Apa itu Render (Rendering)

Render (Rendering) adalah proses pembuatan gambar akhir atau urutan gambar dari data 2D atau 3D. Proses ini berlangsung dengan menggunakan program komputer dan sering disertai dengan perhitungan teknis yang sulit yang jatuh pada daya komputasi komputer atau pada komponen individualnya.

Proses rendering hadir dalam satu atau lain cara di area yang berbeda aktivitas profesional, baik itu industri film, industri video game, atau video blogging. Seringkali, render adalah tahap terakhir atau kedua dari belakang dalam pengerjaan proyek, setelah itu pekerjaan dianggap selesai atau membutuhkan sedikit pasca-pemrosesan. Perlu juga dicatat bahwa seringkali proses rendering tidak disebut proses rendering itu sendiri, melainkan tahap yang sudah selesai. proses ini atau hasil akhirnya.

kata-kata "Menyerah".

Kata Render (Rendering) adalah Anglicism, yang sering diterjemahkan ke dalam bahasa Rusia dengan kata “ visualisasi”.

Apa itu Rendering dalam 3D?

Paling sering, ketika kita berbicara tentang rendering, yang kita maksud adalah rendering dalam grafik 3D. Perlu segera dicatat bahwa sebenarnya dalam rendering 3D tidak ada tiga dimensi seperti itu, yang sering kita lihat di bioskop memakai kacamata khusus. Awalan "3D" dalam nama tersebut lebih memberi tahu kita tentang cara membuat render, yang menggunakan objek 3 dimensi yang dibuat dalam program komputer untuk pemodelan 3D. Sederhananya, pada akhirnya, kita masih mendapatkan gambar 2D atau urutannya (video) yang dibuat (dirender) berdasarkan model atau adegan 3D.

Rendering adalah salah satu tahap yang paling sulit secara teknis dalam bekerja dengan grafik 3D. Untuk menjelaskan operasi ini bahasa sederhana, kita bisa menggambar analogi dengan karya fotografer. Agar foto dapat tampil dengan segala kemegahannya, fotografer perlu melalui beberapa langkah teknis, misalnya pengembangan film atau pencetakan pada printer. Kurang lebih tahapan teknis yang sama dibebani oleh seniman 3d yang, untuk membuat gambar akhir, melalui tahap pengaturan render dan proses rendering itu sendiri.

Konstruksi gambar.

Seperti yang disebutkan sebelumnya, rendering adalah salah satu tahapan teknis yang paling sulit, karena selama rendering ada perhitungan matematis kompleks yang dilakukan oleh mesin render. Pada tahap ini, mesin menerjemahkan data matematis tentang adegan ke dalam gambar 2D akhir. Selama proses, geometri 3d adegan, tekstur, dan data cahaya diubah menjadi informasi gabungan tentang nilai warna setiap piksel dalam gambar 2D. Dengan kata lain, mesin, berdasarkan data yang dimilikinya, menghitung warna apa yang harus dilukis setiap piksel gambar untuk mendapatkan gambar yang kompleks, indah, dan lengkap.

Jenis rendering dasar:

Secara global, ada dua jenis rendering utama, perbedaan utamanya adalah kecepatan rendering dan penyelesaian gambar, serta kualitas gambar.

Apa itu Rendering Waktu Nyata?

Render real-time sering digunakan secara luas dalam game dan grafik interaktif, di mana gambar harus dirender dengan kecepatan setinggi mungkin dan ditampilkan dalam bentuk akhirnya di layar monitor secara instan.

Karena faktor kunci dalam jenis rendering ini adalah interaktivitas pengguna, gambar harus dirender tanpa penundaan dan hampir dalam waktu nyata, karena tidak mungkin untuk secara akurat memprediksi perilaku pemain dan bagaimana dia akan berinteraksi dengan game atau dengan interaktif. pemandangan. Agar adegan atau game interaktif bekerja dengan lancar tanpa sentakan dan kelambatan, mesin 3D harus merender gambar dengan kecepatan setidaknya 20-25 frame per detik. Jika kecepatan render di bawah 20 frame, maka pengguna akan merasa tidak nyaman dari pemandangan, menonton tersentak dan gerakan lambat.

Proses pengoptimalan memainkan peran besar dalam menciptakan rendering yang mulus dalam game dan adegan interaktif. Untuk mencapai kecepatan rendering yang diinginkan, pengembang menggunakan berbagai trik untuk mengurangi beban pada mesin render, mencoba mengurangi jumlah rendering yang dipaksakan. Ini termasuk mengurangi kualitas model dan tekstur 3D, serta menulis beberapa informasi ringan dan bergelombang ke peta tekstur yang sudah dipanggang sebelumnya. Perlu juga dicatat bahwa bagian utama dari beban saat menghitung render secara real time jatuh pada spesialisasi peralatan grafis(kartu video -GPU), yang memungkinkan Anda mengurangi beban dari CPU(CPU) dan membebaskan kekuatan pemrosesannya untuk tugas-tugas lain.

