Рендер или рендеринг используется в трехмерной графике, фильмах и компьютерных играх. Данный процесс необходим для создания реалистичного изображения с учетом параметров, которые задает пользователь. При этом можно воспользоваться различными методами, каждый из которых имеет свой алгоритм.
Что такое рендер и рендеринг?
С таким понятием, как рендер или рендеринг часто можно столкнуться в компьютерных играх или видеомонтаже. При этом художники также сталкиваются с рендером, когда создают свои работы на компьютере. Благодаря этому процессу, графика, которая изображена на ПК, не отличается от реальной фотографии. Но для этого используются тяжелые алгоритмы и большая вычислительная мощность системы.
Для начала необходимо разобраться, в чем различие между рендером и рендерингом. В большинстве случаев это одно понятие. Но иногда рендерингом называют сам процесс, а уже рендером – готовый результат.
ЧТО ГОВОРЯТ О ДОТЕ В ОДНОКЛАССНИКАХ | САМЫЙ СМЕШНОЙ МОМЕНТ В ИСТОРИИ ПРО ДОТЫ | DOTA 2
Этот метод визуализации помогает создать готовое статическое изображение или набор кадров, анимацию, из предварительно подготовленных 3D объектов. Здесь учитывается множество факторов, текстура, свет, положение и т.д.
Чтобы создать анимацию в фильме или видеоигре, для начала создается 3D объект. После этого определяются все материалы, из которых он изготовлен. Также, стоит учитывать и свет, как именно падает тень, какие детали видны.
Все эти параметры задаются пользователем. После этого начинается процесс рендеринга. Здесь уже участвует компьютер. Используются различные алгоритмы и методы, которые создают готовое изображение. Благодаря точной настройке, готовую картинку часто тяжело отличить от реальной фотографии.
Виды
Существует несколько видов рендера. В первую очередь различают однопоточный и многопоточный. Этот процесс требует большой вычислительной мощности. Здесь нагружается именно процессор. Поэтому стоит позаботиться, чтобы система выдержала такую нагрузку.
В противном случае один кадр может выводиться неделями.
При однопоточном рендеринге все вычисления происходят в одном потоке. Так, если есть несколько ядер в процессоре, то рекомендуется задействовать их все. При этом нагрузка буде равномерно распределена. В данном случае речь уже идет о многопоточно рендере.
Для примера, при работе над фильмом «Аватар», каждая система имела 40 тысяч процессорных ядер и 104 ТБ оперативной памяти. Но для одного кадра требовалось около 50 часов только на рендеринг.
Лучшие онлайн-сервисы и программы для озвучивания текста голосом
Также можно встретить разделение между программным или аппаратным рендерингом. Здесь разница заключается в ресурсах, которые будут использованы. В первом случае вся нагрузка идет на центральный процессор.
Что такое рендер?
При аппаратном рендере используется видеокарта. Это позволяет создать готовый кадр в быстрые сроки. Однако последний способ имеет и недостаток, который заключается в худшем качестве изображения. Тот или иной вид выбирается в зависимости от того, что на данный момент важнее, время или качество.
Сферы использования
Рендеринг используется во многих сферах. Так, применяются разные методы визуализации, в зависимости от того, как должен выглядеть конечный продукт. Однако, здесь необходимо учитывать тот факт, что процесс необходим для создания отельного объекта или при видеомонтаже.
В 3D графике
Если говорить о 3D графике, то она используется практически во всех сферах, где нужно предоставить обзор готового продукта. Весь процесс поделен на несколько этапов. Для начала создается сама модель в трехмерном пространстве. После этого, обозначаются предметы, которые находятся рядом. Затем, следует подобрать удачный ракурс, текстуру и освещение.
Только после того, как вся подготовка будет завершена, начинается сам рендеринг.
Готовая трехмерная модель преобразуется в статическое двумерное изображение. Благодаря полной настройке, объект выглядит как фотография, а не созданная в редакторе картинка. Он имеет объем, тени и текстуру. Такой подход используется в архитектуре, при разработке дизайна интерьера, в рекламной продукции и в интернет-магазинах.
В Видеомонтаже
Данное понятие часто встречается и в видеомонтаже. Даже, если пользователь не занимался созданием объектов, по завершению ролика, придется заниматься рендером. Здесь речь идет о том, чтобы собрать все дорожки в одно готовое видео.
