Что такое рендеринг? И что такое рендер? Словарь разработчиков компьютерных игр!
В продолжении ликбеза по компьютерной графике как для программистов, так и для художников хочу поговорить о том что такое рендеринг. Вопрос не так сложен как кажется, под катом подробное и доступное объяснение!
Я начал писать статьи, которые являются ликбезом для разработчика игр. И поторопился, написав статью про шейдеры, не рассказав что же такое рендеринг. Поэтому эта статья будет приквелом к введению в шейдеры и отправным пунктом в нашем ликбезе.
Что такое рендеринг? (для программистов)
Итак, Википедия дает такое определение: Ре́ндеринг (англ. rendering — «визуализация») — термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.
Довольно неплохое определение, продолжим с ним. Рендеринг – это визуализация. В компьютерной графике и 3д-художники и программисты под рендерингом понимают создание плоской картинки — цифрового растрового изображения из 3д сцены.
То есть, неформальный ответ на наш вопрос “Что такое рендеринг?” – это получение 2д картинки (на экране или в файле не важно). А компьютерная программа, производящая рендеринг, называется рендером (англ. render) или рендерером (англ. renderer).
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).
Виды рендеринга
В зависимости от возможности сделать вычисления параллельными существуют:
- многопоточный рендеринг – вычисления выполняются параллельно в несколько потоков, на нескольких ядрах процессора,
- однопоточный рендеринг – в этом случае вычисления выполняются в одном потоке синхронно.
Существует много алгоритмов рендеринга, но все их можно разделить на две группы по принципу получения изображения: растеризация 3д моделей и трасировка лучей. Оба способа используются в видеоиграх. Но трасировка лучей чаще используется не для получения изображений в режиме реального времени, а для подготовки так называемых лайтмапов – световых карт, которые предрасчитываются во время разработки, а после результаты предрасчета используются во время выполнения.
В чем суть методов? Как работает растеризация и трасировка лучей? Начнем с растеризация.
Растеризация полигональной модели
Сцена состоит из моделей, расположенных на ней. В свою очередь каждая модель состоит из примитивов.
Это могут быть точки, отрезки, треугольники и некоторые другие примитивы, такие как квады например. Но если мы рендерим не точки и не отрезки, любые примитивы превращаются в треугольники.
Задача растеризатора (программа, которая выполняет растеризацию) получить из этих примитивов пиксели результирующего изображения. Растеризация в разрезе графического пайплайна, происходит после вершинного шейдера и до фрагментного (Статья про шейдеры).
*возможно следующей статьёй будет обещанный мной разбор графического пайплайна, напишите в комментариях нужен ли такой разбор, мне будет приятно и полезно узнать скольким людям интересно это всё. Я сделал отдельную страничку где есть список разобранных тем и будущих – Для разработчиков игр
В случае с отрезком нужно получить пиксели линии соединяющей две точки, в случае с треугольником пиксели которые внутри него. Для первой задачи применяется алгоритм Брезенхема, для второй может применяться алгоритм заметания прямыми или проверки барицентрических координат.
Сложная модель персонажа состоит из мельчайших треугольников и растеризатор генерирует из неё вполне достоверную картинку. Почему тогда заморачиваться с трассировкой лучей? Почему не растеризовать и все? А смысл вот в чем, растеризатор знает только своё рутинное дело, треугольники – в пиксели. Он ничего не знает об объектах рядом с треугольником.
А это значит что все физические процессы которые происходят в реальном мире он учесть не в состоянии. Эти процессы прямым образом влияют на изображение. Отражения, рефлексы, тени, подповерхностное рассеивание и так далее! Все без чего мы будем видеть просто пластмассовые модельки в вакууме…
А игроки хотят графоний! Игрокам нужен фотореализм!
И приходится графическим программистам изобретать различные техники, чтобы достичь близости к фотореализму. Для этого шейдерные программы используют текстуры, в которых предрассчитаны разные данные света, отражения, теней и подповерхностного рассеивания.
В свою очередь трассировка лучей позволяет рассчитать эти данные, но ценой большего времени рассчета, которое не может быть произведено во время выполнения. Рассмотрим, что из себя представляет этот метод.
Трасировка лучей (англ. ray tracing)
Помните о корпускулярно волновом дуализме? Напомню в чем суть: свет ведёт себя и как волны и как поток частиц – фотонов. Так вот трассировка (от англ “trace” прослеживать путь), это симуляция лучей света, грубо говоря. Но трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо долгое время.
Мы ограничимся относительно малым количеством, и будем трассировать лучи по нужным нам направлениям.
