Компьютерная графика полна сюрпризов, поэтому так часто дает возможность нам познакомиться с новыми терминами. Те, кто ни разу не использовал подобные программы, вряд ли смогут сказать вам, что такое рендер и для чего он нужен. Мы попробуем с этим разобраться.
Определение
Интересно, что в интернете практически нет ничего именно по этому запросу. Многие ломают голову в поисках толкования «рендера». На деле оказывается все проще. Есть такой процесс в компьютерной графике, как рендеринг. Программа, которая осуществляет этот процесс, называется рендером. Рассматривая такой софт, нужно понять, что же это за действие и где применяется.
Процесс
Итак, рендеринг - это емкий процесс, который преобразовывает изображение по модели благодаря программе. С английского языка слово переводится как «визуализация». Слово «модель» необязательно обозначает что-то материальное. Тут может идти речь и об объектах, и о явлениях. В целом толкования могут давать информацию геометрическую, географическую. Могут касаться освещения, наличия деталей, веществ, напряженности физического поля.
Компьютерная графика
Когда спрашивают, обычно подразумевают рендеринг. Процесс этот часто связан именно с компьютерной графикой. В этом случае визуализация проходит по отработанному плану. Формируется плоская картинка для 3D-сцены в растровом формате.
Сама визуализация в этой сфере считается важной. Она условно связана с разными разделами компьютерной графики. Сейчас трудно сказать, что есть определенное приложение для рендеринга. Обычно визуализация входит в пакет и трехмерного моделирования, и анимации. Хотя попробовать найти рендеры можно.
Методы
Когда мы узнаем, что такое рендер, нужно понять его функции. Очевидно, может помочь с визуализацией. Но сам процесс может происходить разными методами. Алгоритмов этого действия множество. Некоторые программы используют конкретно свой, некоторые эксплуатируют сразу несколько.
Созданием ряда методов рендеринга послужило трассирование. Отображение всех лучей света, которые освещают сцену, непрактичное. Оно отбирает чересчур много времени, если в расчет не берется приближение или оцифровка.
Одним из методов является растеризация. Она работает вместе со сканированием строк. В этом случае происходит проецирование объектов на дисплей. А эффект перспективы не рассматривается.
Способ рейкастинга предполагает рассмотрение с указанной точки. Из неё отправляются лучи к объектам и определяется цвет пикселя. Если луч достиг объекта или фона, он дальше не распространяется. Этот метод разрешает простые способы использования оптических эффектов.
Еще два метода - это трассировка лучей или пути. Первый вариант схож с предыдущим. Но когда луч натыкается на объект, он распространяется дальше. Так появляется еще три луча. Каждый делает вклад в цвет пикселя определенным способом. Так появляются отражение, тень и преломление. Такой способ делает изображение фотореалистичным, хотя и считается ресурсоемким. Трассировка путей похожа на вышеописанный метод. Различие только в том, что физические законы распространения света ярче выражены.
Как работает?
Если вы понимаете, что такое рендер в общем, то, скорее всего, вам будет трудно разобраться с математическим обоснованием процесса. Чтобы рендеринг прошел корректно, его нужно реализовать с помощью физической модели. Программа проводит вычисления. Но уравнений может быть несколько, как и решений. В этом мы уже убедились при описании методов визуализации.
Настройка
Настройки рендера могут сильно отличаться. Все зависит от задач пользователя и его умений. К примеру, можно создать быстрый черновой рендеринг. Для этого придется дополнительно скачать скрипт. Команда каждый раз автоматически будет подстраивать настройки программы так, чтобы визуализация была черновой, то есть в сносном качестве.
Настройки визуализации могут указать на методы отрисовки моделей. К примеру, для «Фотошопа» можно поискать набор таких настроек. На их основе создают свои параметры либо же, немного скорректировав, пользуются установленными.
Программы
Рендер VRay - это целая система для визуализации. Появилась еще в 2000 году. Она может быть установлена в качестве плагина для ряда программ. Среди последних есть и Cinema 4D, и Rhino, и Autodesk 3ds Max. Эта система может применяться в качестве модуля для Blender.
