В данном случаи 3D художникам практически не нужно прибегать к оптимизации, и они могут использовать 3D модели высочайшего качества, а также текстурные карты с очень большим разрешением. В итоге, картинка получается значительно лучше и фото-реалистичней по сравнению с рендером в реальном времени.

Программы для рендеринга.

Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.

Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:

• 3ds Max;
• Maya;
• Blender;
• Cinema 4d и др.

Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки. К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:

• V-ray;
• Mental ray;
• Corona renderer и др.

Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.

Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.

Методы визуализации.

Большинство рендер движков использует три основных метода вычисления. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки, но все три метода имеют право на своё применение в определенных ситуациях.

1. Scanline (сканлайн).

Сканлайн рендер — выбор тех, кто приоритет отдаст скорости, а не качеству. Именно за счет своей скорости, данный тип рендера зачастую используется в видеоиграх и интерактивных сценах, а также во вьюпортах различных 3D пакетов. При наличие современного видеоадаптера, данный тип рендера может выдавать стабильную и плавную картинку в реальном времени с частотой от 30 кадров в секунду и выше.

Алгоритм работы:

Вместо рендеринга «пикселя по пикселю», алгоритм функционирования «scanline» рендера заключается в том, что он определяет видимую поверхность в 3D графике, и работая по принципу «ряд за рядом», сперва сортирует нужные для рендера полигоны по высшей Y координате, что принадлежит данному полигону, после чего, каждый ряд изображения просчитывается за счет пересечения ряда с полигоном, который является ближайшим к камере. Полигоны, которые больше не являются видимыми, удаляются при переходе одного ряда к другому.

Преимущество данного алгоритма в том, что отсутствует необходимость передачи координат о каждой вершине с основной памяти в рабочую, а транслируются координаты только тех вершин, которые попадают в зону видимости и просчета.

2. Raytrace (рейтрейс).

Этот тип рендера создан для тех, кто хочет получить картинку с максимально качественной и детализированной прорисовкой. Рендеринг именно этого типа, имеет очень большую популярность у любителей фотореализма, и стоит отметить что не спроста. Довольно часто с помощью рейтрейс-рендеринга мы можем увидеть потрясающе реалистичные кадры природы и архитектуры, которые отличить от фотографии удастся не каждому, к тому же, нередко именно рейтрейс метод используют в работе над графиков в CG трейлерах или кино.

К сожалению, в угоду качеству, данный алгоритм рендеринга является очень медлительным и пока что не может использоваться в риал-тайм графике.

Алгоритм работы:

Идея Raytrace алгоритма заключается в том, что для каждого пикселя на условном экране, от камеры прослеживается один или несколько лучей до ближайшего трехмерного объекта. Затем луч света проходит определенное количество отскоков, в которые может входить отражения или преломления в зависимости от материалов сцены. Цвет каждого пикселя вычисляется алгоритмически на основе взаимодействия светового луча с объектами в его трассируемом пути.

Метод Raycasting.

Алгоритм работает на основе «бросания» лучей как будто с глаз наблюдателя, сквозь каждый пиксель экрана и нахождения ближайшего объекта, который преграждает путь такого луча. Использовав свойства объекта, его материала и освещения сцены, мы получаем нужный цвет пикселя.

Нередко бывает, что «метод трассировки лучей» (raytrace) путают с методом «бросания лучей» (raycasting). Но на самом деле, «raycasting» (метод бросания луча) фактически является упрощенным «raytrace» методом, в котором отсутствует дальнейшая обработка отбившихся или заломленных лучей, а просчитывается только первая поверхность на пути луча.

3. Radiosity.

Вместо «метода трассировки лучей», в данном методе просчет работает независимо от камеры и является объектно-ориентированным в отличие от метода «пиксель по пикселю». Основная функция “radiosity” заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета непрямого освещения (отскок рассеянного света).