Apa itu Prarender?

Pra-rendering digunakan ketika kecepatan bukan prioritas dan tidak ada kebutuhan untuk interaktivitas. Jenis penyaji ini paling sering digunakan dalam industri film, ketika bekerja dengan animasi dan efek visual yang kompleks, serta di mana fotorealisme dan kualitas gambar yang sangat tinggi diperlukan.

Tidak seperti Rendering Real-time, di mana beban utama jatuh pada kartu grafis (GPU) Dalam pra-rendering, beban jatuh pada unit pemrosesan pusat (CPU) dan kecepatan rendering tergantung pada jumlah core, multithreading dan kinerja prosesor.

Sering terjadi waktu rendering satu frame memakan waktu beberapa jam atau bahkan beberapa hari. Dalam hal ini, seniman 3D tidak memerlukan pengoptimalan dan dapat menggunakan model 3D kualitas terbaik, serta peta tekstur resolusi sangat tinggi. Hasilnya, gambar jauh lebih baik dan lebih foto-realistis dibandingkan dengan rendering real-time.

Perangkat lunak render.

Sekarang, ada sejumlah besar mesin rendering di pasaran, yang berbeda di antara mereka sendiri dalam hal kecepatan, kualitas gambar, dan kemudahan penggunaan.

Sebagai aturan, mesin render dibangun ke dalam program grafis 3D besar dan memiliki potensi besar. Di antara program (paket) 3D paling populer ada perangkat lunak seperti:

• 3ds Maks;
• Maya;
• pencampur;
• bioskop 4d dan sebagainya.

Banyak dari paket 3D ini telah menyertakan mesin render. Misalnya, mesin render sinar mental hadir dalam paket 3Ds Max. Juga, hampir semua mesin render populer dapat dihubungkan ke paket 3d paling terkenal. Mesin render populer meliputi:

• sinar-V;
• sinar mental;
• penyaji korona dan sebagainya.

Saya ingin mencatat bahwa meskipun proses rendering memiliki kesalahan matematika yang sangat kompleks, pengembang program rendering 3D mencoba dengan segala cara yang mungkin untuk menyelamatkan seniman 3D dari bekerja dengan matematika kompleks dari program render yang mendasarinya. Mereka mencoba memberikan pengaturan rendering parametrik yang relatif mudah dipahami, serta set material dan pencahayaan dan perpustakaan.

Banyak mesin render telah menemukan ketenaran di bidang pekerjaan tertentu dengan grafis 3D. Jadi, misalnya, "V-ray" sangat populer di kalangan perender arsitektur, karena adanya sejumlah besar bahan untuk visualisasi arsitektur dan, secara umum, kualitas rendering yang baik.

metode visualisasi.

Kebanyakan mesin render menggunakan tiga metode perhitungan utama. Masing-masing memiliki kelebihan dan kekurangan, tetapi ketiga metode memiliki hak untuk digunakan dalam situasi tertentu.

1. Garis Pindai (scanline).

Render scanline adalah pilihan mereka yang mengutamakan kecepatan daripada kualitas. Justru karena kecepatannya, jenis yang diberikan renderer sering digunakan dalam video game dan adegan interaktif, serta di viewports dari berbagai paket 3D. Dengan adaptor video modern, jenis penyaji ini dapat menghasilkan gambar real-time yang stabil dan halus dengan frekuensi 30 frame per detik dan lebih tinggi.

Algoritma kerja:

Alih-alih merender "piksel demi piksel", algoritme penyaji "scanline" adalah menentukan permukaan yang terlihat dalam grafik 3D, dan bekerja berdasarkan prinsip "baris demi baris", pertama-tama mengurutkan poligon yang diperlukan untuk rendering dengan Y tertinggi koordinat, yang termasuk dalam poligon yang diberikan, setelah itu, setiap baris gambar dihitung dengan memotong baris dengan poligon yang paling dekat dengan kamera. Poligon yang tidak lagi terlihat akan dihapus saat Anda berpindah dari satu baris ke baris berikutnya.

Keuntungan dari algoritma ini adalah tidak perlu mentransfer koordinat setiap simpul dari memori utama ke memori kerja, dan hanya koordinat simpul yang termasuk dalam zona visibilitas dan rendering yang disiarkan.

2. Raytrace (jejak sinar).

Jenis render ini dibuat untuk mereka yang ingin mendapatkan gambar dengan kualitas terbaik dan gambar yang detail. Rendering jenis khusus ini sangat populer di kalangan penggemar fotorealisme, dan perlu dicatat bahwa itu tidak biasa. Cukup sering, dengan bantuan ray trace rendering, kita dapat melihat bidikan alam dan arsitektur yang sangat realistis, yang tidak semua orang dapat membedakannya dari fotografi, terlebih lagi, seringkali metode ray trace digunakan untuk mengerjakan grafik di trailer CG atau film.