Рендер 3D Max или Autodesk 3ds Max - это многофункциональная программа, которая выполняет не только визуализацию, но и создает, редактирует трехмерную графику. Легко справляется и с анимацией. На данный момент очень популярна, поскольку обзавелась множеством разнообразных функций для работы с 3D-изображением. Имеет много инструментов для художников и тех, кто работает с мультимедиа.
Vegas Pro
Это полноценная программа для редактирования и монтажа видеороликов, а также многодорожечной записи. Считать Vegas рендером сложно, хотя такая функция тут тоже есть. Чтобы перевоплотить проект в готовый файл, необходимо кликнуть по Render As, в новом окне дайте имя видео и выберите расширение Video for Windows, ниже будет строка с выбором шаблонов параметра. Тут ищем =NTSC DV. После придется подождать, пока программа соберет и сохранит ролик.
Возможно, для вашего проекта может понадобиться другой шаблон, тогда можете нажать на Custom и в новом окне выбрать более подходящий вариант. Тут же можно выставить качество визуализированного ролика. Ниже есть вкладка «Видео», на ней все параметры выставляются индивидуально для каждого пользователя.
Рендеринг часто приводит к ошибкам при выводе видео. Если вы хотите серьезно заниматься им, то придется подробно изучить процесс, технологию и методы, чтобы в дальнейшем сократить ошибки до минимума.
If you"re a developer of 3D games, then you"ve probably come across the terms forward rendering and deferred rendering in your research of modern graphics engines. And, often, you"ll have to choose one to use in your game. But what are they, how do they differ, and which one should you pick?
Deferred Rendering for many lights (Image courtesy of Hannes Nevalainen)
Modern Graphics Pipelines
To begin, we need to understand a little bit about modern, or programmable, graphics pipelines.
Back in the day, we were limited in what the video card graphics pipeline had. We couldn"t change how it drew each pixel, aside from sending in a different texture, and we couldn"t warp vertices once they were on the card. But times have changed, and we now have programmable graphics pipelines . We can now send code to the video card to change how the pixels look, giving them a bumpy appearance with normal maps , and adding reflection (and a great deal of realism).
This code is in the form of geometry , vertex , and fragment shaders , and they essentially change how the video card renders your objects.
Simplified view of a programmable graphics pipeline
Forward Rendering
Forward rendering is the standard, out-of-the-box rendering technique that most engines use. You supply the graphics card the geometry, it projects it and breaks it down into vertices, and then those are transformed and split into fragments, or pixels, that get the final rendering treatment before they are passed onto the screen.
Forward rendering: Geometry shader to vertex shader to fragment Shader
It is fairly linear, and each geometry is passed down the pipe one at a time to produce the final image.
Deferred Rendering
In deferred rendering, as the name implies, the rendering is deferred a little bit until all of the geometries have passed down the pipe; the final image is then produced by applying shading at the end.
Now, why would we do that?
Deferred rendering: Geometry to vertex to fragment shaders. Passed to multiple render targets, then shaded with lighting.
Deferred lighting is a modification of deferred rendering that reduces the size of the G-buffer by using more passes on the scene.
Lighting Performance
Lighting is the main reason for going one route versus the other. In a standard forward rendering pipeline, the lighting calculations have to be performed on every vertex and on every fragment in the visible scene, for every light in the scene.
If you have a scene with 100 geometries, and each geometry has 1,000 vertices, then you might have around 100,000 polygons (a very rough estimate). Video cards can handle this pretty easily. But when those polygons get sent to the fragment shader, that"s where the expensive lighting calculations happen and the real slowdown can occur.
Developers try to push as many lighting calculations into the Vertex shader as possible to reduce the amount of work that the fragment shader has to do.
The expensive lighting calculations have to execute for each visible fragment of every polygon on the screen, regardless if it overlaps or is hidden by another polygon"s fragments. If your screen has a resolution of 1024x768 (which is, by all means, not very high-res) you have nearly 800,000 pixels that need to be rendered. You could easily reach a million fragment operations every frame. Also, many of the fragments will never make it to the screen because they were removed with depth testing, and thus the lighting calculation was wasted on them.
