MMORPG

Блог о компьютерных играх

Метки: Рендеринг текста образец, рендеринг в after effects, рендеринг животные, пакетный рендеринг артлантис 5, рендеринг лица, рендеринг ландшафта.

Фотореалистичное изображение, отрендеренное в POV-Ray 3.6. Модели кувшина, стаканов и пепельницы созданы при помощи Rhinoceros 3D, модель игральной кости — в Cinema 4D.

Ре́ндеринг (англ. rendering — «визуализация») — термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

Здесь модель — это описание любых объектов или явлений на строго определённом языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр.

Примером визуализации могут служить радарные космические снимки, представляющие в виде изображения данные, полученные посредством радиолокационного сканирования поверхности космического тела, в диапазоне электро-магнитных волн, невидимых человеческим глазом.

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

Визуализация — один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.

В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Последний часто использует 3D-ускорители.

Компьютерная программа, производящая рендеринг, называется рендером (англ. render) или рендерером (англ. renderer).

Содержание

Методы рендеринга (визуализации)

На текущий момент разработано множество алгоритмов визуализации. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения.

Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо долгое время. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерно много времени, если не применяется аппроксимация (семплирование).

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 (Lo), исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (Li), 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)


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


Пакеты трёхмерного моделирования, имеющие собственные рендереры

Таблица сравнения свойств рендеров

рендеры совместим с 3ds Max совместим с Maya совместим с Softimage совместим с Houdini совместим с LightWave совместим с Blender совместим с SketchUp совместим с Cinema 4D платформа biased, unbiased scanline raytrace алгоритмы Global Illumination или свои алгоритмы Depth of Field Motion Blur (vector pass) Displasment Area Light Glossy Reflect/Refract SubSurface Scattering (SSS) Stand Alone текущая версия год выпуска библиотека материалов основан на технологии normal mapping Image Based Lighting (IBL) Physical sky/sun официальный сайт страна производитель стоимость $ основное преимущество компания производитель
RenderMan Да, через MaxMan Да, через RenderMan Artist Tools Да, через XSIMan Да Нет Нет Нет Да (начиная с 11-ой версии) biased Да очень медленный Да очень быстрый быстрый Да Да Да 13.5,2,2 1987 Нет США 3500 Pixar
mental ray встроен встроен встроен Да Нет Нет Нет Да biased Да Да Photon, Final Gather (Quasi-Montecarlo) Да Да Да Да Да Да Да 3.7 1986 33 My mentalRay Германия 195 mental images (c 2008 NVIDIA)
Gelato (разработка прекращена) Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет biased Да Да Да быстрый быстрый Да Да Да 2.2 2003 Нет США бесплатное NVIDIA
V-Ray Да Да Да Нет Нет Нет Да Да biased Нет Да Light Cash, Photon Map, Irradiance Map, Brute Force (Quasi-Montecarlo) Да Да медленный, 2d и 3d Да Да Да 2005 года (сырая) 2.02a 2000 1300 vray-materials Болгария 1135 (Super Bundle) 999 (Bundle) 899 (Standart) 240 (Educational) Chaos Group
finalRender Да Да Нет Нет Нет Нет Нет Да biased Нет Да Hyper Global Illumination, Adaptive Quasi-Montecarlo, Image, Quasi Monte-Carlo Да Да, считает вектор пасс медлленный Да Да Да Нет Stage-2 2002 30 оф. сайт Германия 1000 Cebas
Brazil R/S Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет biased Нет Да Quasi-Montecarlo, PhotonMapping Да Да Нет Да Да Да Нет 2 2000 113 оф. сайт США 735 SplutterFish
Turtle Нет Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет biased Нет Да Photon Map, Final Gather Да Да быстрый Да Да Да Нет 4.01 2003 Нет liquidlight Швеция 1500 Baking высокая скорость (не очень высокое качество) Illuminate Labs
Maxwell Render Да Да Да Нет Да Нет Да Да unbiased Нет Нет Metropolis Light Transport Да Да Да Да Да Да Да 1.61 2007 (?) 3226 оф. сайт Maxwell Render Испания 995 Next Limit
Fryrender Да Да Да Да Да Нет Да Да unbiased Нет Нет Metropolis Light Transport Да Да Да Да Да Да Да 1.91 2006 (?) 110 оф. сайт Fryrender Испания 1200 Feversoft
Indigo Renderer Да Да Да Да Нет Да Да Да unbiased Нет Нет Metropolis Light Transport Да Да Да Да Да Да Да 1.0.9 2006 80 оф. сайт Metropolis Light Transport Indigo Renderer 295€
LuxRender Да Да Да Нет Нет Да Нет Да unbiased Нет Нет Metropolis Light Transport, Bidirectional Path Tracing Да Да Да Да Да Нет v0.8 2011 61 оф. сайт LuxRender бесплатное, GNU
Kerkythea Да Да Да Нет, заморожен Microsoft Windows, Linux, Mac OS X Да Да Да Да Kerkythea 2008 Echo 2008 Да kerkythea бесплатное

Так же нужно заметить не включённые в таблицу рендеры - Yaf(a) Ray и Yaf Ray совместимы с Blender'ром (они отличаются возможностью использовать материалы Блендера)

См. также

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 (Catmull, E. (1974). A subdivision algorithm for computer display of curved surfaces. 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. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 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. IEEE Computer Graphics & Applications 4 (10), 15—22.)
  • 1984 Alpha compositing (Porter, T. Duff, T. (1984). Compositing digital images. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 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.)

Tags: Рендеринг текста образец, рендеринг в after effects, рендеринг животные, пакетный рендеринг артлантис 5, рендеринг лица, рендеринг ландшафта.