Преимуществами «radiosity» являются мягкие градуированные тени и цветовые отражения на объекте, идущие от соседних объектов с ярким окрасом.

Достаточно популярна практика использования метода Radiosity и Raytrace вместе для достижения максимально впечатляющих и фотореалистичных рендеров.

Что такое Рендеринг видео?

Иногда, выражение «рендерить» используют не только в работе с компьютерной 3D графикой, но и при работе с видеофайлами. Процесс рендеринга видео начинается тогда, когда пользователь видеоредактора закончил работу над видеофайлом, выставил все нужные ему параметры, звуковые дорожки и визуальные эффекты. По сути, все что осталось, это соединить все проделанное в один видеофайл. Этот процесс можно сравнить с работой программиста, когда он написал код, после чего все что осталось, это скомпилировать весь код в работающую программу.

Как и у 3D дизайнера, так и у пользователя видеоредактора, процесс рендеринга идет автоматически и без участия пользователя. Все что требуется, это задать некоторые параметры перед стартом.

Скорость рендеринга видео зависит от продолжительности и качества, которое требуется на выходе. В основном, большая часть просчета ложиться на мощность центрального процессора, поэтому, от его производительности и зависит скорость видео-рендеринга.

Категории: , / / от

Рендеринг (англ. rendering - «визуализация») в компьютерной графике - процесс получения изображения по модели при помощи компьютерной программки.

Тут модель - это описание каких угодно объектов либо явлений на строго определённом языке либо в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдающего, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр.

Примером визуализации могут служить радарные галлактические снимки, представляющие в виде изображения данные, приобретенные средством радиолокационного сканирования поверхности галлактического тела, в спектре электро-магнитных волн, невидимых человечьим глазом.

Нередко в компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом понимают создание плоского изображения (рисунки) по разработанной 3D-сцене. Изображение - это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является Визуализация.

Визуализация - один из более принципиальных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесноватым образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации содержат в себе также и функцию рендеринга. Есть отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.

Зависимо от цели, различают пре-рендеринг, как довольно неспешный процесс визуализации, применяющийся в главном при разработке видео, и рендеринг в реальном режиме, используемый в компьютерных играх. Последний нередко употребляет 3D-ускорители.

Способы рендеринга (визуализации)

На текущий момент создано огромное количество алгоритмов визуализации. Имеющееся программное обеспечение может применять немного алгоритмов для получения конечного изображения.

Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо продолжительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтоб получить изображение, занимает чрезмерное количество времени, в том случае не применяется аппроксимация (семплирование).

Вследствие этого, было создано четыре группы способов , более действенных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

Растеризация (англ. rasterization) и способ сканирования строк (англ. scanline rendering). Визуализация делается проецированием объектов сцены на экран в отсутствие рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдающего.

Способ бросания лучей (англ. ray casting). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, при помощи которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При всем этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от способа оборотного трассирования), когда добиваются хоть какого объекта сцены или её фона. Может быть употребляются какие-то очень обыкновенные техники прибавления оптических эффектов либо внесения эффекта перспективы.

Глобальная иллюминация (англ. global illumination, radiosity). Употребляет арифметику конечных частей, чтоб симулировать диффузное распространение света от поверхностей и при всем этом достигать эффектов «мягкости» освещения.

Трассировка лучей (англ. ray tracing) похожа на способ бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, при помощи которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. Однако при всем этом луч не прекращает своё распространение, а делится на три составляющие, луча, любой из которых заносит собственный вклад в цвет пикселя на двумерном экране: отражённый, теневой и преломленный. Количество подобных разделений на составляющие определяет глубину трассирования и оказывает влияние на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, способ позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако при всем этом он очень ресурсоёмкий и процесс визуализации занимает значимые периоды времени.

Передовое программное обеспечение обычно совмещает внутри себя немного техник, чтоб получить довольно высококачественное и фотореалистичное изображение за применимые издержки вычислительных ресурсов.