Процесс не требует участие пользователя. Все, что нужно, это задать параметры, указать все кодеки и форматы. После этого начнется сам рендер. Ему также необходима вычислительная мощность компьютера. Потраченное время будет зависеть от качества ролика и его продолжительности.
Подключаем электрогитару к компьютеру
Виды рендеринга
Рендеринг можно проводить в реальном времени или предварительно. Тот или иной вид выбирается в зависимости от предназначения. При этом, существует и критерии отбора. Так, если изображение должно обновляться в данный момент, то используется рендер в реальном времени. Для подготовки более качественной картинки применяют предварительный.
Предварительный
В первую очередь стоит отметить, что предварительный рендеринг применяется для создания анимации в фильмах или же для создания изображения. Здесь нет необходимости обновляться в реальном времени.
Для данного процесса требуется много времени. Это связано с тем, что можно полностью использовать ресурсы компьютера, а именно процессора. Задавать качественные текстуры и высокое разрешение. Скорость будет зависеть от мощности системы.
В реальном времени
Отличный вариант подготовить изображение заранее. Но в некоторых случаях это невозможно. Речь идет о компьютерных играх. Сцена, которая представлена игроку, неполная. Чтобы сохранить вычислительную мощность компьютера, на экране воспроизводится небольшой участок, который доступен для обозрения.
Что такое рендер?
В рамках данного обзора, я расскажу вам что такое рендер, а так же про связанные с этим особенности.
Игры, анимация, фильмы с невообразимыми мирами и многое многое. Все это связано со словом рендер. Поэтому нет ничего удивительного в том, что в Интернете часто можно встретить упоминание этого слова. Однако, что это такое и зачем нужно знают далеко не все. Поэтому далее рассмотрим этот термин более подробно.
Примечание: Материал предназначен для начинающих и обычных пользователей.
Примечание: Так же советую ознакомиться с тем что такое шейдер.
Рендер это
Рендер (рендеринг, визуализация) — это процесс создания изображения на основе модели данных с помощью компьютерных программ. Если говорить простыми словами, то некоторой программе на вход подаются данные вида «кубик расположен в такой-то точке», «шарик расположен в такой-то точке», «забор проходит отсюда туда», «ветер дует отсюда», «туман стелится там-то» и так далее. Иными словами, некие 3D-модели (центр круга там-то, радиус такой-то. ). Затем задается точка наблюдения (фокус; но не во всех методах). После чего программа моделирует то изображение (2D картинку), которое бы увидел человек, если бы его глаза находились в точке наблюдения (если используется фокус; без точки это растеризация — об этом далее).
Примечание: Стоит знать, что рендер применяется не только в компьютерной графике. Так, например, создание карты местности или рисунка с помощью радиолокационного сканирования.
Примечание: Кстати, раньше в играх нередко был распространен подход с использованием спрайтов.
Различают два основных типов рендера:
1. Рендеринг в реальном времени. Данный тип подразумевает, что картинка на экране формируется в режиме реального времени. Знакомый всем пример — это игрушки (стрелялки, стратегии и прочие).
2. Предварительный рендер. В данном случае подразумевается, что изображение может формироваться весьма длительный промежуток времени. Знакомый всем пример — это мультипликации, фоны для фильмов, анимация и прочее.
Основное отличие второго от первого состоит в том, что предварительный рендер позволяет получить более качественную картинку, так как для расчета цвета каждого пискеля используется существенно больше доступного времени и мощностей. Абстрактный пример для понимания,1 минута видео из мультика может рендерится порядка десятки часов для сложной анимации.
Еще одно важно техническое отличие. Рендеринг во времени в основном обеспечивается за счет видеокарты, а вот предварительный в большей степени за счет процессора.
Примечание: Важно знать, что во время предварительного рендера загрузка процессора может достигать 100%, поэтому крайне не советуется что-либо делать параллельно. Ведь мало приятного в том, чтобы, из-за, например, блуждания по интернету в браузере, пришлось заново запускать 10-часовой рендер.
Методы рендеринга
Существует большое количество методов рендеринга, но наиболее известными являются следующие три:
1. Растеризация (Scanline). Данный метод подразумевает, что расчет происходит не попиксельно, а целыми гранями, полигонами и крупными участками поверхности. При этом в рисунке никак не учитывается эффект перспективы относительно наблюдателя или рядом находящихся объектов. Иными словами, при растеризации формируются только те полигоны, которые ближе всего по оси Y. Поэтому никаких динамических теней, отражений и прочего не предусмотрено (только зашитая статика окраски полигона). Однако, данный метод позволяет очень быстро генерировать изображения, поэтому он используется во многих играх.