If you have a million of those fragments and suddenly you have to render that scene again for each light, you have jumped to x 1,000,000 fragment operations per frame! Imagine if you had a town full of street lights where each one is a point-light source...
The formula for estimating this forward rendering complexity can be written, in big O notation , as O(num_geometry_fragments * num_lights) . You can see here that the complexity is directly related to the number of geometries and number of lights.
Fragments are potential pixels that will end up on the screen if they do not get culled by the depth test.
Now, some engines optimize this, by cutting out lights that are far away, combining lights, or using light maps (very popular, but static). But if you want dynamic lights and a lot of them, we need a better solution.
Deferred Rendering to the Rescue
Deferred Rendering is a very interesting approach that reduces the object count, and in particular the total fragment count, and performs the lighting calculations on the pixels on the screen, thereby using the resolution size instead of the total fragment count.
The complexity of deferred rendering, in big O notation, is: O(screen_resolution * num_lights) .
You can see that it now doesn"t matter how many objects you have on the screen that determines how many lights you use, so you can happily increase your lighting count. (This doesn"t mean you can have unlimited objects-they still have to be drawn to the buffers to produce the final rendering result.)
Let"s see how it works.
The Guts of Deferred Rendering
Every geometry is rendered, but without light shading, to several screen space buffers using multiple render targets . In particular, the depth, the normals, and the color are all written to separate buffers (images). These buffers are then combined to provide enough information for each light to light the pixels.
Color , Depth , and Normal buffers. (Images by astrofa, via Wikimedia Commons.)
Final lighting (shading) result generated using the three buffers. (Image by astrofa , via Wikimedia Commons.)
By knowing how far away a pixel is, and its normal vector, we can combine the color of that pixel with the light to produce our final render.
Which to Pick?
The short answer is, if you are using many dynamic lights then you should use deferred rendering. However, there are some significant drawbacks:
- This process requires a video card with multiple render targets. Old video cards don"t have this, so it won"t work on them. There is no workaround for this.
- It requires high bandwidth. You"re sending big buffers around and old video cards, again, might not be able to handle this. There is no workaround for this, either.
- You can"t use transparent objects. (Unless you combine deferred rendering with Forward Rendering for just those transparent objects; then you can work around this issue.)
- There"s no anti-aliasing. Well, some engines would have you believe that, but there are solutions to this problem: edge detection , FXAA .
- Only one type of material is allowed, unless you use a modification of deferred rendering called Deferred Lighting .
- Shadows are still dependent on the number of lights, and deferred rendering does not solve anything here.
If you don"t have many lights or want to be able to run on older hardware, then you should stick with forward rendering and replace your many lights with static light maps. The results can still look amazing.
Conclusion
I hope that has shed some light on the subject. Your options are there to solve your rendering problems, but it is very important to choose the right one at the start of your game development to avoid difficult changes later on.
Полностью исходный код содержится в примерах, доступных по ссылке в конце статьи.
До сих пор мы освещали всю сцену всего одним источником света, для чего выводили прямоугольник размером со все окно, и также никак не учитывали тот факт, что освещенность сильно зависит от расстояния от источника света до освещаемой точки.
Учет последнего обстоятельства позволяет для каждого источника света определить область влияния (для обычных точечных источников это будут просто шары), за пределами которой вкладом данного источника в освещенность сцены можно пренебречь.
Поэтому если мы имеем дело с большим количеством источников света с небольшим радиусом действия, то вместо вывода прямоугольника размером со все окно, можно просто выводить лицевую (или нелицевую) часть области влияния источника (т.е. сферы). За счет этого можно значительно уменьшить количество пикселов, обрабатываемых для каждого источника света, а следовательно, и поднять быстродействие.
Однако даже этот подход можно еще больше оптимизировать - дело в том, что далеко не все фрагменты, соответствующие границе области влияния источника света, на самом деле попадают в эту область (см. рис 6).