А какие направления нам нужны? Нам надо определять какие цвета будут иметь пиксели в результирующей картинке. Тоесть количество лучей мы знаем, оно равно количеству пикселей в изображении.
Что с направлением? Все просто, мы будем трассировать лучи в соответствии с точкой наблюдения (то как наша виртуальная камера направлена). Луч встретится в какой-то точке с объектом сцены (если не встретится, значит там темный пиксель или пиксель неба из скайбокса, например).
При встрече с объектом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три луча-компонента, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пикселя на двумерном экране: отражённый, теневой и преломлённый. Количество таких компонентов определяет глубину трассировки и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако из-за большой ресурсоёмкости процесс визуализации занимает значительное время.
Рендеринг для художников
Но рендеринг это не только программная визуализация! Хитрые художники тоже используют его. Так что такое рендеринг с точки зрения художника? Примерно то же самое, что и для программистов, только концепт-художники выполняют его сами. Руками. Точно так же как рендерер в видео-игре или V-ray в Maya художники учитывают освещение, подповерхностное рассеивание, туман и др. факторы, влияющие на конечный цвет поверхности.
К примеру картинка выше, поэтапно прорабатывается таким образом: Грубый скетч – Лайн – Цвет – Объем – Рендер материалов.
Рендер материалов включает в себя текстурирование, проработку бликов – металлы, например, чаще всего очень гладкие поверхности, которые имеют четкие блики на гранях. Помимо всего этого художники сталкиваются с растеризацией векторной графики, это примерно то же самое, что и растеризация 3д-модели.
Растеризация векторной графики
Суть примерно такая же, есть данные 2д кривых, это те контуры, которыми заданы объекты. У нас есть конечное растровое изображение и растеризатор переводит данные кривых в пиксели. После этого у нас нет возможности масштабировать картинку без потери качества.
Читайте дальше
Статьи из рубрики “Ликбез для начинающих разработчиков игр“, скорее всего окажутся очень для Вас полезными, позвольте-с отрекомендовать:
- Что такое шейдеры? – простое объяснение сложных и страшных шейдеров
- Партиклы — система частиц – Полезный обзор частиц и подборка видео-уроков, по созданию спецэффектов в Unity3d
Послесловие
В этой статье, я надеюсь, вы осили столько букв, вы получили представление о том, что такое рендеринг, какие виды рендеринга существуют. Если какие-то вопросы остались – смело задавайте их в комментариях, я обязательно отвечу. Буду благодарен за уточнения и указания на какие-то неточности и ошибки.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Время от времени пишет статьи о разработке игр и проводит интервью с разработчиками. Сейчас работает engine-progremmer’ом в Larian Studios. Большой поклонник игр Naughty Dog.
Помечаю для себя, что еще не рассказано: Forward/Deferred Rendering, хочу сделать обзор Unity 2017, там будет новая фича с возможностью модификации rendering-цикла на C#, очень интересная тема, кмк. Попытаюсь распросить опытных коллег, что они об этом думают 🙂
Добрый день, подскажите пожалуйста какую книгу почитать по паттернам и по разбору чего то как SOLID. Спасибо)
Привет, немного не о рендеринге вопрос 🙂
По Паттернам даже и не знаю что посоветовать, наверное Head first Patterns, потому что оригинал от банды четырёх читать сильно сложнее. А про SOLID – в принципе все на википедии написано, но понимание их приходит с опытом, кмк.
Спасибо, да просто читал статью и решил спросить)
Думал что может еще что то есть о паттернах интересное, а эти 2 книги я уже скачал для изучения)
Рендеринг
В среде 3D-художников, дизайнеров и разработчиков игр под этим термином понимается визуализация: получение двухмерной картинки из трехмерной сцены. Программа, обрабатывающая изображение, называется рендером. В процессе создания изображения рендер обрабатывает массу данных, которые определяют текстуру, цвет и материал визуализируемого объекта.
ИСКРА —
неделя знакомства с дизайн-профессиями
Выберите дизайн-профессию, которая нужна в IT.
разжечь искру
Помимо ПО, за рендеринг отвечают мощности CPU (процессора ПК) или GPU (графического процессора видеокарты). Некоторые программы предусматривают возможность совместной работы CPU и GPU для более быстрого и качественного создания изображения.
3D-дизайн. Архитекторы используют рендеры для визуализации своих проектов, чтобы их можно было максимально выгодно представить строительным и рекламным компаниям, а также потенциальным покупателям. К тому же прототипирование с использованием 3D-технологий позволяет быстро устранить дефекты конструкции и заменить материалы в запланированной отделке. Маркетологи активно используют рендеринг в рекламных кампаниях: фотореалистичные изображения помогают создать яркий и узнаваемый образ конечного продукта.