2. Трассировка лучей (Raytracing). Данный метод подразумевает, что расчет цвета пикселей происходит следующим образом. Существует условный экран с 2D-изображением и точка фокуса относительно этого экрана. Из точки фокуса «как бы» выпускаются лучи в сторону сцены (каждого пикселя этого условного экрана). Если встретился 3D-объект, то используется его цвет.
Если же объекта в сцене нет, то используется цвет фона. При этом каждый луч отскакивает от трехмерных объектов некоторое количество раз и тем самым корректируются цвета остальных пикселей (чем больше отскоков, тем выше качество картинки и ее реалистичность). Данный метод требует достаточно много вычислительных мощностей, поэтому он чаще всего применяется для предварительного рендера, нежели для визуализации в реальном времени.
Примечание: Облеченным методом является Raycasting, при котором лучи не отскакивают. Расчет происходит только для первого столкновения с 3D-объектом.
3. Расчет отраженного луча (Radiosity). Данный метод подразумевает, что каждый пиксель или небольшой участок наделяются определенным цветом. Каждый их этих пикселей (участков) может излучать, поглощать или отражать лучи. Затем для каждого пикселя (участка) происходит учет накопления лучей и формируется более реалистичный цвет (вторичные отражения, мягкие тени и прочее).
Таким образом, картинка становится более качественной (чем больше итераций подсчета, тем выше качество). Данный метод требует очень много вычислительных ресурсов, поэтому он применяется в предварительной визуализации.
Теперь, вы знаете что такое рендер, зачем он нужен и для чего применяется.
☕ Понравился обзор? Поделитесь с друзьями!
Источник: ida-freewares.ru
Что такое 3D рендеринг. Основные техники и принцип работы
Рендеринг — это в основном процесс создания двухмерных изображений (например, для экрана компьютера) из 3D-модели. Другими словами, рендеринг позволяет получить готовое изображение трехмерной модели в «плоском» варианте. Изображения генерируются на основе наборов данных, определяющих цвет, текстуру и материал определенного объекта на изображении.
Рендеринг впервые появился в 1960 году, когда Уильям Феттер создал изображение пилота, чтобы имитировать пространство, необходимое в кабине. Затем, в 1963 году, Иван Сазерленд создал Sketchpad, первую программу 3D-моделирования, в то время он работал в MIT. За свою новаторскую работу он известен как «Отец компьютерной графики».
В 1975 году исследователь Мартин Ньюэлл создал «Чайник Юты», трехмерную тестовую модель, которая стала стандартным тестовым рендером. Этот чайник, также называемый Newell Teapot, стал настолько культовым, что считается эквивалентом «Hello World» в мире 3D.
Рендеринг осуществляется либо центральным процессором компьютера CPU, либо графическим процессором видеокарты GPU. Иногда в гибридной конфигурации, например, с таким программным обеспечением, как V-Ray, CPU и GPU работают вместе. Понимание этих типов рендеринга поможет оценить различия между ними.
Вам будет интересно:
- Популярные программы для рендеринга
- Лучшие игровые ноутбуки
- Компьютеры для рендеринга и 3D моделирования
- Как использовать нейросети для дизайна интерьера и архитектуры
Как устроен 3D рендеринг. Основные техники.
По сути, 3D рендеринг похож на фотографию. Например, программа рендеринга эффективно направляет камеру на объект для создания фотографии. Таким образом, цифровое освещение очень важно для создания детального и реалистичного рендера.
Со временем был разработан ряд различных методов рендеринга. Тем не менее, цель каждого рендера состоит в том, чтобы сделать изображение, основанное на том, как свет попадает на объекты, как в реальной жизни.
Техника рендеринга № 1: Растеризация
Видео игры представляют собой общий случай использования для растеризации.
Один из самых ранних методов рендеринга, растеризация, работает рассматривая модель как сетку многоугольников. Эти полигоны имеют вершины, в которые встроена такая информация, как положение, текстура и цвет. Эти вершины затем проецируются на плоскость, перпендикулярную к перспективе (то есть камеру).