Рис 6. Часть сферы, действительно требующая обработки.
Как видно из данного рисунка необходимо вычислять освещенность только для тех фрагментов нелицевой части границы области влияния источника (сферы), для которых не пройден тест глубины.
Это позволяет использовать буфер трафарета (отключив при этом запись во все остальные буфера) для выделения фрагментов, действительно требующих освещения.
При этом каждый источник требует двух проходов - на первом (очень быстром, так как идет запись только в буфер трафарета) помечаются те фрагменты, которые нужно освещать (т.е. для которых тест глубины не пройден), а на втором - осуществляется вычисление освещенности тех фрагментов, которые проходят тест трафарет.
При этом выигрыш получается за счет того, что шейдер освещения, являющийся гораздо более "тяжелым" выполнится для гораздо меньшего числа точек - только тех, для которых он играет значение. Т.е. цена прохода вычисляющего освещение становится заметно ниже, а цена первого прохода, осуществляющего только запись в буфер трафарета, очень низка, что и дает выигрыш.
Таким образом, первый проход запрещает запись во все буфера, кроме буфера трафарета, устанавливает отсечение лицевых граней, в качестве теста глубины задает режим GL_LESS, в качестве теста трафарета задает режим GL_ALWAYS и задает операцию GL_REPLACE для тех фрагментов, для которых не пройден тест глубины.
В результате этого прохода у нас в буфере трафарета будут помечены заданным значением только те пикселы, которые требуют освещения.
Второй проход опять выводит только нелицевые грани области влияния источника света, выключив запись в буфер глубины и буфер трафарета, однако задав отбрасывание при помощи теста трафарета ненужных фрагментов.
Естественно, что этот подход имеет смысл применять только в тех случаях, когда выигрыш от его применения может быть значительным. Если количество фрагментов, соответствующих всей области влияния источника света составляет всего сотню пикселов, то очевидно, что все эти оптимизации для данного источника обойдутся дороже. Однако, если источник накрывает почти половину всего экрана, то такой подход способен дать вполне реальный выигрыш.
После этого идет освещение нужных участков сцены. Фрагментный шейдер для этого очень прост, использует всего 3-4 текстуры, общие для всех источников света.
Поэтому стоимость освещения определяется фактически только количеством реально освещаемых пикселов для каждого источника света.
Понятно, что в эту схему можно очень легко добавить поддержку теней для источников за счет использование теневых карт (это полностью аналогично стандартному применению теневых карт при обычном рендеринге).
Однако далеко не для всех источников света нужны тени и даже для отбрасывающих тени источников света обновление их теневых карт можно осуществлять довольно редко (и используя сильно упрощенные модели при построении теневых карт).
Еще одним вариантом оптимизации работы с большим количеством источников света заключается в разбиении окна на набор одинаковых прямоугольников (см рис 7). После это на CPU для каждого такого прямоугольника составляется список всех источников света, освещающих его точки.
Далее можно просто вывести по очереди все эти прямоугольники, передавая при этом в шейдер соответствующий список источников света. Фрагментный шейдер для каждого фрагмента обрабатывает сразу все источники света из списка.
Рис 7.Разбиения окна на прямоугольники для локализации небольших источников света.
Довольно часто возможность поддерживать одновременно сотни источников света используется для моделирования глобальной освещенности - создается ряд "фиктивных" источников света, моделирующих отбрасывание света освещаемыми поверхностями (так называемое вторичное освещение).
Для этого от "настоящих" источников света трассируется некоторое количество лучей и в точках попадания этих лучей на поверхности сцены создаются фиктивные источники света (цвет и интенсивность этих источников определяются цветом поверхности в месте попадания луча и расстоянием до исходного источника света).
При этом положения этих источников (равно как и их яркость и цвет) изменяются довольно редко и обычно нет никакой необходимости в отбрасывания этими источниками теней. Это позволяет достаточно эффективно использовать deferred shading для подобного имитирования глобальной освещенности.
В игре STALKER была также реализована еще одна интересная идея - кроме двух цветов в одном из свободных каналов G-буфера хранится номер (индекс) материала - materialId .
