Многие элементы визуальной среды современного человека сегодня создаются с помощью программ компьютерной графики. Визуализации, сделанные 3D-художниками, необходимы для любой архитектурной, дизайнерской студии или создателя игр.
Технология создания такого изображения — фотореалистичного или имитирующего различные художественные приемы — состоит из нескольких технологических этапов. Рендеринг — самый важный, часто последний, от которого зависит конечный результат.
Происхождение термина
Слово «рендеринг» (или «рендеринг») происходит, как и многие IP-технологии, из английского языка. Оно происходит от старого французского rendre, что означает «делать», «отдавать», «отдавать», «отдавать». Самые глубокие корни этого глагола уходят в древнюю латынь: re — это приставка, означающая «назад», а to dare — «отдавать».
Отсюда — одно из значений современного термина. Рендеринг — это, помимо прочего, процесс воссоздания плоского изображения на основе трехмерной модели, содержащей информацию о физических свойствах объекта: форме, структуре поверхности, освещении и т.д.
Рендер и визуализация
Впервые появившееся в лексиконе тех, кто профессионально занимается технологиями цифровой обработки изображений, это слово все чаще используется в повседневной жизни. Они просят предоставить готовый рендеринг, например, при заказе мебели — отдельного объекта или мебели целого помещения, а при проектировании интерьера или всего здания рендеринг — одно из основных средств донесения до клиента смысла идей архитектора или дизайнера.
Есть близкий по смыслу синоним, который чаще всего используется в распространенной, хотя и более громоздкой, постановке — визуализации. Среди профессионалов архитектурной или игровой компьютерной графики сегодня принято иметь узкую специализацию: есть те, кто занимается моделированием — создает трехмерные объекты и те, кто обеспечивает рендеринг готовой сцены — выставляют освещение, выбирают точку для просмотра и настройки, затем запустите средство визуализации.
Определения
Это слово имеет несколько значений:
- Рендеринг или рендеринг — это рисование, процесс получения технического или художественного планарного растрового изображения на основе трехмерных цифровых моделей, созданных с помощью специальных программных пакетов — Blender, 3D Max, CINEMA, Maya и т.д.
- Render или renderer — так называется специальная программа, с помощью которой происходит преобразование 3D-модели в изображение. Такие программы могут быть включены в графический пакет или использоваться как отдельные приложения: RenderMan, Mental Ray, V-ray, Corona, Brasil, Maxwell, FinalRender, Fryrender, Modo и многие другие. Рендеринг, как и все, что связано с цифровыми технологиями, постоянно обновляется. Они различаются алгоритмами, используемыми для расчета физических характеристик моделей и их окружения. На их основе создаются целые системы рендеринга, позволяющие создавать собственные материалы, лампы, камеры и т.д.
- Рендеринг, по сути, является результатом такого процесса — растровое изображение, фотография, а также изображение персонажей и окружения в компьютерных играх или видеофайлы, созданные сторонними людьми, используемые в кинопроизводстве — обычные или анимационные.
Типы рендера: online и пререндеринг
Существует два основных типа рендеринга, в зависимости от того, как быстро вы должны получить готовое изображение. Первый — это рендеринг в реальном времени, который требуется в интерактивной графике, в основном в компьютерных играх. Здесь нужен быстрый рендеринг, изображение должно отображаться мгновенно, поэтому в сцене оно рассчитывается заранее и сохраняется в нем как отдельные данные. К ним относятся текстуры, определяющие внешний вид объектов и освещения. Программы, используемые для онлайн-рендеринга, в основном используют ресурсы видеокарты и оперативной памяти компьютера и, в меньшей степени, процессора.
Для визуализации более сложных сцен, а также там, где проблема скорости не столь актуальна, когда гораздо важнее качество рендеринга, используются другие методы и программы рендеринга. В этом случае используется полная мощность многоядерных процессоров, выставляются параметры максимального разрешения для расчета текстур и освещения. Постобработка рендеринга часто используется для достижения высокой степени фотореализма или желаемого художественного эффекта.
Методы просчета сцены
Выбор методов получения изображений зависит от конкретной задачи и часто от личных предпочтений и опыта рендерера. Разрабатывается все больше и больше новых, узкоспециализированных или универсальных систем рендеринга. Сегодня наиболее распространенные рендереры полагаются на три основных метода расчета:
- Растеризация (Scanline) — метод, при котором изображение создается путем некорректного расчета не отдельных пиксельных точек, а целых полигонов граней и больших площадей поверхностей. Текстуры, определяющие свойства объектов, такие как свет в сцене, фиксируются в виде неизменяемых данных. Результирующее изображение часто не отражает изменений перспективы в освещении, глубине резкости и т.д. Оно часто используется в системах для рендеринга сцен в играх и производстве видео.
