Рендеринг — Википедия с видео

Понятие рендеринга

Рендеринг — это процесс получения изображения из модели или ее элементов путем пропуска этой самой модели через определенные свойства компьютерной программы.

Если говорить простым языком, этот термин означает преображение объекта в его новый, задуманный разработчиком вид. Своего рода визуализация идеи. Рендеринг — это неоднородное понятие, так как фактически преобразовать модель можно в разный вид. Например, из модели можно получить просто изображение или сделать видеоролик. Также можно внедрить вашу модель в игру или просто создать 3D-объект.

Видео

Техника рендеринга : 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.

Освещение

Вопрос о том, как осветить объект, возникает с первого задания. Пока вы тренируетесь, советуем придерживаться постановки освещения. Она предусматривает три источника света:

Трехточечная схема освещения улучшает читаемость формы предмета.

Для того, чтобы цвета были выразительнее, художнику следует помнить про золотое правило живописи — свет теплый, а тень холодная (или наоборот, подробнее тут). Так нам удастся не только внести разнообразие в цветовую палитру, но и сделать освещение естественным.

Методы просчета сцены

Выбор способов получения изображения зависит от конкретной задачи и часто от личных предпочтений и опыта визуализатора. Разрабатываются всё новые системы рендера – или узкоспециализированные, или универсальные. Сегодня в основе самых распространенных программ-рендеров лежат три основных вычислительных метода:

• Растеризация (Scanline) – метод, при котором изображение создается просчетом не отдельных точек-пикселей, а целых граней-полигонов и крупных участков поверхностей. Текстуры, определяющие свойства объектов, как и свет в сцене, зафиксированы в виде неизменных данных. Получаемое изображение часто не отражает перспективных изменений освещенности, глубины резкости и т. д. Чаще применяется в системах для просчета сцен в играх и в видеопродакшене.
• Трассировка лучей (Raytracing) – физика сцены просчитывается на основе лучей, исходящих из объектива виртуальной камеры и анализа взаимодействия каждого луча с объектами, с которыми он встречается в сцене. В зависимости от количества и качества таких «отскоков» имитируется отражение или преломление света, его цвет, насыщенность и т. д. Качество получаемой картинки по сравнению с растеризацией значительно выше, но за её реалистичность приходится платить повышенным расходом ресурсов.

Особенности изображения

Прозрачные материалы способны пропускать сквозь себя световое излучение. Оно преломляется в зависимости от формы предмета, но при этом не теряет фокусировку, т.е. не рассеивается. В этом прозрачные материалы очень похожи на зеркальные, но с той лишь разницей, что мы видим не только то, что находится перед объектом, но и то, что позади него.

Если мы рисуем стеклянную сферу, то стоит делать все на разных слоях. На одном — нарисовать преломленные предметы позади сферы, а на другом — то, что отражается в ней.Так мы сегментируем задачи и не путаем две разных части окружающей среды. Иван Смирнов основатель школы Smirnov School.

Примеры того, как стеклянная сфера и вода преломляют изображение.

В идеале свет внутри материала движется по прямой линии, но из-за его структуры фотоны могут сильно менять свою траекторию и рассеиваться в разные стороны. Если посмотреть сквозь такой материал, то мы увидим мутную картинку. Особенно этот эффект проявляется у полупрозрачных материалов.

На третьей неделе курса студенты рисуют склянки — пустые и заполненные жидкостью. Это помогает понять, как работает подповерхностное рассеивание в полупрозрачном материале, и как ведет себя стекло, которое в данном случае является разделителем сред. Иван Смирнов основатель школы Smirnov School.

Читайте также: Какого рода слово «кофе» в русском языке

Домашние задания продолжают усложняться. На предметах третьей недели мы не только изучаем новые материалы, но закрепляем навыки, полученные в предыдущих блоках.

Комбинация серверного рендеринга и клиентского через регидратацию

Часто называемый Universal Rendering или просто «SSR», этот подход пытается сгладить компромиссы клиентского и серверного редеринга, делая и то, и другое. Навигационные запросы, такие как полная загрузка страницы или перезагрузка, обрабатываются сервером, который рендерит приложение в HTML, затем JavaScript и данные, используемые для рендеринга, встраиваются в результирующий документ. При тщательной реализации, это даёт быстрый FCP (First Contentful Paint) такой же, как Server Rendering, а далее «усиливает это» путем рендеринга опять же на клиенте с помощью техники, называемой (re)hydration ((ре)гидратация). Это новое решение, но оно может иметь некоторые существенные недостатки в производительности.

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.

Программы для рендеринга

Существует огромное множество программ для обработки и визуализации объектов. В этом списке будут представлены самые часто используемые и качественные программы для рендеринга. Это позволит начинающим дизайнерам определиться с вектором развития своих способностей и с выбором оптимального приложения для себя.

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.

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.

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.

Рендер

В свою очередь словом “рендер” называют чаще всего результат рендеринга. Но иногда и процесс называют так же (просто в английском глагол – render перенесся в русский, он короче и удобнее). Вы, наверняка, встречали различные картинки в интернете, с подписью “Угадай рендер или фото?”. Имеется ввиду это 3D-визуализация или реальная фотография (уж настолько компьютерная графика продвинулась, что порой и не разберешься).

Правильный выбор

Ответ на вопрос о том, как сделать рендер небольшого и простого по форме объекта или насыщенной визуальными эффектами анимационной презентации коттеджного поселка, предполагает различный подход. В случае самостоятельного выполнения подобной работы необходимо грамотно выбрать необходимое программное обеспечение и позаботиться о достаточной мощности компьютерного оборудования. В любом случае от последнего этапа работы – рендеринга – будет зависеть, устроит ли вас итоговый результат.

Теги