Sayangnya, demi kualitas, algoritma ini rendering sangat lambat dan belum dapat digunakan dalam grafik waktu nyata.

Algoritma kerja:

Ide dari algoritma Raytrace adalah bahwa untuk setiap piksel pada layar bersyarat, satu atau lebih sinar dilacak dari kamera ke objek tiga dimensi terdekat. Sinar cahaya kemudian melewati sejumlah pantulan, yang mungkin termasuk pantulan atau pembiasan tergantung pada materi pemandangan. Warna setiap piksel dihitung secara algoritmik berdasarkan interaksi berkas cahaya dengan objek di jalurnya yang dilacak.

metode raycast.

Algoritme bekerja atas dasar "memancarkan" sinar seolah-olah dari mata pengamat, melalui setiap piksel layar dan menemukan objek terdekat yang menghalangi jalur sinar tersebut. Dengan menggunakan properti objek, materialnya, dan pencahayaan pemandangan, kita mendapatkan warna piksel yang diinginkan.

Sering terjadi bahwa "metode ray tracing" (raytrace) dikacaukan dengan metode "ray casting". Namun pada kenyataannya, "raycasting" (metode melempar sinar) sebenarnya adalah metode "raytrace" yang disederhanakan, di mana tidak ada pemrosesan lebih lanjut dari sinar yang dipantulkan atau patah, tetapi hanya permukaan pertama di jalur sinar yang dihitung.

3. Radiositas.

Alih-alih "metode penelusuran sinar", rendering dalam metode ini bekerja secara independen dari kamera dan berorientasi objek, tidak seperti metode "piksel demi piksel". Fungsi utama "radiositas" adalah untuk lebih akurat mensimulasikan warna permukaan dengan memperhitungkan pencahayaan tidak langsung (pantulan cahaya yang tersebar).

Keuntungan dari "radiositas" adalah bayangan bergradasi lembut dan pantulan warna pada objek, yang berasal dari objek berwarna cerah di dekatnya.

Praktek menggunakan metode Radiositas dan Raytrace bersama-sama untuk mencapai render yang paling mengesankan dan fotorealistik cukup populer.

Apa itu Rendering Video?

Terkadang, ekspresi "render" digunakan tidak hanya saat bekerja dengan grafik komputer 3D, tetapi juga saat bekerja dengan file video. Proses rendering video dimulai ketika pengguna editor video telah selesai mengerjakan file video, mengatur semua parameter yang dibutuhkan, trek suara, dan efek visual. Bahkan, yang tersisa hanyalah menggabungkan semua yang dilakukan menjadi satu file video. Proses ini dapat dibandingkan dengan pekerjaan seorang programmer, ketika ia menulis kode, setelah itu yang tersisa adalah mengkompilasi semua kode menjadi program kerja.

Seperti seorang desainer 3D, dan pengguna editor video, proses rendering berlangsung otomatis dan tanpa campur tangan pengguna. Yang diperlukan hanyalah mengatur beberapa parameter sebelum memulai.

Kecepatan rendering video tergantung pada durasi dan kualitas yang diperlukan untuk output. Pada dasarnya, sebagian besar perhitungan jatuh pada kekuatan prosesor pusat, oleh karena itu, kecepatan rendering video tergantung pada kinerjanya.

Bahan dari ulasan CAD.

Rendering(rendering - "visualisasi") dalam grafik komputer adalah proses memperoleh gambar dari model menggunakan program komputer. Di Sini model adalah deskripsi objek tiga dimensi dalam bahasa yang didefinisikan secara ketat atau dalam bentuk struktur data. Deskripsi semacam itu mungkin berisi data geometris, posisi titik pengamat, informasi tentang pencahayaan. Gambar- itu digital peta bit. Sederhananya, rendering- pembuatan gambar datar (gambar) berdasarkan adegan 3D yang dikembangkan. Sinonim dalam konteks ini adalah visualisasi.

Ini adalah salah satu cabang terpenting dalam grafik komputer, dan dalam praktiknya terkait erat dengan yang lain. Biasanya paket perangkat lunak model 3D dan animasi juga menyertakan fungsi rendering. Ada yang terpisah produk perangkat lunak Yang melakukan rendering.

Tergantung pada tujuannya, pra-rendering dibedakan sebagai cukup proses lambat visualisasi, yang terutama digunakan dalam produksi video, dan rendering mode nyata, yang digunakan dalam permainan komputer. Yang terakhir sering menggunakan akselerator 3D.

Metode rendering (visualisasi)

Sampai saat ini, banyak algoritma visualisasi telah dikembangkan. Yang ada perangkat lunak dapat menggunakan beberapa algoritma untuk mendapatkan gambar akhir.