Видеоигры. Фотореализм, который достигается при помощи рендеринга, а также высокая четкость изображения являются решающими факторами при выпуске новой игры. Пользователи ищут в виртуальной реальности возможности для отдыха и расслабления, и разработчики делают все, чтобы именно их продукт выглядел максимально притягательно и реалистично. Рендеринг в играх для консолей и ПК в последние годы позволил совершить революцию в графике и вдохнуть новую жизнь в индустрию.
Монтаж видео. Рендеринг используется в процессе сведения отдельных фрагментов в единый файл. В процессе на видео накладываются аудиодорожка, надписи, графические элементы. До рендеринга файл может иметь слишком большой размер и перегружать процессор ПК, а после обработки с использованием соответствующего ПО он «сжимается», его легко воспроизвести на компьютере, телевизоре или загрузить на видеохостинг.
Киноиндустрия. Современное кино не обходится без компьютерной графики. Это значительно дешевле установки декораций и изготовления сложных костюмов. В студиях 3D-анимации художники создают персонажей, фоны, изображения различных предметов и другой визуал с особо высокой степенью детализации, поэтому рендеринг особо востребован в сфере. Кинокомпании постоянно совершенствуют технологии, в частности, создают симуляторы дополнительного освещения, и для обработки всех полученных данных требуются не просто компьютеры, а целые рендер-фермы.
Техники рендеринга
Сегодня существует несколько алгоритмов визуализации, которые используют рендеры для получения конечной фотореалистичной картинки. Но большинство из них объединены общей целью — создать изображение, опираясь на особенности попадания света на определенный объект. Фотореализм достигается как раз благодаря грамотному распределению пучков света по объекту. Для этого ПО может использовать следующие техники рендеринга.
Растеризация. Один из самых старых методов, которые используют рендеры. При растеризации модель разделяется на множество полигонов при помощи сетки. Вершины полигонов несут в себе информацию о цвете, текстуре и положении. В процессе рендеринга вершины проецируются перпендикулярно камере на пустую плоскость. Эффект перспективы относительно наблюдателя при растеризации не рассматривается. Метод рендеринга считается самым быстрым и сегодня используется в сферах, требующих обработки изображения в реальном времени: видеоиграх, симуляциях, при работе интерактивного графического интерфейса.
Лучевое литье (рейкастинг). При наличии в сцене перекрывающих друг друга объектов растеризация не сможет обработать изображение корректно: часть изображений при рендеринге может отразиться и привести к искажению цены. В таком случае уместно использовать приведение лучей, при котором свет направляется на модель с точки зрения наблюдателя. При использовании такой технологии лучи будут выводиться на все пиксели на плоскости изображения. В процессе рендеринга будет отрисована та поверхность, на которую лучи попадут в первую очередь.
Трассировка лучей. Лучевое литье не рассчитано на корректное отображение теней, создание преломлений и отражений. Развитие 3D требовало появления новых технологий, и разработчики смогли создать метод трассировки лучей. Принцип действия схож с рейкастингом, но отличие в том, что свет отображается более корректно: первичные лучи, направленные на модель, продуцируют вторичные лучи — теневые, преломляющие или отраженные. Трассировка учитывает свойства поверхности модели для создания максимально корректного изображения. Если же путь луча света к модели перегораживается каким-то объектом, то на поверхности модели возникает тень этого объекта. В случае, если поверхность имеет отражающие свойства, луч будет отражен и перенаправлен на другие объекты в сцене с учетом ее геометрии.
Уравнение рендеринга. Для передачи максимальной реалистичности требуется не просто направление луча света, а обработка сложных математических данных. С этой целью и создано уравнение рендеринга, которое моделирует освещение объектов во всей сцене. Трассировка лучей использует при работе только прямое освещение, в то время как уравнение учитывает все источники света, задействованные в рендере.
Что такое качество рендеринга в играх и на что она влияет?
Настроил игру все настройки на максимуме и рендеринг тоже игра жутко затормозила оставил все на максимуме а рендеринг на средний уровень игра полетела а качество практически не изменилось.
Голосование за лучший ответ
Рендеринг — это обсчёт сцен. Самый ресурсозатратный аспект — это просчёт теней (отражений).
Похожие вопросы
Ваш браузер устарел
Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.
Рендеринг: что это, зачем нужно и как работает
Рендеринг — это процесс создания плоского растрового изображения (или последовательности из нескольких таких изображений) на основе 2D- или 3D-данных, а именно — моделей и сцен, созданных автором (художником, моделлером, моушн-дизайнером или др.).