С вершинами, действующими как границы, оставшиеся пиксели заполнены правильными цветами. Представьте себе, что сначала нужно нарисовать контур для каждого цвета, который вы рисуете — это и есть рендеринг с помощью растеризации.
Растеризация — это быстрая форма рендеринга. Он до сих пор широко используется, особенно для рендеринга в реальном времени (например, компьютерные игры, симуляции и интерактивный графический интерфейс). Совсем недавно этот процесс был еще более усовершенствован благодаря более высокому разрешению и сглаживанию, который использовался для сглаживания краев объектов и смешивания их с окружающими пикселями.
Техника рендеринга №2: Лучевое литье
Классическая демонстрация лучевого литья.
Несмотря на свою полезность, растеризация сталкивается с проблемами при наличии перекрывающихся объектов: если поверхности перекрываются, последняя нарисованная часть будет отражена при рендеринге, что приведет к отображению неправильного объекта. Чтобы решить эту проблему, была разработана концепция Z-буфера для растеризации. Она включает в себя датчик глубины, чтобы указать, какая поверхность находится под или над, в конкретной точке зрения.
Это стало ненужным, однако, когда было разработана отливка лучей. В отличие от растеризации, потенциальная проблема перекрывающихся поверхностей не возникает при лучевом литье.
Приведение лучей, как следует из названия, направляет лучи на модель с точки зрения камеры. Лучи выводятся в каждый пиксель на плоскости изображения. Поверхность, на которую она попадает первой, будет показана при рендеринге и любое другое пересечение после первой поверхности не будет отрисовано.
Техника рендеринга № 3: Трассировка лучей
Комплексная трассировка лучей на волосах. Источник: Autodesk
Несмотря на преимущества, которые дает отливка лучей, в методике по-прежнему отсутствовала способность правильно моделировать тени, отражения и преломления. Таким образом, в помощь был разработка метод трассировки лучей.
Трассировка лучей работает аналогично лучевому литью, за исключением того, что она лучше отображает свет. По сути, первичные лучи с точки зрения камеры направляются на модели для получения вторичных лучей. После попадания на модель будут испускаться теневые лучи, отраженные лучи или преломляющие лучи, в зависимости от свойств поверхности.
Тень генерируется на другой поверхности, если путь луча тени к источнику света затруднен этой поверхностью. Если поверхность является отражающей, результирующий отраженный луч будет излучаться под углом и освещать любую другую поверхность, на которую он попадает и будет дополнительно излучать другой набор лучей. По этой причине этот метод также известен как рекурсивная трассировка лучей. Для прозрачной поверхности преломляющий луч испускается, когда на поверхность попадает вторичный луч.
Техника рендеринга № 4: Уравнение рендеринга
Расчет каждого пикселя занимает много времени
Дальнейшее развитие рендеринга в конечном итоге привело к уравнению рендеринга, которое пытается смоделировать, как свет должен излучатся с максимальной реалистичностью. С помощью этой техники считают, что свет испускается всем телами, а не только одним источником света. Это уравнение пытается рассмотреть все источники света в рендере, по сравнению с трассировкой лучей, которая использует только прямое освещение. Алгоритм, созданный с использованием этого уравнения, известен как глобальное или косвенное освещение.
Аппаратные средства для рендеринга
Качество рендеринга улучшается, но процесс все еще медленный — поэтому крупные компании вкладывают значительные средства в рендер фермы. В то же время отдельные дизайнеры и художники должны использовать современное оборудование.
Программное обеспечение для рендеринга использует GPU (графический) и CPU (центральный ) или оба вида процессоров для создания рендеров. Кроме того, приложения для рендеринга являются ресурсоёмкими программами. Для более быстрого рендеринга часто требуются дополнительные обновления. Скорость процессора, интеграция и совместимость видеокарт, совместимость с драйверами и оперативной памятью — вот некоторые из аспектов, обеспечивающих быстрый высококачественный рендеринг.
К слову о программном обеспечении для рендеринга, посмотрите этот огромный список инструментов и приложений для рендеринга доступных сегодня.
Программное обеспечение для 3D рендеринга
Как бы грустно это не звучало, идеального рендера не бывает. Это потому, что постоянно находятся в равновесии несколько переменных, в том числе фотореализм, качество, скорость, размер данных и разрешение.