Menelusuri setiap sinar cahaya dalam suatu pemandangan tidaklah praktis dan membutuhkan waktu yang sangat lama. Bahkan menelusuri sejumlah kecil sinar, cukup untuk mendapatkan gambar, membutuhkan banyak waktu jika pendekatan (sampling) tidak diterapkan.

Akibatnya, empat kelompok metode telah dikembangkan yang lebih efisien daripada mensimulasikan semua sinar cahaya yang menerangi pemandangan:

• Rasterisasi(rasterisasi) dan metode pemindaian garis (scanline rendering). Rendering dilakukan dengan memproyeksikan objek pemandangan ke layar tanpa mempertimbangkan efek perspektif relatif terhadap pengamat.
• Metode pengecoran sinar(pengecoran sinar). Adegan dianggap diamati dari titik tertentu. Sinar diarahkan dari titik pengamatan ke objek pemandangan, yang dengannya warna piksel pada layar dua dimensi ditentukan. Dalam hal ini, sinar menghentikan perambatannya (tidak seperti metode penelusuran belakang) ketika mencapai objek apa pun di tempat kejadian atau latar belakangnya. Mungkin beberapa teknik yang sangat sederhana digunakan untuk menambahkan efek optik atau memperkenalkan efek perspektif.
• iluminasi global(penerangan global, radiositas). Menggunakan matematika elemen hingga untuk mensimulasikan penyebaran cahaya dari permukaan sambil tetap mencapai efek pencahayaan "lunak".
• Pelacakan sinar(ray tracing) mirip dengan metode ray casting. Sinar diarahkan dari titik pengamatan ke objek pemandangan, yang dengannya warna piksel pada layar dua dimensi ditentukan. Tetapi pada saat yang sama, balok tidak menghentikan perambatannya, tetapi dibagi menjadi tiga komponen, balok, yang masing-masing berkontribusi pada warna piksel pada layar dua dimensi: dipantulkan, dibayangi, dan dibiaskan. Jumlah divisi tersebut menjadi komponen menentukan kedalaman tracing dan mempengaruhi kualitas dan fotorealisme gambar. Karena fitur konseptualnya, metode ini memungkinkan memperoleh gambar yang sangat fotorealistik, tetapi pada saat yang sama sangat intensif sumber daya dan proses rendering membutuhkan periode waktu yang signifikan.

Perangkat lunak canggih biasanya menggabungkan beberapa teknik untuk mendapatkan gambar berkualitas tinggi dan fotorealistik yang cukup untuk jumlah sumber daya komputasi yang dapat diterima.

Pembenaran matematis

Implementasi mesin rendering selalu didasarkan pada model fisik. Perhitungan yang dilakukan mengacu pada satu atau lain model fisik atau abstrak. Gagasan utama mudah dipahami tetapi sulit diterapkan. Sebagai aturan, solusi elegan terakhir atau algoritma lebih kompleks dan mengandung kombinasi teknik yang berbeda.

Persamaan Dasar

Kunci landasan teoritis model rendering adalah persamaan rendering. Ini adalah deskripsi formal paling lengkap dari bagian rendering yang tidak terkait dengan persepsi gambar akhir. Semua model mewakili beberapa solusi perkiraan persamaan ini.

Interpretasi informalnya adalah sebagai berikut: Jumlah radiasi cahaya (L o) yang memancar dari suatu titik tertentu ke arah tertentu adalah radiasinya sendiri dan radiasi pantul. Radiasi pantul adalah jumlah radiasi yang masuk ke segala arah (L i) dikalikan dengan koefisien pantul dari sudut tertentu. Menggabungkan cahaya masuk dengan cahaya keluar pada satu titik dalam satu persamaan, persamaan ini merupakan deskripsi segalanya fluks bercahaya dalam sistem yang diberikan.

Perangkat Lunak Rendering - Renderer (Visualizers)

• RenderMan (PhotoRealistic atau PRMan)
• Gelato (pengembangan dihentikan karena pembelian NVIDIA, mental ray)
• Entropi (dihentikan)
• BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (distribusi dihentikan)
• Holomatix Renditio (pelacak sinar interaktif)

• 3ds Max (Scanline)