Запустить и реализовать этот процесс позволяет специализированное программное обеспечение — с помощью него происходит преобразование моделей и сцен в плоское изображение. В ходе работы такого ПО производятся сложные вычисления, поэтому для рендеринга нужна мощная и дорогая профессиональная техника. И чем лучше эта техника, тем меньше времени потребуется на создание финальной картинки и тем более качественный результат получится на выходе.
Как в общих чертах происходит 3D-рендеринг? Движок рендера выполняет огромное количество вычислений по заданным алгоритмам. На основе математических данных о сценах и моделях, которые создал в программе автор, поэтапно происходит их обработка и превращение в плоское изображение.
В процессе обработки модели обретают четкие линии, цвета и оттенки, реалистичные тени и отражения, обусловленные физикой и расположением других объектов в сцене. Так, их внешний вид становится завершенным и цельным, каждый пиксель изображения становится доработанным. А художник видит тот результат, который ранее «нарисовал» в своей голове.
После того как картинка готова, её можно по-разному использовать — презентовать, как есть, или встраивать в видеоряд. Зависит от проекта и задачи, ради которой была проведена работа.
Мы в «Видеозайце» с 2013 года занимаемся созданием анимационных видеороликов и 3D-визуализацией. За это время выпустили более 700 видео разного назначения и знаем все тонкости разработки и выпуска рекламных роликов.
Иногда мы получаем правки в видеопрезентацию от заказчиков за 10 минут до начала мероприятия, где нужен этот ролик. Мы их не можем внести сиюминутно, потому что после внесения правок нужен рендеринг. В среднем на него уходит от часа до десяти. А если проект сложный, может потребоваться намного больше времени. Что такое 3D-рендеринг и почему без него не обойтись, рассказываем в нашей статье.
А ещё без рендеринга стало бы невозможным создание видеоигр, мультфильмов и кинофильмов с самой впечатляющей, «живой» и реалистичной графикой. В зависимости от замысла художника создаются модели и сцены в нужной стилистике вплоть до гиперреализма — когда сложно отличить смоделированное на компьютере изображение от фотографии.
Рендеринг используется и в видеопроизводстве. Самая эффектная, запоминающаяся видеореклама, которая вызывает восторг у аудитории и на годы становится визитной карточкой компании-заказчика, создается с помощью мощнейших рендеров (специализированного программного обеспечения) профессиональными 3D-художниками и целыми командами других специалистов.
Что нужно знать для погружения в тему рендеринга
Чтобы получить начальные знания о теме и начать работать в специализированном программном обеспечении, важно разобраться в базовой терминологии, типах и методах рендеринга. Это поможет вам существенно сэкономить время при работе в программах.
Что предшествует рендерингу и на каком этапе работы он нужен
В работе над проектами рендерингу предшествует четыре этапа.
1. Анализ проекта. На данном этапе принимаются решения о рендеринге объекта — нужно ли это и зачем, оправданы ли планируемые ресурсозатраты или без этого можно обойтись. Оправданы они бывают, когда есть цель, недостижимая или сложнодостижимая без помощи рендеринга.
Например, проектирование здания, а также любого сложного продукта, который необходимо визуализировать перед запуском производственного процесса. Или создание видеопрезентации для компании со сложным продуктом / большим количеством направлений деятельности, о которых сложно рассказать за несколько минут. С этой задачей справится только грамотно построенный видеоролик с качественной 3D-графикой и сильным сюжетом.
Для ускорения процесса моделирования объектов используют примитивы. Это готовые упрощенные базовые элементы — геометрические фигуры, формы и типовые соединения, на основе которых получают более сложные модели.
На этапе моделирования художник задает свойства каждому объекту, определяет, какие вершины должны находиться в общей плоскости, а какие — в разных. Создает столько полигонов, сколько нужно для требуемой степени детализации объекта — в зависимости от задачи и замысла. Решает, как и какие текстуры будут наложены, определяет физические свойства (массу, упругость и др.).
Поле моделирования происходит расстановка источников света, виртуальных камер, добавление спецэффектов и создание анимации, если нужно (это отдельная большая тема). Всё это — заготовка, которая после рендеринга превратится в полноценное изображение.
Что значит «рендерить»? На сленге 3D-художников рендерить — значит получать готовое обработанное изображение, когда все настройки рендеринга заданы и остается заключительный этап — непосредственно визуализация. Она происходит в ходе сложных вычислительных процессов.
После всех этих этапов 3D-художник вносит финальные штрихи и показывает результат (или разные варианты результата для сравнения) арт-директору или сразу клиенту, при необходимости вносит правки. Когда все согласовано, конечный вариант сохраняется в выбранном формате.
