Gendannelsesprocessen spiller en afgørende rolle i computergrafikudviklingscyklusen.
Ligesom at udvikle film
Rendering er det mest teknisk komplicerede aspekt af 3D-produktion, men det kan faktisk forstås ret let i sammenhæng med en analogi: Ligesom en filmfotograf skal udvikle og udskrive sine billeder, før de kan vises, er computergrafik fagfolk belastet en lignende nødvendighed.
Når en kunstner arbejder på en 3D-scene, er modellerne han manipulerer faktisk en matematisk repræsentation af punkter og overflader (mere specifikt hjørner og polygoner) i tredimensionelt rum.
Udtrykket rendering refererer til de beregninger, der udføres af en 3D-softwarepakke's renderingsmotor til at oversætte scenen fra en matematisk tilnærmelse til et færdiggjort 2D-billede. Under processen kombineres hele sceneens rumlige, tekstmæssige og belysningsoplysninger for at bestemme farveværdien af hver pixel i det flade billede.
To typer af gengivelse
Der er to hovedtyper af gengivelse, deres hovedforskel er den hastighed, hvormed billederne beregnes og færdiggøres.
- Real-Time Rendering: Real-time rendering bruges mest fremtrædende i spil og interaktive grafik, hvor billeder skal beregnes fra 3D-information i et utrolig hurtigt tempo. Fordi det er umuligt at forudsige præcis, hvordan en spiller vil interagere med spilmiljøet, skal billeder gengives i "real-time" som handlingen udfolder sig.
- Hastighedsspørgsmål: For at bevæge sig frem til væske skal der laves mindst 18 til 20 billeder pr. Sekund til skærmen. Noget mindre end dette og handlingen vil vise sig hakket.
- Metoderne: Real-time rendering forbedres drastisk af dedikeret grafikhardware og ved at kompilere så meget information som muligt. En stor del af et spilmiljøs belysningsinformation er forudberegnet og "bagt" direkte ind i miljøets teksturfiler for at forbedre gengivelsen.
- Offline eller Pre-Rendering: Offline rendering bruges i situationer hvor hastigheden er mindre af et problem, med beregninger, der typisk udføres ved hjælp af multi-core CPU'er i stedet for dedikeret grafikhardware. Offline gengivelse ses mest i animation og påvirker arbejde, hvor visuel kompleksitet og fotorealisme holdes til en meget højere standard. Da der ikke er nogen uforudsigelighed om, hvad der vil fremstå i hver ramme, har store studier været kendt for at dedikere op til 90 timer til at give tid til individuelle rammer.
- Fotorealisme: Fordi offline-gengivelse sker inden for en tidsramme i åben tid, kan der opnås højere niveauer af fotorealisme end ved realtidsgengivelse. Tegn, miljøer og deres tilhørende teksturer og lys er typisk tilladt højere polygontællinger og 4k (eller højere) opløsningsteksturfiler.
Renderingsteknikker
Der er tre store beregningsmetoder, der anvendes til de fleste gengivelser. Hver har sit eget sæt fordele og ulemper, hvilket gør alle tre levedygtige muligheder i visse situationer.
- Scanline (eller rasterisering): Scanline-gengivelse anvendes, når hastigheden er en nødvendighed, hvilket gør det til den valgte teknik til real-time gengivelse og interaktiv grafik. I stedet for at lave et billed-pixel-for-pixel beregner scanline-renderere på en polygon ved polygonbasis. Scanlineteknikker, der anvendes sammen med forkomplet (bagt) belysning, kan opnå hastigheder på 60 billeder i sekundet eller bedre på et avanceret grafikkort.
- raytracing: I raytracing spores der for hver pixel i scenen en eller flere lysstråler fra kameraet til det nærmeste 3D-objekt. Lysstrålen føres derefter gennem et sæt antal "hopper", som kan omfatte refleksion eller refraktion afhængigt af materialerne i 3D-scenen. Farven på hver pixel beregnes algoritmisk baseret på lysstråleets interaktion med objekter i dets sporede vej. Raytracing er i stand til større fotorealisme end scanline, men er eksponentielt langsommere.
- Radiosity: I modsætning til raytracing beregnes radioaktivitet uafhængigt af kameraet og er overfladeorienteret snarere end pixel-for-pixel. Den primære funktion af radioaktivitet er at mere præcist simulere overfladefarve ved at regne med indirekte belysning (bounced diffust lys). Radiositet karakteriseres typisk af bløde graduerede skygger og farveblødninger, hvor lys fra lyse farvede genstande blæser på nærliggende overflader.
I praksis bruges radiositet og raytracing ofte i forbindelse med hinanden ved at bruge fordelene ved hvert system for at opnå imponerende niveauer af fotorealisme.
Rendering Software
Selvom gengivelse afhænger af utroligt sofistikerede beregninger, giver dagens software nemme at forstå parametre, der gør det, så en kunstner behøver aldrig at håndtere den underliggende matematik. En renderemotor er inkluderet i alle større 3D-softwarepakker, og de fleste af dem omfatter materiale- og belysningspakker, der gør det muligt at opnå fantastiske niveauer af fotorealisme.
De to mest almindelige gengivelsesmotorer:
- Mental Ray: Pakket med Autodesk Maya. Mental Ray er utroligt alsidig, relativt hurtig og sandsynligvis den mest kompetente renderer til karakterbilleder, der kræver underjordisk spredning. Mental ray bruger en kombination af raytracing og "global illumination" (radiosity).
- V-Ray: Du ser typisk V-Ray, der bruges sammen med 3DS Max-sammen, parret er absolut uovertruffen til arkitektonisk visualisering og miljøgengivelse.Hovedfordele ved VRay over sin konkurrent er dens belysningsværktøjer og omfattende materialer bibliotek til arch-viz.
Rendering er et teknisk emne, men kan være ganske interessant, når du virkelig begynder at se nærmere på nogle af de fælles teknikker.