Tabel Perbandingan Properti Render

Lihat juga

Kronologi publikasi utama

• 1968 Pengecoran sinar(Appel, A. (1968) Beberapa teknik untuk rendering mesin shading padatan. Prosiding Konferensi Komputer Bersama Musim Semi 32 , 37-49.)
• 1970 Algoritme garis pindai(Bouknight, W. J. (1970). Sebuah prosedur untuk generasi presentasi grafis komputer setengah nada tiga dimensi. Komunikasi ACM)
• 1971 naungan gouraud(Gouraud, H. (1971). Tampilan komputer dari permukaan melengkung. Transaksi IEEE di Komputer 20 (6), 623-629.)
• 1974 pemetaan tekstur tesis PhD, Universitas Utah.)
• 1974 penyangga Z(Catmull, E. (1974).Algoritma subdivisi untuk tampilan komputer dari permukaan melengkung. tesis PhD)
• 1975 naungan Phong(Phong, B-T. (1975).Iluminasi untuk gambar yang dihasilkan komputer. Komunikasi ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976 Pemetaan lingkungan(Blinn, J.F., Newell, ME (1976). Tekstur dan refleksi dalam gambar yang dihasilkan komputer. Komunikasi ACM 19 , 542-546.)
• 1977 Volume bayangan(Crow, F.C. (1977). Algoritma bayangan untuk grafik komputer. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242-248.)
• 1978 penyangga bayangan(Williams, L. (1978).Mencetak bayangan melengkung pada permukaan melengkung. 12 (3), 270-274.)
• 1978 pemetaan benjolan(Blinn, J.F. (1978). Simulasi permukaan berkerut. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286-292.)
• 1980 pohon BSP(Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). Pada generasi permukaan yang terlihat oleh struktur pohon apriori. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
• 1980 Pelacakan sinar(Whitted, T. (1980) Model iluminasi yang ditingkatkan untuk tampilan berbayang. Komunikasi ACM 23 (6), 343-349.)
• 1981 Masak shader(Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). Model refleksi untuk grafik komputer. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1981) 15 (3), 307-316.)
• 1983 peta mip(Williams, L. (1983).Parametrik piramida. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1-11.)
• 1984 Pelacakan sinar oktre(Glassner, A.S. (1984). Subdivisi ruang untuk penelusuran sinar cepat. 4 (10), 15-22.)
• 1984 Pengomposisian alfa(Porter, T. Duff, T. (1984).Mengomposisi gambar digital. 18 (3), 253-259.)
• 1984 Pelacakan sinar terdistribusi(Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984).Pelacakan sinar terdistribusi. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137-145.)
• 1984 radiositas(Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Pemodelan interaksi cahaya antara permukaan difus. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213-222.)
• 1985 Radiositas hemi-kubus(Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). Hemi-kubus: solusi radiositas untuk lingkungan yang kompleks. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31-40.)
• 1986 pelacakan sumber cahaya(Arvo, J. (1986).Pelacakan sinar mundur. SIGGRAPH 1986 Perkembangan dalam catatan kursus Ray Tracing)
• 1986 persamaan render(Kajiya, J.T. (1986). Persamaan rendering. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 algoritma Reyes(Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). Arsitektur rendering gambar reyes. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
• 1991 Radiositas hierarkis(Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991).Algoritma radiositas hierarkis cepat. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197-206.)
• 1993 pemetaan nada(Tumblin, J. Rushmeier, H.E. (1993). Reproduksi nada untuk gambar yang dihasilkan komputer realistis. Grafik & Aplikasi Komputer IEEE 13 (6), 42-48.)
• 1993 Hamburan bawah permukaan(Hanrahan, P. Krueger, W. (1993) Refleksi dari permukaan berlapis karena hamburan bawah permukaan. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1993) 27 (), 165-174.)
• 1995 pemetaan foton(Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Foton memetakan dalam pelacakan sinar monte carlo dua arah dari objek kompleks. Komputer & Grafik 19 (2), 215-224.)
• 1997 transportasi ringan metropolis(Veach, E. Guibas, L. (1997).Transportasi ringan Metropolis. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1997) 16 65-76.)

Banyak elemen lingkungan visual orang modern saat ini dibuat menggunakan program grafik komputer. Tanpa visualisasi yang dibuat oleh seniman 3D, baik studio arsitektur atau desain, maupun produsen game komputer tidak dapat melakukannya.

Teknologi untuk membuat gambar seperti itu - fotorealistik atau meniru berbagai teknik artistik - terdiri dari beberapa tahap teknologi. Rendering adalah yang paling penting dari mereka, seringkali yang terakhir, di mana hasil akhir bergantung.

Asal istilah

Kata "render" (atau "rendering") berasal, seperti banyak terkait dengan teknologi IP, dari bahasa inggris. Itu berasal dari bahasa Prancis kuno rendre, yang berarti "melakukan", "memberi", "mengembalikan", "mengembalikan". Akar yang lebih dalam dari kata kerja ini kembali ke bahasa Latin kuno: ulang- awalan yang berarti "kembali", dan berani- "memberi".

Oleh karena itu - salah satu arti dari istilah modern. Rendering juga merupakan proses membuat ulang gambar planar berdasarkan model tiga dimensi yang berisi informasi tentang sifat fisik suatu objek - bentuknya, tekstur permukaan, iluminasi, dan sebagainya.

Render dan visualisasi

Pertama kali memasuki leksikon mereka yang secara profesional terlibat dalam teknologi pencitraan digital, kata ini semakin banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Mereka meminta untuk memberikan render yang sudah jadi, misalnya, saat memesan furnitur - objek terpisah atau melengkapi seluruh ruangan, dan saat mendesain interior atau seluruh bangunan, render adalah salah satu cara utama untuk menyampaikan kepada pelanggan makna dari ide-ide seorang arsitek atau desainer.

