Что такое рендеринг? И что такое рендер? Словарь разработчиков компьютерных игр. Рендеринг что это такое

Этот метод визуализации помогает создать конечное статичное изображение или набор кадров, движущееся изображение, из готового 3D-объекта. Здесь запечатлены многие факторы, текстуры, свет и позиции.

Понятие рендер и рендеринг

В этом разделе вы узнаете, как сделать красивые снимки ваших моделей! Даже если вы не занимаетесь блендером, вы всегда можете легко отобразить их. Во-первых, вам необходимо усвоить некоторые важные понятия.

Рендеринг — это термин компьютерной графики и относится к типу программного обеспечения, используемого для рендеринга изображения трехмерной сцены с помощью программы трехмерной графики (например, Blender). Также часто называемый рендерером, он является результатом работы — изображением.

Существует множество программ выступлений. Они различаются по скорости обработки, алгоритмам расчета освещенности и качеству. При этом используется циклический рендеринг.

Перформанс — это процесс получения образа с помощью перформанса. Это означает, что двухмерное изображение получается из трехмерной сцены.

Для выполнения работы требуются различные интервалы времени — от секунд до часов, дней и даже недель. Все зависит от сложности и конфигурации сцены. Чтобы получить высококачественное изображение, необходимо соблюсти два условия: материал и освещение.

Без чего невозможен рендер?

Есть три основных компонента, с которыми рендерер ничего не может поделать.

1. Камера. Непосредственно она определяет вид, который будет отрендерен
2. Объект. Формально рендер без объектов сделается, но… он будет пустой!
3. Источник освещения. Если мы не осветим нашу сцену, то в результате получим черный экран вместо рендера.

Если в вашей палатке нет камеры или источника света, добавьте их. В настоящее время, когда вы размещаете точечный источник света, он рассматривает все типы источников света и их настройки.

Если вы хотите получить соответствующие настройки камеры, смотрите следующую тему: настройки камеры.

Как сделать рендер?

Чтобы запустить процесс эффективности, выполните команду render — > render image в верхней панели или используйте клавишу F12. Дождитесь начала представления и готовности общего изображения.

Алгоритм использует световые лучи. Они перемещаются от камеры к первому видимому объекту. Впоследствии происходит преломление. Цвет пикселя в этом случае определяется конкретным радиусом, на котором он взаимодействует с объектом.

Что такое рендеринг? (для программистов)

Википедия определяет производительность следующим образом. Производительность — это термин компьютерной графики и относится к процессу получения изображения с модели с помощью компьютерной программы.

Очень хорошее определение, давайте продолжим с ним. Производительность есть производительность. Художники и разработчики компьютерной графики и 3D термин рендеринг означает создание плоского изображения — цифрового растрового изображения из трехмерной сцены. Другими словами, «Что такое производительность?». Это неофициальный ответ на вопрос. — Мы получаем двухмерное изображение (на экране или в файле, неважно). Компьютерная программа, которая производит рендеринг, называется рендерером.

Рендер

Термин «рендеринг» в этом случае часто называют эффектом производительности. Однако иногда эту процедуру также называют тем же именем (просто verb — переданный на английском языке, более короткий и удобный). ‘rendering or, do you guess, photo’, что означает трехмерную визуализацию или реальную фотографию (что означает иногда невидимую, поскольку графика на компьютерах настолько развита).

В зависимости от возможностей параллельных вычислений, могут быть

• многопоточный рендеринг – вычисления выполняются параллельно в несколько потоков, на нескольких ядрах процессора,
• однопоточный рендеринг – в этом случае вычисления выполняются в одном потоке синхронно.

Существует множество алгоритмов визуализации, все из которых можно разделить на две группы по принципу получения изображения: растеризация 3D-моделей и трассировка лучей. Оба используются в видеоиграх. Однако обнаружение лучей часто используется для создания так называемых карт освещенности (результат предварительных расчетов, которые предварительно вычисляются во время разработки и используются во время выполнения), а не для визуализации в реальном времени.

В чем суть метода? Как работают растеризация и обнаружение лучей? Начните с растеризации.

Растеризация полигональной модели

Палатка состоит из прикрепленных к ней моделей. Каждая модель состоит из ключевых элементов. Это могут быть точки, отрезки, треугольники и другие оригиналы, например, квадраты. Однако, если точки или отрезки линий не построены, все примитивы будут треугольниками.