Какие термины нужно знать начинающему 3D-художнику: методы рендеринга, режимы и не только
Существует два режима рендеринга.
Рендеринг в реальном времени (Real-time Rendering). Используется в основном в интерактивной и игровой графике, где изображения обрабатываются с высокой скоростью и моментально появляются на дисплее в виде законченной картинки.
Минимальная скорость обработки в таких случаях составляет 25 кадров в секунду, средняя — 60, превосходная — 120. При показателе ниже 25 кадров в секунду кадры сменяются настолько медленно, что пользователь обращает на это внимание. Играть в игру становится некомфортно.
При рендеринге в реальном времени большая нагрузка ложится на видеокарту (благодаря этому вычислительные мощности железа разгружаются и могут быть задействованы в других задачах). Чем лучше характеристики видеокарты, тем выше скорость рендеринга и тем более сложные с точки зрения графики игры тянет железо.
Предварительный рендеринг (Prerendering). Используется, когда детализированность и реалистичность картинки — в приоритете, а потребность в высокой скорости обработки не так важна. Так бывает, когда речь идет о разработке сложных графических моделей и сцен. Это актуально при создании мультфильмов, рекламных 3D-видеороликов и спецэффектов в кино.
Говоря о 3D-рендеринге в целом, обычно подразумевают именно предварительный рендеринг.
К слову, на рендеринг одного кадра анимационного фильма Pixar уходит час работы их рендер-фермы. Это при условии, что у Пиксара мощнейшие рендер-фермы в мире. Только представьте, сколько времени уходит на создание графики для целого такого фильма!
При предварительном рендеринге, как правило, вычисления ложатся уже не на видеокарту, а на центральный процессор (или процессоры). На скорость влияют его характеристики — микроархитектура, частота, количество ядер, объемы кэш-памяти и др.
С точки зрения особенностей обработки графики выделяют два типа рендеринга.
Однопоточный рендеринг — это когда вычисления производятся синхронно в единственном потоке. Подходит для создания простых сцен с невысокой степенью реалистичности.
Многопоточный рендеринг — это когда вычисления производятся в нескольких потоках отдельно. Например, в один проход обрабатываются только тени, в другой — только отражения, а в третий — только цвета. Затем всё это объединяется в специализированном ПО и при необходимости корректируется послойно (напоминает работу в Photoshop). Такой рендеринг используется при создании сцен с высокой степенью детализации и реалистичности объектов.
Перед рассмотрением методов рендеринга раскроем термин Растеризация.
Растеризация — процесс, в ходе которого векторное описание объекта преобразуется в растровое. Каждая модель на сцене состоит из векторных (описанных математически) объектов: треугольников, кривых, поверхностей высших порядков и др. При рендеринге происходит преобразование векторного изображения в пиксели картинки. Результат выводится на экран и/или записывается в файл на диске.
Теперь рассмотрим методы рендеринга.
Скайнлайн (Scanline) — это разновидность растеризации и алгоритм для определения видимой поверхности. Вместо того, чтобы сканировать по пикселям или по полигонам, он сканирует объект построчно. Сканирующая строка идет сверху вниз и определяет, какие примитивы она пересекает или не пересекает, транслирует в рабочую память только координаты пересекаемых вершин.
Фигуры в изображении анализируются по пикселям или по строкам. В процессе определяется не только видимое и невидимое с точки обзора, но и цвета пикселей.
Radiosity создает реалистичное затенение, имитирующее рассеивание света в реальных сценах. Рассеянный свет из определенной точки на определенной поверхности отражается в широком спектре и освещает визуализированное пространство. В сочетании с Ray Tracing (об этом методе расскажем дальше) позволяет добиться очень высокой реалистичности.
При рендеринге в реальном времени, создании видеоигр и мультфильмов, Radiosity пользуется популярностью. Сложные для отражения света объекты в ходе обработки могут быть заменены на более простые, схожие по размеру и текстуре — тем самым ускоряется обработка целого изображения.
Кроме того, данные, полученные при имитации рассеянного света методом Radiosity, сохраняются и могут быть скопированы с одного кадра на другой, и общее время рендеринга сокращается.
Трассировка лучей (Ray Tracing) — это симуляция лучей света, того, какой путь они проходят, куда падают и как отражаются, преломляются, как образуются тени, какие поверхности остаются видимыми, а какие — становятся невидимыми.
По сути происходит имитация встречи направленного луча с поверхностями в сцене. В конечном итоге, после всех настроек и вычислений, каждый пиксель меняет цвет в зависимости от своего местоположения на сцене. Это ресурсозатратный и длительный процесс, который позволяет получить очень качественный результат и добиться максимальной фотореалистичности.