Ada sinonim yang dekat artinya dan lebih sering digunakan dalam lingkungan normal, meskipun lebih rumit - visualisasi. Di antara para profesional grafis komputer arsitektur atau permainan saat ini, biasanya memiliki spesialisasi yang sempit: ada yang terlibat dalam pemodelan - mereka membuat objek tiga dimensi, dan mereka yang menyediakan rendering adegan yang sudah jadi - mengatur pencahayaan, memilih sudut pandang dan sesuaikan, lalu luncurkan program render.

definisi

Kata ini memiliki beberapa arti:

• Rendering, atau rendering, adalah menggambar, proses memperoleh bidang teknis atau artistik berdasarkan tiga dimensi model digital dibuat menggunakan paket perangkat lunak khusus - Blender, 3D Max, CINEMA, Maya, dll.
• Rendering sebenarnya adalah hasil dari proses semacam itu - gambar raster, serta gambar karakter dan lingkungan dalam permainan komputer atau file video yang dibuat oleh trideshnik yang digunakan dalam produksi film - biasa atau animasi.
• Render, atau renderer, adalah nama perangkat lunak khusus, dengan bantuan model 3D yang diubah menjadi gambar. Program tersebut dapat dibangun ke dalam paket grafis atau digunakan sebagai aplikasi individu: RenderMan, Mental Ray, V-ray, Corona, Brasil, Maxwell, FinalRender, Fryrender, Modo dan banyak lagi. Render, seperti segala sesuatu yang berhubungan dengan teknologi digital, terus diperbarui. Mereka berbeda dalam algoritma yang digunakan untuk menghitung karakteristik fisik model dan lingkungannya. Berdasarkan mereka, seluruh sistem rendering dibuat yang memungkinkan Anda membuat bahan, lampu, kamera, dll.

Jenis render: online dan pra-rendering

Ada dua jenis utama rendering, tergantung pada kecepatan di mana gambar selesai harus diperoleh. Yang pertama adalah rendering real-time, yang diperlukan dalam grafik interaktif, terutama dalam permainan komputer. Perlu render cepat, gambar harus ditampilkan secara instan, sehingga banyak adegan dihitung terlebih dahulu dan disimpan di dalamnya sebagai data terpisah. Ini termasuk tekstur yang mendefinisikan penampilan objek dan pencahayaan. Program yang digunakan untuk rendering online terutama menggunakan sumber daya kartu grafis dan RAM komputer dan, pada tingkat lebih rendah, prosesor.

Untuk rendering adegan yang lebih kompleks secara visual, serta di mana masalah kecepatan tidak begitu relevan, ketika kualitas render jauh lebih penting, metode dan program rendering lain digunakan. Dalam hal ini, semua daya digunakan, pengaturan tertinggi untuk resolusi tekstur, perhitungan pencahayaan ditetapkan. Render pasca-pemrosesan sering digunakan untuk mencapai fotorealisme tingkat tinggi atau efek artistik yang diinginkan.

Metode rendering adegan

Pilihan metode untuk mendapatkan gambar tergantung pada tugas tertentu dan sering kali pada pengalaman visualizer. Semakin banyak sistem rendering baru sedang dikembangkan - baik yang sangat khusus atau universal. Saat ini, program rendering yang paling umum didasarkan pada tiga metode komputasi utama:

• Rasterization (Scanline) adalah metode di mana gambar dibuat dengan merender bukan titik piksel individual, tetapi seluruh wajah poligon dan area permukaan yang luas. Tekstur yang menentukan properti objek, seperti cahaya dalam pemandangan, ditetapkan sebagai data yang tidak dapat diubah. Gambar yang dihasilkan sering kali tidak mencerminkan perubahan perspektif dalam pencahayaan, dll. Ini paling sering digunakan dalam sistem untuk menampilkan adegan dalam game dan dalam produksi video.
• Raytracing - fisika pemandangan dihitung berdasarkan sinar yang memancar dari lensa kamera virtual dan analisis interaksi setiap sinar dengan objek yang ditemuinya dalam pemandangan. Tergantung pada kuantitas dan kualitas "pantulan" tersebut, refleksi atau warnanya, saturasi, dll.. Kualitas gambar yang dihasilkan jauh lebih tinggi dibandingkan dengan rasterisasi, tetapi Anda harus membayar untuk realismenya dengan peningkatan konsumsi sumber daya.
• Perhitungan cahaya yang dipantulkan (Radiositas) - setiap titik, setiap piksel gambar diberkahi dengan warna yang tidak bergantung pada kamera. Hal ini dipengaruhi oleh sumber cahaya global dan lokal dan lingkungan. Metode ini memungkinkan untuk menghitung tampilan warna dan pantulan cahaya dari objek yang berdekatan pada permukaan model.