Несмотря на сложность, можно работать с этими основными факторами для достижения фотореалистичных визуализаций. Во-первых, модель должна быть скорректирована в правильной пропорции. Модель, масштабированная в реальной жизни, очень помогает. Размеры объектов не обязательно должны быть точными, так как детали могут подвергаться корректировке, если они отображаются на визуализации.
Материалы объектов должны быть как подходящими, так и высокодетализированными для достижения максимально реалистичных результатов. Случайные элементы в текстурах, также помогают рендерам выглядеть более реалистично.
Интенсивность освещения, температура и расположение — это, конечно, огромный фактор. Правильное количество и расположение света облегчит детали, чтобы быть достаточно видимым. Также обратите внимание, что цветовая температура, если она не установлена правильно, может испортить ваш рендер.
Наконец, постобработка — это последние штрихи к вашему рендеру. Простые ретуши вашего необработанного рендера могут превратить ваши рендеры в захватывающее фотореалистичное изображение.
Типы программного обеспечения для 3D рендеринга
При поиске программного обеспечения для 3D-рендеринга вы встретите два повторяющихся термина, которые редко объясняются: biased ( «настраиваемый») и unbiased ( «ненастраиваемый») рендер. Вот что имеется в виду:
biased рендер (читается баяст) — это рендерер, где нужно НАСТРАИВАТЬ много параметров и он ПРЕДВЗЯТЫЙ, т.е. основанный не на «правде », а на каких-то своих личных допущениях.
biased программное обеспечение для 3D-рендеринга, в свою очередь, разработано для повышения эффективности. При расчете путей световых лучей они стратегически обманывают, чтобы сократить время рендеринга. В частности, это означает, что они интерполируют между кадрами или применяют размытие. Требуется определенный опыт, чтобы точно настроить предвзятого рендера для получения убедительного результата.
По другую сторону unbiased рендер (читается анбаяст)- то есть рендерер, который НЕНАСТРАИВАЕМЫЙ (не нужно настраивать — нажал одну кнопку и сиди жди, пока картинка станет красивой) и он НЕПРЕДВЗЯТЫЙ. Непредвзятость выражается в том, что анбаяст рендерер старается максимально правдиво описать поведение света. Т.е. он использует формулы просчёта, которые на сегодняшний день максимально (на сколько могут) точно описывают физические законы, происходящие в природе (как свет падает, как отражается, как преломляется, как поглощается и т.д.).
unbiased рендер пытается рассчитать физически точные изображения. Это означает, что он отслеживают путь светового луча математически правильно, без каких-либо сокращений. Этот метод может привести к увеличению времени рендеринга. Поэтому анбаяст рендеринг редко используется для анимационных фильмов. Вместо этого его можно найти в графическом дизайне и архитектурной визуализации, поскольку время рендеринга не сильно влияет на график проекта.
Популярные применения 3D рендеринга
3D рендеринг широко используется в области архитектуры
3D рендеринг изменил рабочие процессы во многих отраслях. В архитектуре и технике традиционные планы, карты и модели теперь дополняются реалистичными презентациями. Прототипирование с использованием рендеринга является менее затратным, а также сильно экономит время, т.к. можно сразу увидеть конечный результат, учесть все нюансы и внести соответствующие коррективы.
В современной киноиндустрии новые фильмы теперь сильно зависят от 3d рендеринга, а точнее уже не создаются без применения этого замечательного инструмента. Студии 3D-анимации работают над созданием анимационных фильмов высокой четкости. Для создания идеального снимка, физическим эффектам кино и реквизиту помогают видеоэффекты высокой четкости и компьютерные изображения. Нет предела, для создания сцена, все ограничено только фантазией человеческого мозга.
В маркетинге рендеры используются для изображения фотореалистичных изображений продуктов. Будучи экономически эффективными, маркетинговые отрасли используют рендеринг, чтобы сделать рекламные акции максимально реалистичными и увлекательными для потребителя.
Улучшение игр с помощью фотореалистичного рендеринга и высокой четкости имеет большое значение для отрасли. Каждый год разработчики игр продолжают стремиться к тому, чтобы сделать детали более реалистичными и захватывающими для геймеров.
Развитие 3D-рендеринга никогда не остановится, все будет ограничено только фантазией конкретного разработчика или группы разработчиков.
Вам будет интересно:
- Популярные программы для рендеринга
- Лучшие игровые ноутбуки
- Компьютеры для рендеринга и 3D моделирования
- Как использовать нейросети для дизайна интерьера и архитектуры
Источник: 3dradar.ru