На этапе освещения materialId используется для выбора слоя из 3D-текстуры, определяющей свойства материала. Фактически основным свойством материала является то, как по двум скалярным произведениям - (n,l) и (n,h) - получить коэффициенты смешивания двух базовых цветов с учетом собственной светимости материала (в игре ряд объектов обладают собственной светимостью, например, глаза монстров).
Таким образом все свойства материала были сведены в одну трехмерную текстуру, для индексирования которой использовались два скалярных произведения ((n,l) и (n,h) ) и индекс материала. В результате получались коэффициенты для смешивания цветов и собственной светимости. При этом по утверждениям разработчиков выяснилось, что принципиально разных материалов крайне мало.
За счет этого удалось прийти к очень небольшому числу материалов (не более 10), размер текстуры для индексирования по (n,l) был взят равным 16, для индексирования по (n,h) - равным 256.
На самом деле использование materialId позволяет легко добавлять поддержку принципиально разных типов шейдеров - просто в шейдере освещения проверяется materialId и в зависимости от его значения выполняется заданная ветвь вычислений.
В DX10.1-версии deferred shading "а в игре STALKER:Чисто небо была использована интересная оптимизация - использовался G -буфер, состоящий всего из двух текстур. В одной текстуре формата RGBA8 хранился диффузный цвет (в RGB компонентах) и собственная светимость em (в альфа-компоненте). Вторая текстура (формата RGBA_16F) в первой компоненте хранила z eye , во второй и третьей - n x и n н , в четвертую были упакованы сразу две величины - materialId и ambient occlusion .
Рис 8. Строение G-буфера в игре STALKER:Чистое Небо.
За счет использования подобного подхода удалось заметно сократить количество бит на один пиксел. Обратите внимание на то, что используемые текстуры имеют разное количество бит на пиксел - подобная возможность (использования при MRT текстур с разным числом бит на пиксел) появилась на GPU с 4-й шейдерной моделью (GeForce 8xxx).
Построенный G -буфер можно также использовать и для реализации ряда других эффектов, таких как слоистый туман, мягкие частицы , screen-space ambient ocllusion(SSAO) и др.
Алгоритм deferred shading кроме ряда плюсов обладает и некоторыми недостатками - он не поддерживает полупрозрачные объекты и стандартные средства антиалиасинга довольно плохо ложатся на его архитектуру.
Однако есть пути обхода этих недостатков. Так для работы с полупрозрачными объектами традиционным приемом является (как и при традиционном способе рендеринга) - отсортировать и вывести все полупрозрачные объекты уже после вывода и освещения всей сцены (используя при этом буфер глубины с первого прохода).
Это может дать и некоторые плюсы - так при рендеринге воды, можно использовать значения z для дна, для точного расчета преломления.
На сайте Humus" а можно скачать альтернативный вариант работы с полупрозрачными объектами в deferred shading , только этот пример требует DX10 (а значит и убожество под названием m$ vi$ta).
В книге ShaderX7 был предложен довольно красивый способ работы с полупрозрачными объектами, не требующий увеличения размера G -буфера. Идея подхода крайне проста - мы сохраняем альфа-значения для фрагментов в G -буфере (например в альфа-канале диффузного цвета) и полупрозрачный объект выводится через строку. При этом у нас в G -буфере оказывается как информация о полупрозрачной поверхности, так и информация о том, что лежит за ней.
Ниже приводится фрагментный шейдер первого прохода, используемый для рендеринга полупрозрачного объекта.
Рендеринг (rendering) – завершающий этап обработки сцен, полученных в результате 3d-визуализации. Различают две основных стадии этого процесса – в реальном времени, используют преимущественно в компьютерных играх, и пре-рендеринг. Именно он нашел применение в бизнесе. В первом случае большее значение имеет скорость выполнения расчетов, только при соблюдении этого условия качество изображений останется высоким. При предварительном рендеринге в приоритете реалистичность рисунка.