Praktek menunjukkan bahwa sistem rendering yang paling canggih dan populer menggunakan kombinasi dari semua atau metode utama. Ini memungkinkan Anda mencapai fotorealisme dan keandalan maksimum dalam tampilan proses fisik dalam pemandangan tertentu.

Urutan Render

Meskipun pendekatan modern dalam grafik komputer lebih memilih untuk memisahkan rendering ke dalam tahap terpisah, yang membutuhkan pengetahuan dan keterampilan khusus, pada kenyataannya, itu tidak dapat dipisahkan dari keseluruhan proses persiapan rendering. Jika, misalnya, interior sedang dirancang, rendering akan bergantung pada jenis bahan yang digunakan, dan setiap sistem rendering memiliki algoritme sendiri untuk mensimulasikan tekstur dan tekstur permukaan.

Hal yang sama berlaku untuk pencahayaan pemandangan. Menyiapkan cahaya alami dan buatan, properti bayangan sendiri dan bayangan jatuh, kekuatan refleks, efek cahaya otomatis - langkah selanjutnya dalam menciptakan visualisasi pemandangan. Cara mengatur rendering tergantung pada perangkat lunak yang digunakan dan kinerja sistem. Setiap paket dan program visualizer memiliki kehalusan dan nuansa tersendiri.

Misalnya, Corona Renderer memiliki kemampuan untuk menyesuaikan pengaturan secara langsung selama pengembangan gambar akhir. Dalam mode online, Anda dapat mengubah kekuatan lampu, menyesuaikan warna, ketajaman gambar.

Hasil render pasca-pemrosesan

Untuk tugas tertentu, adalah logis untuk menerapkan teknik visualisasi khusus. Arsitektur membutuhkan sarana bergambar yang berbeda dari saat membuat ilustrasi teknis. Rendering eksterior, misalnya, seringkali mengharuskan seniman untuk mahir dengan paket grafis bitmap, yang paling populer adalah Adobe Photoshop. Selain itu, ini tidak selalu dilakukan untuk meningkatkan fotorealisme. Kecenderungan modern dalam presentasi arsitektur, mereka menyediakan tiruan grafik manual - cat air, guas, gambar tinta, dll.

Pasca-pemrosesan rendering berkualitas tinggi biasanya dimulai dengan pilihan format file yang diinginkan, diperoleh setelah akhir program. Diterima untuk menyimpan gambar yang sudah jadi berlapis-lapis, menggunakan yang terpisah saluran warna. Ini memungkinkan Anda mencapai hasil tinggi saat menyatukan semua lapisan menjadi satu gambar, menggunakan penyesuaian warna yang lebih akurat dan halus.

Rendering dan kinerja sistem

Melakukan visualisasi berkualitas tinggi tidak hanya bergantung pada perangkat lunak proses. Hasil akhir dipengaruhi oleh kekuatan perangkat keras yang digunakan. Faktor ini terutama memengaruhi kecepatan kerja - pemandangan yang rumit terkadang membutuhkan waktu beberapa hari untuk dirender jika komputer tidak memiliki cukup RAM atau memiliki prosesor berkinerja rendah.

Bagaimana cara mempercepat rendering dan meningkatkan hasil akhir jika sumber daya tidak cukup? Anda dapat mengubah pengaturan program dengan mengurangi resolusi tekstur bahan dan gambar akhir ke nilai yang wajar, mengubah parameter perlengkapan sehingga cahaya dan bayangan ditampilkan di area yang lebih luas, tanpa detail yang berlebihan, dll. Jika ada jaringan, Anda dapat menggunakan render batch, saat menghitung gambar yang diambil oleh kekuatan komputer lain.

membuat pertanian

Saat ini dimungkinkan untuk menggunakan kapasitas cluster komputer jarak jauh yang menyediakan layanan untuk pemrosesan batch file 3D. Ini adalah sistem kinerja tinggi yang mampu jangka pendek membuat adegan yang paling kompleks dan intens. Mereka akan mengatasi efek visual apa pun, bahkan saat membuat file video panjang.

Dengan menghubungi penyedia layanan tersebut, daftar yang selalu dapat ditemukan di Internet, menyetujui biaya dan ketentuan untuk menyiapkan file, Anda dapat secara signifikan menghemat kecepatan kerja dan mencapai tingkat kualitas gambar akhir yang diperlukan . Perusahaan semacam itu memiliki hingga beberapa ribu prosesor dan ratusan terabyte RAM yang mereka miliki. Render farm menghitung biaya pekerjaan berdasarkan ukuran file sumber dan waktu rendering. Misalnya, biaya satu bingkai dengan resolusi 1920x1080, yang akan memakan waktu 3 jam untuk dirender pada peralatan standar, adalah sekitar 100 rubel. Adegan dirender dalam waktu 8 menit.

