Войти
3D-рендеринг - это 3D компьютерная графика процесс преобразования 3D-моделей в 2D-изображения на компьютере. 3D-рендеринг может включать фотореалистичные эффекты или не фотореалистичные списковые стили.
Фотореалистичный 3D-рендеринг 6 компьютерных фанатов с использованием радиосити рендеринга, DOF и процедурных материалов Рендеринг - это заключительный процесс создания фактического 2D-изображения или анимации Из подготовленной сцены. Это можно сравнить с фотографированием или съемкой сцены после завершения настройки в реальной жизни. Было разработано несколько различных и часто специализированных методов визуализации. Они варьируются от явно нереалистичного рендеринга каркаса до рендеринга на основе полигонов до более сложных методов, таких как: рендеринг строк, трассировка лучей или лучезарность. Обработка одного изображения / кадра может занять от долей секунды до нескольких дней. В общем, разные методы лучше подходят для фотореалистичного рендеринга или рендеринга в реальном времени.
Снимок экрана из Second Life, виртуального виртуального мира 2003 года., который визуализирует кадры в реальном времени. Визуализация для интерактивных носителей, таких как игры и симуляции, рассчитывается и отображается в реальном времени со скоростью приблизительно от 20 до 120 кадров в секунду. При рендеринге в реальном времени цель состоит в том, чтобы показать как можно больше информации, которую глаз может обработать за доли секунды (также известный как «в одном кадре»: в случае анимации с частотой 30 кадров в секунду, кадр охватывает одну 30-ю долю секунды).
Основная цель - достичь максимально возможной степени фотореализма при приемлемой минимальной скорости рендеринга (обычно 24 кадра в секунду, поскольку это минимум, который необходим человеческому глазу). чтобы удачно создать иллюзию движения). Фактически, эксплуатации могут применяться к тому, как глаз «воспринимает» мир, и в результате окончательное представленное изображение не обязательно является изображением реального мира, но достаточно близким, чтобы человеческий глаз мог его выдержать.
Программное обеспечение для рендеринга может имитировать такие визуальные эффекты, как блики, глубина резкости или размытие в движении. Это попытки смоделировать визуальные явления, являющиеся результатом оптических характеристик камер и человеческого глаза. Эти эффекты могут придать сцене элемент реализма, даже если эффект представляет собой просто смоделированный артефакт камеры. Это основной метод, используемый в играх, интерактивных мирах и VRML.
. Быстрое увеличение вычислительной мощности компьютера позволило постепенно повысить степень реализма даже для рендеринга в реальном времени, включая такие методы, как рендеринг HDR. Рендеринг в реальном времени часто бывает многоугольным, и ему помогает графический процессор.
Пример изображения с трассировкой лучей, для рендеринга которого обычно требуются секунды или минуты 
Компьютерное изображение ( CGI), созданный Жилем Траном . Анимация для неинтерактивных медиа, таких как художественные фильмы и видео, может занять гораздо больше времени для рендеринга. Рендеринг не в реальном времени позволяет использовать ограниченную вычислительную мощность для получения более высокого качества изображения. Время рендеринга отдельных кадров может варьироваться от нескольких секунд до нескольких дней для сложных сцен. Визуализированные кадры сохраняются на жестком диске, затем переносятся на другие носители, такие как кинофильм или оптический диск. Затем эти кадры отображаются последовательно с высокой частотой кадров, обычно 24, 25 или 30 кадров в секунду (кадров в секунду), для достижения иллюзии движения.
Когда целью является фотореализм, такие методы, как трассировка лучей, трассировка пути, фотонное отображение или излучение работают. Это основной метод, используемый в цифровых медиа и художественных произведениях. Были разработаны методы моделирования других естественных эффектов, таких как взаимодействие света с различными формами материи. Примеры таких методов включают системы частиц (которые могут имитировать дождь, дым или огонь), объемный отбор проб (для моделирования тумана, пыли и других пространственных атмосферных эффектов), каустики. (для имитации фокусировки света неровными светопреломляющими поверхностями, такими как световая рябь на дне бассейна) и подповерхностное рассеяние (для имитации света, отражающегося внутри объемов твердых объектов., например человеческая кожа ).
Процесс рендеринга требует больших вычислительных затрат, учитывая сложное разнообразие моделируемых физических процессов. С годами вычислительная мощность компьютера быстро увеличивалась, что позволяет добиться более высокой степени реалистичности рендеринга. Киностудии, которые создают компьютерную анимацию, обычно используют ферму рендеринга для своевременной генерации изображений. Однако снижение стоимости оборудования означает, что вполне возможно создавать небольшие объемы 3D-анимации на домашнем компьютере. Выходные данные средства визуализации часто используются только как небольшая часть завершенной сцены кино. Многие слои материала могут быть визуализированы отдельно и интегрированы в окончательный снимок с помощью программного обеспечения для композитинга .
Модели отражения / рассеяния и затенения используются для описания внешнего вида поверхности. Хотя эти проблемы могут показаться проблемами сами по себе, они изучаются почти исключительно в контексте рендеринга. Современная трехмерная компьютерная графика в значительной степени опирается на упрощенную модель отражения, называемую моделью отражения Фонга (не путать с затенением Фонга ). В преломлении света важным понятием является показатель преломления ; в большинстве реализаций 3D-программирования термин для этого значения - «показатель преломления» (обычно сокращается до IOR).
Затенение можно разделить на два разных метода, которые часто изучаются независимо:
Популярные алгоритмы затенения поверхностей в компьютерной 3D-графике включают:
чайник с зеленым освещением Reflection или scattering - это соотношение между входящим и исходящее освещение в заданной точке. Описание рассеяния обычно дается в терминах функции распределения двунаправленного рассеяния или BSDF.
Затенение касается того, как различные типы рассеяния распределяются по поверхности (т. Е., где применяется функция рассеяния). Подобные описания обычно выражаются программой, называемой шейдером . Простым примером затенения является наложение текстуры, в котором используется изображение для указания диффузного цвета в каждой точке поверхности, придавая ей более очевидные детали.
Некоторые методы затенения включают:
Транспорт описывает, как освещение в сцене передается из одного места в другое. Видимость - важнейший компонент легкового транспорта.
Перспективная проекция Затененные трехмерные объекты должны быть плоскими, чтобы устройство отображения, а именно монитор, могло отображать их только в двух измерениях, этот процесс называется 3D проекция. Это делается с помощью проекции и, для большинства приложений, перспективной проекции. Основная идея перспективной проекции заключается в том, что объекты, которые находятся дальше, уменьшаются по сравнению с теми, которые находятся ближе к глазу. Программы создают перспективу, умножая постоянную растяжения, возведенную в степень отрицания расстояния от наблюдателя. Константа расширения, равная единице, означает, что перспективы нет. Высокие константы расширения могут вызвать эффект «рыбьего глаза», при котором начинает происходить искажение изображения. Ортографическая проекция используется в основном в приложениях CAD или CAM, где научное моделирование требует точных измерений и сохранения третьего измерения.