Как это работает? Луч встречается с объектом, поверхностью и распадается еще на три — отражающийся, теневой и преломленный. В зависимости от количества направленных лучей и лучей, образовавшихся после расчета их пути, определяется глубина трассировки. От этого параметра зависит, насколько фотореалистичной будет готовая картинка после визуализации.
Важно понимать, что на маломощной технике реализовать этот процесс в полной мере не получится. Если мы говорим о рендеринге в реальном времени, проведение таких вычислений затруднительно, поскольку оно не может происходить быстро.
Красивые короткие вставки с игрой света, вызывающей у зрителя восторг, в видеоиграх, спецэффекты со светом в рекламе и 3D-мультиках и фильмах — результат грамотного применения трассировки лучей.
Решения по оптимизации вычислительных процессов на данный момент в процессе разработки и тестирования. В ближайшем будущем, благодаря росту производительности видеокарт, Ray Tracing получится применять более широко.
Карта глубины (Depth-map) — это изображение, в котором вместо информации о цвете пикселя цвета хранится информация о расстоянии от поверхности каждого объекта до виртуальной камеры и выбранной точки обзора.
Добавьте непредсказуемости при моделировании сцен. Вращайте, масштабируйте, располагайте объекты так, чтобы они располагались по-разному, а не стояли подозрительно на одинаковом друг от друга расстоянии и в одинаковом положении относительно виртуальной камеры. Экспериментируйте с шумами, тенями, оттенками, мягким и грубым выделением линий, и зритель вам поверит.
Непредсказуемость важна даже при моделировании интерьеров. Посмотрите, как по-разному расположены объекты в этом видео:
Добавьте немного тумана для создания особой атмосферы. Это не только сделает сцену более реалистичной, но и поможет усилить композицию в целом. Уменьшение контрастности фона создает ощущение глубины. Но и здесь важно знать меру. Например, если добавить толстый слой тумана к солнечному полудню, эффект будет прямо противоположным.
Расставляйте блики. Фотографы стараются избегать их, но в 3D, при умеренном использовании они делают сцену реалистичнее. И обратно, избыточное количество бликов буквально укажет на то, что сцена вымышленная. Опять же, лучшей подсказкой в этом случае послужит окружающий мир.
Не забывайте о масштабировании и пропорциях. В противном случае даже самая графически сложная сцена будет выглядеть фальшивой. Вот некоторые ориентиры, которые могут быть полезны новичкам:
- стандартная длина автомобиля — 450 см;
- высота этажа здания — около 300 см;
- высота от пола до потолка — 240 см;
- человек — 163 см (женщины) и 176,5 см (мужчины);
- высота кухонной стойки — 90 см;
- высота письменного или обеденного стола — 74 см;
- кирпич — 22,5 х 7,5 см.
Черпайте вдохновение в фотографиях. Это будет полезно на протяжении всего процесса визуализации. Фотопортреты и пейзажи помогут создать в вашей сцене правильное настроение, усилить композицию, выбрать правильные цветовые решения, а также отразить текстуры и реалистичное освещение.
Уделяйте достаточно внимания фону. Фон задает общее настроение в сцене, поэтому важно сделать его максимально близким к реальности, гармоничным и в целом приятным глазу.
Вот несколько советов, которые следует учитывать при создании фона:
- избегайте перенасыщенных и неестественных цветов;
- не перегружайте небо дополнительными элементами;
- учитывайте направление солнечного света;
- ищите правильную перспективу;
- не бойтесь упрощать.
Отражайте детали реального мира. В жизни поверхности почти не бывают полностью пустыми. Осмотретесь и попытайтесь найти, какие детали, которые существуют в реальном мире, не отражены в ваших сценах. Розетки? Сухие листья на земле? Клумбы с цветами? Таких вещей может быть очень много.
Clarisse
Это продвинутое программное обеспечение было выбрано при создании фильма «Звездные войны». Отличное решение для профессионального использования, в том числе в студиях. Позволяет ускорить процесс визуализации за счет того, что создание, отображение и освещение сцен происходит прямо из библиотеки.
Аппаратным средством в случае данной программы может выступать как CPU (вычисления ложатся на процессор), так и GPU (вычисления ложатся на видеокарту).
Используется только автономно (не является плагином для программ по 3D-моделированию).
Операционные системы: MacOS, Windows, Linux
Цена: от 59$ в месяц, есть пробный период.