- Расчет отраженного света (Radiosity) — каждая точка, каждый пиксель изображения имеет цвет, не зависящий от камеры. На него влияют глобальные и локальные источники света и окружающая среда. Этот метод вычисляет внешний вид поверхности модели по цвету и отражениям света от близлежащих объектов.
- Трассировка лучей — физика сцены рассчитывается на основе лучей, исходящих из объектива виртуальной камеры, и анализа взаимодействия каждого луча с объектами, с которыми он сталкивается в сцене. В зависимости от количества и качества этих «отскоков» моделируется отражение или преломление света, его цвет, насыщенность и т.д. Качество получаемого изображения намного выше, чем при растеризации, но за его реалистичность приходится расплачиваться более высоким потреблением ресурсов.
Практика показывает, что самые продвинутые и популярные системы рендеринга используют комбинацию всех или базовых методов. Это обеспечивает максимальный фотореализм и надежность при визуализации физических процессов в данной сцене.
Последовательность рендера
Хотя современный подход к компьютерной графике предпочитает выделять рендеринг в отдельный этап, требующий наличия специальных знаний и навыков, по сути, он неотделим от всего процесса подготовки визуализации. Если, например, вы проектируете интерьер, визуализация будет зависеть от типа используемых материалов, и каждая система отображения имеет свой собственный алгоритм имитации текстуры и текстуры поверхности.
То же самое и с освещением сцены. Настройка естественного и искусственного освещения, собственных свойств и падающих теней, силы отражений, эффектов самосветления — это следующий шаг в создании визуализации сцены. Как настроить рендеринг, зависит от используемого программного обеспечения и производительности системы. У каждого пакета и вьювера есть свои тонкости и нюансы.
Например, Corona Renderer имеет возможность настраивать параметры непосредственно во время разработки окончательного изображения. В онлайн-режиме можно изменять мощность ламп, регулировать цвет, резкость изображения.
Постобработка результатов рендера
Для конкретной задачи логично применять специальные приемы визуализации. Архитектура требует визуальной среды, отличной от технической иллюстрации. Например, внешний рендеринг часто требует, чтобы исполнитель хорошо разбирался в пакетах растровой графики, самым популярным из которых является Adobe Photoshop. К тому же это не всегда делается для увеличения фотореализма. Современные тенденции в архитектурной презентации предполагают имитацию рисованной графики: акварели, гуаши, рисунка тушью и т.д.
Постобработка качественного рендеринга обычно начинается с выбора желаемого формата файла, полученного в конце работы программы. Допускается сохранять готовое изображение слоями, используя отдельные цветовые каналы. Это позволяет добиться высоких результатов при преобразовании всех слоев в одно изображение, используя более тонкие и тонкие настройки цвета.
Рендер и производительность системы
Качество отображения зависит не только от программного обеспечения процесса. На конечный результат влияет мощность используемого «железа». Этот фактор особенно влияет на скорость работы: иногда сложная сцена рендерится в течение нескольких дней, если на компьютере недостаточно оперативной памяти или процессор с низкой производительностью.
Как ускорить рендеринг и улучшить конечный результат при нехватке ресурсов? Можно изменить настройки программы, уменьшив разрешение текстур материалов и окончательного изображения до разумных значений, изменив параметры ламп таким образом, чтобы блики и тени отображались на больших площадях без излишних деталей и т.д.дальше от других компьютеров.
Рендер-ферма
Сегодня можно использовать возможности удаленных компьютерных кластеров, которые предоставляют услуги по пакетной обработке 3D-файлов. Это высокопроизводительные системы, способные отображать более сложные и насыщенные сцены за короткое время. Они могут обрабатывать любые визуальные эффекты, даже при создании длинных видеофайлов.
Обратившись к провайдеру таких услуг, список которых всегда доступен в Интернете, после согласования стоимости и условий подготовки файлов можно значительно сэкономить на скорости работы и добиться необходимого уровня качества конечного изображения. Эти компании имеют в своем распоряжении до нескольких тысяч процессоров и сотни терабайт оперативной памяти. Ферма рендеринга рассчитывает стоимость рабочей силы на основе объема исходного файла и времени рендеринга. Например, стоимость кадра с разрешением 1920х1080, рендеринг которого на стандартном оборудовании займет 3 часа, составляет около 100 рублей. Сцена рендерится за 8 минут.
Правильный выбор
Ответ на вопрос, как сделать небольшой и простой предмет или анимированную презентацию сельской деревни, наполненную визуальными эффектами, вписаться в форму, предполагает другой подход. В случае самостоятельного выполнения такой работы необходимо правильно подобрать необходимое программное обеспечение и позаботиться о достаточной мощности компьютерного оборудования. В любом случае, от последнего этапа работы — рендеринга — будет зависеть, довольны ли вы конечным результатом.