Задача растеризатора (программы, выполняющей растеризацию) получить эти примитивные пиксели результирующего изображения. Растеризация в графическом конвейере происходит после пикового шейдера и перед кусочным шейдером (статья о шейдерах).

*Предлагаем анализ графического конвейера в следующей статье и пишите свои комментарии. Если такой анализ необходим, было бы неплохо узнать, сколько людей интересуется всем этим. Была создана отдельная страница со списком разложенных и будущих тем — для разработчиков игр.

Для линейных отрезков необходимо получить пиксели линии, соединяющей две точки. Для треугольников необходимо получить пиксели внутри них. Для решения первой задачи можно использовать алгоритм Брезенхема, а для решения второй задачи — алгоритм линейного сканирования или алгоритм управления координатами варицентра.

Сложная модель персонажа состоит из минимального количества треугольников, и растеризатор создает из нее достаточно точное изображение. Так зачем же заниматься трассировкой лучей? Почему бы не растрировать его? И в этом заключается проблема. Растеризатор распознает только пиксельные треугольники, которые являются его рутиной. Он ничего не знает об объектах, расположенных рядом с треугольником.

А это значит, что она не может учесть все естественные процессы, происходящие в реальном мире. Эти процессы непосредственно влияют на изображение. Отражения, блики, тени, подповерхностное рассеяние и т.д.! Без этого мы бы видели простые пластиковые модели в вакууме … А игрок хочет графен! А игрок хочет фотореализма!

Разработчикам графики также приходится придумывать различные техники для достижения фотореалистичности. Для этого в программах затенения используются текстуры, которые предсказывают различные данные о свете, отражениях, тенях и рассеивании подпочвы.

Эти данные могут быть вычислены путем определения радиуса, но это требует больших вычислительных затрат и не может быть сгенерировано во время выполнения. Мы увидим, что это за метод.

Рендеринг для художников

Однако производительность — это не только производительность программного обеспечения. Опытные художники также используют его. Так что же такое перформанс с точки зрения художника? Практически то же самое, что и разработчик, за исключением того, что концептуальные художники делают это сами. Своими руками. Подобно рендеру в видеоиграх или V-line в Maya, художники учитывают освещение, подповерхностное рассеивание, туман и другие факторы, влияющие на конечный цвет поверхности.

Например, приведенное выше изображение обрабатывается в следующие этапы. Эскиз — Линия — Цвет — Объем — Захват материала.

Характеристики материала включают в себя изысканность текстуры и блеск. Например, металлы обычно представляют собой очень гладкие поверхности с определенным блеском на краях. Более того, художники сталкиваются с растеризацией векторной графики, что практически идентично растеризации 3D-моделей.

Растеризация векторной графики

Суть практически одинакова: есть данные 2D кривой, и это контуры для определения объекта. Имеется конечное растеризованное изображение, растеризатор преобразует данные кривой в пиксели. В этом случае нет возможности масштабировать изображение без потери качества.

Для данного процесса требуется много времени. Это связано с тем, что можно полностью использовать ресурсы компьютера, а именно процессора. Задавать качественные текстуры и высокое разрешение. Скорость будет зависеть от мощности системы.

Рендер

Рендеринг в компьютерной графике — это процесс получения изображения модели с помощью компьютерной программы.

Здесь модель — это описание объекта или явления в виде четко определенного языка или структуры данных. Такое описание может включать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещенности, степени присутствия материи, интенсивности физического поля и т.д.

Примером визуализации может быть изображение космического радара, представляющее данные, полученные в результате радиолокационного сканирования поверхности космического тела в области электромагнитного излучения, невидимой для человеческого глаза.

Часто в компьютерной графике (художественной и технической) под исполнением понимают создание плоского изображения (картинки) на основе разработанной трехмерной сцены. Изображения — это растровые цифровые изображения. Синонимом в данном контексте является визуализация.

Визуализация является одной из наиболее важных частей компьютерной графики и, по сути, тесно связана с другими частями. Как правило, программные пакеты для 3D-моделирования и анимации также включают в себя функции производительности. Существуют отдельные программные продукты, которые выполняют производительность.

В зависимости от целей различают предварительный рендеринг — довольно медленный процесс формирования изображения, используемый в основном в видеопроизводстве, и формирование изображения в реальном времени, применяемое в компьютерных играх. В последнем случае часто используются 3D-ускорители.

Содержание

Было разработано множество алгоритмов производительности. Существующее программное обеспечение может создавать конечное изображение с помощью различных алгоритмов.