Enscape
Этот софт разработан для рендеринга в реальном времени и используется чаще всего в архитектурном деле, когда специалисту нужно продемонстрировать свою работу в виде VR-презентации. Позволяет добиваться высокой реалистичности, при этом есть такие режимы, как эскиз, полистирол и бумага. В процессе проектирования с этим ПО возможно мгновенно проверить, как отображаются внесенные в проект изменения.
Вычисления в случае данного софта ложатся на видеокарту (GPU Rendering).
Используется как плагин для профессиональных программ по 3D-моделированию, популярных среди архитекторов — это ArchiCAD, Revit, Rhino, SketchUp.
Операционные системы: Windows
Цена: от 69$ в месяц, есть пробный период.
Guerilla Render
Эта программа позволяет создавать фотореалистичные кадры, красивое рассеивание света и просматривать предварительный результат перед отправкой кадра на рендеринг и работать с картинкой послойно.
… А ещё для свободных художников, студентов и фрилансеров данный софт полностью бесплатный!
Вычисления в процессе рендеринга ложатся на процессор (CPU Rendering).
Используется как плагин для Maya.
Операционные системы: Linux и Windows
Цена: от 280€.
Iray
В этом программном обеспечении рендерить могут даже новички, которые только входят в тему и знакомятся с основными методами визуализации. Также софт подходит для дизайнеров, которые работают в стиле фотореализма и хотят соблюсти баланс между качеством и ценами.
Изначально ПО разработано для рендеринга в реальном времени, при этом включает в себя функционал для настроек света, его источников, поверхностного рассеивания, отражения, при этом физика процессов сохраняется.
Софт разработан для графических карт NVidia, вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering). Очень прост в использовании.
Используется как плагин для самых популярных решений по 3D-моделированию — 3ds Max, Maya, Cinema 4D и Rhinoceros.
Операционные системы: Windows и MacOS
Цена: от 295$ в год.
LuxRender
OpenSource-программа для рендеринга. Несмотря на то, что это решение бесплатное, по функционалу софт может конкурировать с коммерческими решениями. Позволяет добиться высокой фотореалистичности сцен, при этом сократить время рендеринга (при выборе определенного режима). Внутри множество спецэффектов для настройки света и не только.
Вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering).
Используется как плагин для многих известных программ по 3D-моделированию, среди них 3ds Max, Cinema 4D, DAZ Studio, Maya, Blender, Poser и др.
Операционные системы: MacOS, Windows, Linux
Цена: бесплатно.
Marmoset Toolbag
Это топовый и мощнейший инструмент для разработчиков игр и всех,кому эта сфера интересна. Интегрируется с движками Unreal Engine и Unity. Преимущества данного ПО — возможность создать высокореалистичные текстуры и анимацию с высокой производительностью, при этом наблюдая промежуточные результаты в отдельном окне для предпросмотра.
Еще с этим софтом 3D-художник может оформить портфолио таким образом, чтобы графически сложные проекты могли просматривать пользователи с обычных браузеров, при этом не испытывая проблем с загрузкой.
Вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering).
Используется только как автономный инструмент, не подключается в качестве плагина.
Операционные системы: MacOS, Windows
Цена: от 189$.
V-Ray
Одна из лучших программ для 3D-рендеринга, которая при высокой скорости обработки позволяет добиться превосходных результатов. Подходит и новичкам,и опытным 3D-художникам. Функционал очень широкий, но определённо стоит изучения для тех, кто увлечен работой с 3D-графикой.
Вычисления могут ложиться как на процессор, так и видеокарту.
Используется как плагин для множества программ по 3D-моделированию, среди которых 3ds Max, Cinema 4D, Blender и Maya.
Операционные системы: MacOS, Windows, Linux
Цена: от 750$.
Программы для 3D-моделирования со встроенными рендерами
Autodesk Maya
Это один из самых мощных софтов в 3D-моделировании и стандарт индустрии. Подходит для всех, кто занимается или хочет профессионально заниматься созданием мультиков, кинофильмов, а также игр с высокой степенью точности и реалистичности изображения объектов, особенно персонажной анимацией. Внутри есть огромное количество инструментов по обработке цвета, света, текстур и т. д.
Операционные системы: Windows, Linux и MacOS
Цена: от 79 214 рублей ежегодно, есть пробная бесплатная версия.
Знайте свои инструменты и будьте наблюдательны. Наличие доступных спецэффектов не означает, что вы должны использовать их все сразу. Неправильное и неуместное применение эффектов или фильтров, например, зернистости и глубины резкости — типичная ошибка новичков. Смотрите на пространства и объекты в мире вокруг вас и обращайте внимание на их поверхности, текстуры, когда моделируете. Старайтесь передать то, что видите, а не накручивайте лишнее.