Пре-рендеринг
Для выполнения рендеринга этого типа используют особое программное обеспечение. Продолжительность обработки зависит от ее сложности. Процесс состоит из наложения света и образуемых им теней, добавления цвета, иных эффектов. Главная задача моделлеров – добиться, чтобы результат был предельно правдивым, для чего необходимо ориентироваться в одном из самых сложных разделов физики – оптике. Грамотно выполненный рендеринг особенно важен в 3d-моделировании интерьеров – надо точно просчитать, как будет выглядеть помещение при естественном и искусственном освещении, подобрать оттенки предметов обстановки, иные нюансы. Основные методы финальной обработки при объемном проектировании:
Принято использовать комбинацию нескольких методов, что позволяет снизить затраты ресурсов и обеспечить требуемое качество.
Особенности рендеринга
На доведение предварительного эскиза до совершенства понадобится много времени – продолжительность обработки сложных изображений компьютером может достигать нескольких часов. За этот период происходит:
- раскраска;
- детализация мелких элементов;
- проработка световых эффектов – отражения потоков, теней и прочих;
- отображение климатических условий;
- реализация иных деталей, позволяющих повысить реалистичность.
Сложность обработки влияет на формирование цены 3d-визуализации , чем больше потребуется времени, тем дороже обойдется работа над проектом. По возможности моделлеры упрощают процесс рендеринга, к примеру, просчитывают отдельные моменты или используют другие инструменты, позволяющие сократить время визуализации без ухудшения ее качества.
02ОктЧто такое Рендер (Рендеринг)
Рендер (Рендеринг) — это процесс создания финального изображения или последовательности из изображений на основе двухмерных или трехмерных данных. Данный процесс происходит с использованием компьютерных программ и зачастую сопровождается трудными техническими вычислениями, которые ложатся на вычислительные мощности компьютера или на отдельные его комплектующие части.
Процесс рендеринга так или иначе присутствует в разных сферах профессиональной деятельности, будь то киноиндустрия, индустрия видеоигр или же видеоблогинг. Зачастую, рендер является последним или предпоследним этапом в работе над проектом, после чего работа считается завершенной или же нуждается в небольшой постобработке. Также стоит отметить, что нередко рендером называют не сам процесс рендеринга, а скорее уже завершенный этап данного процесса или его итоговый результат.
слова «Рендер».
Слово Рендер (Рендеринг) — это англицизм, который зачастую переводится на русский язык словом “Визуализация ”.
Что такое Рендеринг в 3D?
Чаще всего, когда мы говорим о рендере, то имеем в виду рендеринг в 3D графике. Сразу стоит отметить, что на самом деле в 3D рендере нету трех измерений как таковых, которые мы зачастую можем увидеть в кинотеатре надев специальные очки. Приставка “3D” в название скорее говорит нам о способе создание рендера, который и использует 3-х мерные объекты, созданные в компьютерных программах для 3D моделирования. Проще говоря, в итоге мы все равно получаем 2D изображение или их последовательность (видео) которые создавались (рендерелись) на основе 3-х мерной модели или сцены.
Рендеринг — это один из самых сложных в техническом плане этапов в работе с 3D графикой. Чтоб объяснить эту операцию простым языком, можно привести аналогию с работами фотографов. Для того, чтоб фотография предстала во всей красе, фотографу нужно пройти через некоторые технические этапы, например, проявление пленки или печать на принтере. Примерно такими же техническими этапами и обременены 3d художники, которые для создания итогового изображения проходят этап настройки рендера и сам процесс рендеринга.
Построение изображения.
Как уже говорилось ранее, рендеринг — это один из самых сложных технических этапов, ведь во время рендеринга идут сложные математические вычисления, выполняемые движком рендера. На этом этапе, движок переводит математические данные о сцене в финальное 2D-изображение. Во время процесса идет преобразование 3d-геометрии, текстур и световых данных сцены в объединенную информацию о цветовом значение каждого пикселя в 2D изображение. Другими словами, движок на основе имеющихся у него данных, просчитывает то, каким цветом должен быть окрашено каждый пиксель изображения для получения комплексной, красивой и законченной картинки.