Обнаружение лучей в сцене нецелесообразно и занимает неприемлемо много времени. Если не применять приближение (дискретизацию), то даже обнаружение небольшого количества лучей, достаточного для формирования изображения, занимает очень много времени.

В результате были разработаны четыре группы методов, которые являются более эффективными, чем моделирование всех лучей, освещающих сцену.

• Растеризация (англ. rasterization ) и метод сканирования строк (англ. scanline rendering ). Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.
• Метод бросания лучей (англ. ray casting ). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона. Возможно используются какие-то очень простые техники добавления оптических эффектов или внесения эффекта перспективы.
• Глобальное освещение (англ. global illumination , radiosity ). Использует математику конечных элементов, чтобы симулировать диффузное распространение света от поверхностей и при этом достигать эффектов «мягкости» освещения.
• 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 компоненты, 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.

Современное программное обеспечение обычно сочетает в себе различные техники для получения достаточно качественных, фотореалистичных изображений при приемлемых затратах вычислительных ресурсов.

Математическое обоснование

Реализации машин для обработки изображений всегда основаны на физических моделях. Выполняемые вычисления связаны либо с естественными, либо с абстрактными моделями. Основную идею легко понять, но ее реализация сложна. Обычно окончательное сложное решение или алгоритм является более сложным и включает в себя комбинацию различных методов.

Основное уравнение

Ключом к теоретической основе модели производительности является уравнение производительности. Это наиболее полное формальное описание исполнительской части и не имеет никакого отношения к восприятию конечного изображения. Все модели являются аппроксимацией этого уравнения.

Неформальная интерпретация выглядит следующим образом. Количество излучаемого света (l_o), исходящее из определенной точки в определенном направлении, является естественным и отраженным излучением. Отраженное излучение — это сумма всех направлений входящего излучения (l_I) с определенного угла, умноженное на коэффициент отражения. Объединяя входящий свет и исходящий свет в той же точке в одно уравнение, это уравнение описывает общую скорость светового потока конкретной системы.

Качество работы улучшается, но процесс все еще медленный, поэтому крупные компании вкладывают значительные средства в фермы производительности. В то же время индивидуальные дизайнеры и художники должны использовать самое современное оборудование.

Техника рендеринга №2: Лучевое литье

Классические лучевые передачи.

Несмотря на свою полезность, при наложении ржавых предметов друг на друга возникает ржавчина. Когда поверхности накладываются друг на друга, последняя часть дизайна отражается в исполнении, в результате чего получается неправильный объект. Для решения этой проблемы была поспешно разработана концепция Z-буфера. Он оснащен датчиком глубины, который показывает, какая поверхность находится ниже или выше определенной точки отображения.

Однако это стало ненужным, когда было разработано лучевое литье. В отличие от ржавления, при лучевом литье потенциальная проблема перекрытия поверхности не возникает.

Как следует из названия, заливка лучей направляет лучи света из точки наблюдения камеры на модель. Луч направляется на уровень изображения в каждом пикселе. Поверхность, на которую она падает первой, показана на рисунке, другие пересечения после первой поверхности не нарисованы.

Техника рендеринга № 3: Трассировка лучей

Несмотря на преимущества метания лучей, эта техника все еще не могла правильно моделировать тени, отражения и преломления. Поэтому было разработано обнаружение лучей.

Обнаружение лучей работает аналогично отбрасыванию лучей, за исключением того, что световые характеристики лучше. По сути, первичный луч из точки отображения камеры направляется на модель для создания вторичного луча. Как только они появляются на модели, в зависимости от свойств поверхности испускаются затененные, отраженные или преломленные лучи.

Луч тени создается на другой поверхности, если путь радиуса тени к источнику света блокируется этой поверхностью. Если поверхность отражающая, то результирующий радиус отражения излучается под углом, освещая другие встречные поверхности и также испуская другой набор лучей. По этой причине данный метод также известен как ретроспективное обнаружение лучей. В случае прозрачных поверхностей радиус преломления передается при замыкании вторичного радиуса на поверхность.

Техника рендеринга № 4: Уравнение рендеринга

Дальнейшие разработки в области визуализации окончательно соединили уравнения визуализации. Он пытается имитировать излучение света с максимальной реалистичностью. При таком подходе считается, что свет излучается всеми телами, а не только источником света. Уравнение пытается учесть все источники света в работе, по сравнению с обнаружением лучей, которое использует только прямое освещение. Алгоритм, созданный с помощью этого уравнения, известен как глобальное или непрямое освещение.