Postopek upodabljanja igra ključno vlogo v razvojnem ciklu računalniške grafike.
Kot razvijajoči film
Rendering je najbolj tehnično zapleten vidik 3D-produkcije, vendar ga je dejansko mogoče razumeti v kontekstu analogije: podobno kot filmski fotograf mora razviti in natisniti svoje fotografije, preden se jih lahko prikaže, strokovnjaki računalniške grafike so obremenjeni s podobno nujnost.
Ko umetnik dela na 3D sceni, modeli, ki jih manipulira, so dejansko matematična predstavitev točk in površin (natančneje tock in poligonov) v tridimenzionalnem prostoru.
Izraz rendering se nanaša na izračune, ki jih izvaja program 3D-programskega paketa, da prevede sceno iz matematičnega približka v dokončano 2D sliko. Med procesom so prostorske, teksturne in svetlobne informacije celega prizora združene, da se določi barvna vrednost vsakega piksla v sploščeni sliki.
Dve vrsti prikaza
Obstajata dve glavni vrsti upodabljanja, njihova glavna razlika pa je hitrost, s katero se slike izračunajo in dokončajo.
- Rendering v realnem času: V realnem času se upodabljanje najbolj uporablja v igralnih in interaktivnih grafičnih podobah, kjer je treba slike iz računalnika izračunati iz neverjetnih hitrosti. Ker ni mogoče natančno napovedati, kako bo igralec vplival na okolje okolja, morajo biti slike prikazane v realnem času, ko se dejanje odvija.
- Zadeve v zvezi s hitrostjo: Da bi se gibalo pojavilo tekoče, je treba zaslonu prikazati najmanj 18 do 20 slik na sekundo. Vse, kar je manj od tega, in dejanja se bo pojavilo zaskrbljujoče.
- Metode: V realnem času se upodabljanje bistveno izboljša z namensko grafično strojno opremo in s predhodnim zbiranjem čim več informacij. Veliko informacij o osvetlitvi igralnega okolja se predhodno izračunajo in "pečejo" neposredno v tekstovne datoteke okolja, da izboljšajo hitrost prikaza.
- Brez povezave ali predhodnega prejemanja: Omogočanje brez povezave se uporablja v primerih, ko je hitrost manj problem, pri čemer izračuni običajno potekajo z uporabo večjezičnih procesorjev namesto grafične strojne opreme. Brezplačna predstavitev se najpogosteje prikaže pri animaciji in dela, pri kateri se vizualna kompleksnost in fotorealizem držijo bistveno višjega standarda. Ker ni nobene nepredvidljivosti glede tega, kaj se bo pojavilo v vsakem okvirju, je znano, da veliki studii posvečajo do 90 ur posamičnih časov.
- Fotorealizem: Ker se odsotnost brez povezave izvaja v okviru odprtega časovnega okvirja, lahko dosežemo višje ravni fotorealizma kot pri prikazovanju v realnem času. Znaki, okolji in pripadajoče teksture in luči so običajno dovoljeni z višjim številom mnogokotnikov in 4k (ali višjo) teksturo.
Rendering Techniques
Obstajajo tri glavne računske tehnike, ki se uporabljajo za večino renderiranja. Vsak ima svoj nabor prednosti in slabosti, ki v določenih situacijah ustvarjajo vse tri možne možnosti.
- Scanline (ali rasterizacija): Scanline rendering se uporablja, kadar je hitrost nujna, zaradi česar je tehnika izbire za renderiranje v realnem času in interaktivne grafike. Namesto da bi naredili slikovno slikovno piksel po slikovnih pikah, so prikazovalci skenerja izračunali na poligonu glede na poligon. Tehnologije skeniranja, ki se uporabljajo v povezavi s predhodno osvetljeno (pečeno) razsvetljavo, lahko dosežejo hitrosti 60 sličic na sekundo ali boljše na grafični kartici visoke kakovosti.
- Raytracing: V raytracingu, za vsako slikovno piko v prizoru, iz fotoaparata sledijo en ali več svetlobnih žarkov do najbližjega 3D-objekta. Svetlobni žarek se nato prenese skozi določeno število "odbijanja", ki lahko vključujejo refleksijo ali refrakcijo, odvisno od materialov v 3D prizori. Barva vsakega piksla se izračuna algoritemsko glede na interakcijo svetlobnega žarka s predmeti v njegovi sledi. Raytracing je sposoben večjega fotorealizma kot scanline, vendar je eksponentno počasnejši.
- Radiotelevizija: V nasprotju z rentgenskimi signali je radiosnost izračunana neodvisno od kamere in je površinsko usmerjena in ne pixel-by-pixel. Glavna funkcija radijosti je natančneje simulirati površinsko barvo z upoštevanjem indirektne osvetlitve (odbojne difuzne svetlobe). Radijost tipično zaznamujejo mehke graduirane sence in barvna krvavitev, kjer svetloba iz svetle obarvanih predmetov "krvavi" na bližnjih površinah.
V praksi se radiosity in raytracing pogosto uporabljajo v povezavi z drugimi, s prednostmi vsakega sistema za doseganje impresivnih ravni fotorealizma.
Rendering Software
Čeprav se upodabljanje opira na neverjetno izčrpne izračune, današnja programska oprema omogoča preprostejše razumevanje parametrov, zaradi katerih se umetnik nikoli ne sme ukvarjati s osnovno matematiko. V vsakem večjem 3D programskem paketu je vključen motor, ki vsebuje več materialov in svetlobnih paketov, ki omogočajo osupljive ravni fotorealizma.
Dva najpogostejša motorja:
- Mental Ray: Pakirano z Autodesk Maya. Mental Ray je neverjetno vsestranski, relativno hiter in verjetno najbolj kompetenten za izdelavo znakovnih slik, ki potrebujejo podzemno razprševanje. Mental ray uporablja kombinacijo raytracing in "globalno osvetlitev" (radiosity).
- V-Ray: Običajno vidite V-Ray, uporabljen v povezavi z 3DS Max-together, par je popolnoma brez primere za arhitekturno vizualizacijo in obnavljanje okolja.Glavne prednosti VRayja nad svojim konkurentom so njena orodja za razsvetljavo in obsežna knjižnica za arhitekturo.
Rendering je tehnični predmet, vendar je lahko zelo zanimiv, ko res začnete globlje pogledati na nekatere običajne tehnike.