Основные типы рендеринга:
В глобальном плане, есть два основных типа рендеринга, главными отличиями которых является скорость, с которой просчитывается и финализируется изображение, а также качество картинки.
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.
Что такое Предварительный рендер?
К предварительному рендеру прибегают тогда, когда скорость не стоит в приоритете, и нужды в интерактивности нет. Данный тип рендера используется чаще всего в киноиндустрии, в работе с анимацией и сложными визуальными эффектами, а также там, где нужен фотореализм и очень высокое качество картинки.
В отличие от Рендера в реальном времени, где основная нагрузка приходилась на графические карты(GPU) В предварительном рендере нагрузка ложится на центральный процессор(ЦП) а скорость рендера зависит от количества ядер, многопоточности и производительности процессора.
Нередко бывает, что время рендера одного кадра занимает несколько часов или даже несколько дней. В данном случаи 3D художникам практически не нужно прибегать к оптимизации, и они могут использовать 3D модели высочайшего качества, а также текстурные карты с очень большим разрешением. В итоге, картинка получается значительно лучше и фото-реалистичней по сравнению с рендером в реальном времени.
Программы для рендеринга.
Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.
Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:
- 3ds Max;
- Maya;
- Blender;
- Cinema 4d и др.
Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки. К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:
- V-ray;
- Mental ray;
- Corona renderer и др.
Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.
Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.
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.
1. Scanline (сканлайн).
Сканлайн рендер — выбор тех, кто приоритет отдаст скорости, а не качеству. Именно за счет своей скорости, данный тип рендера зачастую используется в видеоиграх и интерактивных сценах, а также во вьюпортах различных 3D пакетов. При наличие современного видеоадаптера, данный тип рендера может выдавать стабильную и плавную картинку в реальном времени с частотой от 30 кадров в секунду и выше.
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.
2. Raytrace (рейтрейс).
Этот тип рендера создан для тех, кто хочет получить картинку с максимально качественной и детализированной прорисовкой. Рендеринг именно этого типа, имеет очень большую популярность у любителей фотореализма, и стоит отметить что не спроста. Довольно часто с помощью рейтрейс-рендеринга мы можем увидеть потрясающе реалистичные кадры природы и архитектуры, которые отличить от фотографии удастся не каждому, к тому же, нередко именно рейтрейс метод используют в работе над графиков в CG трейлерах или кино.
К сожалению, в угоду качеству, данный алгоритм рендеринга является очень медлительным и пока что не может использоваться в риал-тайм графике.
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.
3. Radiosity.
Вместо «метода трассировки лучей», в данном методе просчет работает независимо от камеры и является объектно-ориентированным в отличие от метода «пиксель по пикселю». Основная функция “radiosity” заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета непрямого освещения (отскок рассеянного света).
Преимуществами «radiosity» являются мягкие градуированные тени и цветовые отражения на объекте, идущие от соседних объектов с ярким окрасом.
Достаточно популярна практика использования метода Radiosity и Raytrace вместе для достижения максимально впечатляющих и фотореалистичных рендеров.
Что такое Рендеринг видео?
Иногда, выражение «рендерить» используют не только в работе с компьютерной 3D графикой, но и при работе с видеофайлами. Процесс рендеринга видео начинается тогда, когда пользователь видеоредактора закончил работу над видеофайлом, выставил все нужные ему параметры, звуковые дорожки и визуальные эффекты. По сути, все что осталось, это соединить все проделанное в один видеофайл. Этот процесс можно сравнить с работой программиста, когда он написал код, после чего все что осталось, это скомпилировать весь код в работающую программу.
Как и у 3D дизайнера, так и у пользователя видеоредактора, процесс рендеринга идет автоматически и без участия пользователя. Все что требуется, это задать некоторые параметры перед стартом.
Скорость рендеринга видео зависит от продолжительности и качества, которое требуется на выходе. В основном, большая часть просчета ложиться на мощность центрального процессора, поэтому, от его производительности и зависит скорость видео-рендеринга.
Категории: , / / от