Уменьшите количество полигонов. Работайте над тем, чтобы используя меньшее количество полигонов сохранять геометрию модели. Например, если есть части, которые не будут видны после рендеринга из-за угла наклона камеры, или если есть объекты / части объектов, которые находятся далеко от виртуальной камеры, вы можете скрыть их или использовать низкий уровень детализации.
LOD (на языке 3D-художников — LOD, от англ. level of details) позволяет отобразить одни и те же объекты двумя способами — с низкой детализацией (для заднего плана) или высокой детализацией (для крупного плана).
Если нам не нужно слишком реалистичное изображение, и оборудование, которое в нашем распоряжении, не позволяет такое изображение получить, можно ограничиться небольшим количеством многоугольников при моделировании персонажей (низкополигональное моделирование). Это сделает уровень детализации ниже, зато процессор не будет зависать.
Пример такого low-poly ролика из нашего портфеля:
Уменьшите количество объектов в сцене. Чем больше у вас объектов в каждой сцене, тем больше у вас спецэффектов и источников света и тем больше времени и вычислительных мощностей требуется для создания одного кадра. Поэтому не увлекайтесь. Изобразите 20 деревьев вместо 50, увеличьте размер каждого, и вы уже сэкономите время при рендеринге.
Что такое рендер-ферма и рендер-станция и зачем они нужны
Рендер-станция представляет собой технику, которую используют при работе с программами по 3D-моделированию, рендерами и графическими редакторами. Такая машина оснащена мощным процессором и видеокартой и позволяет добиться высокой скорости вычислений. Подходит фотографам, дизайнерам, архитекторам и всем, кто профессионально работает с графикой и видео.
Рендер-ферма представляет собой множество компьютеров, которые объединены в общие сети (узлы) и используются для ускоренной обработки графических данных при рендеринге. Количество компьютеров в таких сетях может исчисляться в тысячах. Рендер-фермы позволяют добиться максимальной производительности за счёт объединения мощностей, вычислительных возможностей большого количества техники одновременно.
Есть два типа рендер-ферм: для частного (собственного) и коммерческого использования. Частные рендер-фермы обычно используют фрилансеры и небольшие студии, когда выпускают собственные фильмы и видеоролики для разных целей и задач. В их случае это позволяет существенно ускорить рабочие процессы, а также обрабатывать сложную графику, достигая впечатляющих результатов. Доступ к таким рендер-фермам распространяется только на одно лицо или организацию.
Рендер-фермы для коммерческого использования доступны всем желающим, которым нужно получить готовые обработанные кадры без необходимости оборудовать свою рендер-ферму и закупать для нее дорогую мощную технику. В силу особенностей, такие фермы уместны при рендеринге видео (анимации), но не статичных изображений.
Их использование стоит недешево: в цену входит обслуживание, ремонт и замена оборудования, поддержание функционирования систем охлаждения, расходы на электричество, а также программное обеспечение.
Цены зависят от того, какие ресурсы задействованы в работе. В этом отношении выделяют CPU Rendering (когда при вычислениях задействован процессор и оперативная память) и GPU Rendering (когда вычислительные мощности ложатся на видеокарту).
Чек-лист: что нужно новичку, чтобы начать заниматься 3D-рендерингом
Чтобы вам было проще ориентироваться в теме рендеринга и понять, чему уделить внимание на практике в первую очередь, мы составили чек-лист — в нем самое важное из этой подробной статьи.
Итак, если вы хотите самостоятельно заниматься рендерингом:
- Познакомьтесь с особенностями процесса. Что предшествует рендерингу, на каком этапе к работе подключаются программы для рендеринга, что важно помнить непосредственно при настройках рендеринга, чтобы добиться высокой реалистичности и детализированности изображения и т. д.
- Изучите основные термины. Это методы и типы рендеринга, особенности процесса, функционал рендеров, необходимый для создания большинства сцен.
3D-рендеринг — технически сложный процесс, который требует наличия мощного оборудования. Чтобы осуществить его и получить желаемый результат в виде изображения или серии изображений, нужно приложить очень много усилий и времени получению базовых знаний и освоению навыков.
На то чтобы стать профессионалом, могут уйти годы. И это оправдано только тогда, когда человек действительно увлечен темой 3D, и его не пугает техническая сторона вопроса.
Если же вам нужно оперативно получить качественный результат, например, готовую видеопрезентацию или рекламный ролик, или показать изнутри сложные технические процессы, намного проще, дешевле и быстрее доверить работу профессионалам. Например, нам ��
Будем рады, если статья оказалась полезной. Напишите в комменты, какие рендеры используете вы и почему? Интересно почитать опыт коллег по цеху.