Pilihan tepat

Jawaban atas pertanyaan tentang bagaimana membuat objek kecil dan sederhana atau presentasi animasi yang kaya visual dari pemukiman pondok membutuhkan pendekatan yang berbeda. Dalam hal kinerja independen dari pekerjaan semacam itu, perlu untuk memilih dengan benar perangkat lunak yang diperlukan dan menjaga daya peralatan komputer yang memadai. Bagaimanapun, tahap terakhir pekerjaan - rendering - akan tergantung pada apakah Anda puas dengan hasil akhir.

"itemprop="gambar">

Sebagai kelanjutan dari program pendidikan grafis komputer untuk programmer dan seniman, saya ingin berbicara tentang apa rendering. Pertanyaannya tidak serumit kelihatannya, di bawah potongan adalah penjelasan yang terperinci dan dapat diakses!

Saya mulai menulis artikel yang merupakan program pendidikan untuk pengembang game. Dan dia bergegas, menulis artikel tentang, tanpa memberi tahu apa itu rendering. Oleh karena itu, artikel ini akan menjadi prekuel pengenalan shader dan titik awal dalam program pendidikan kami.

Apa itu rendering? (untuk programmer)

Jadi, Wikipedia memberikan definisi berikut: Rendering adalah istilah dalam grafik komputer yang mengacu pada proses memperoleh gambar dari model menggunakan program komputer.

Definisi yang cukup bagus, mari kita lanjutkan. Rendering adalah visualisasi. Dalam grafik komputer, baik seniman 3D maupun pemrogram memahami rendering sebagai penciptaan gambar datar - gambar bitmap digital dari adegan 3D.
Yaitu, jawaban informal untuk pertanyaan kami "Apa itu rendering?" - ini mendapatkan gambar 2D (tidak masalah di layar atau di file). TETAPI program komputer, yang menghasilkan rendering, disebut renderer (eng. render) atau renderer (eng. renderer).

Memberikan

Pada gilirannya, kata "render" paling sering mengacu pada hasil rendering. Tetapi kadang-kadang prosesnya juga disebut sama (hanya dalam bahasa Inggris kata kerja - render dipindahkan ke bahasa Rusia, lebih pendek dan lebih nyaman). Anda mungkin telah menemukan berbagai gambar di Internet, dengan judul "Tebak render atau fotonya?". Ini berarti visualisasi 3D atau foto nyata (jadi grafik komputer canggih, yang terkadang Anda tidak dapat mengetahuinya).

Jenis rendering

Tergantung pada kemungkinan untuk membuat perhitungan paralel, ada:

• rendering multi-utas - perhitungan dilakukan secara paralel di beberapa utas, pada beberapa inti prosesor,
• rendering utas tunggal - dalam hal ini, perhitungan dilakukan dalam satu utas secara sinkron.

Ada banyak algoritma rendering, tetapi semuanya dapat dibagi menjadi dua kelompok sesuai dengan prinsip mendapatkan gambar: rasterisasi model 3D dan ray tracing. Kedua metode tersebut digunakan dalam video game. Tetapi ray tracing lebih sering digunakan bukan untuk mendapatkan gambar real-time, tetapi untuk menyiapkan apa yang disebut lightmaps - peta cahaya yang dihitung sebelumnya pada waktu desain, dan kemudian hasil perhitungan awal digunakan pada saat runtime.

Apa inti dari metode? Bagaimana cara kerja rasterisasi dan ray tracing? Mari kita mulai dengan rasterisasi.

Rasterisasi model poligonal

Panggung terdiri dari model yang terletak di atasnya. Pada gilirannya, setiap model terdiri dari primitif.
Itu bisa berupa titik, segmen, segitiga dan beberapa primitif lainnya, seperti paha depan misalnya. Tetapi jika kita tidak merender titik atau segmen, primitif apa pun berubah menjadi segitiga.

Tugas rasterizer (program yang melakukan rasterisasi) adalah untuk mendapatkan piksel gambar yang dihasilkan dari primitif ini. Rasterisasi dalam konteks pipa grafis terjadi setelah shader vertex dan sebelum shader fragmen ().

*mungkin artikel selanjutnya adalah analisis pipeline grafik yang saya janjikan, tulis di komentar apakah analisis seperti itu diperlukan, akan menyenangkan dan bermanfaat bagi saya untuk mengetahui berapa banyak orang yang tertarik dengan semua ini. Saya membuat halaman terpisah di mana ada daftar topik yang dibahas dan yang akan datang -

Dalam kasus segmen, Anda perlu mendapatkan piksel dari garis yang menghubungkan dua titik, dalam kasus segitiga, piksel yang ada di dalamnya. Untuk masalah pertama dapat digunakan algoritma Bresenham, untuk masalah kedua dapat digunakan algoritma sapuan garis lurus atau pengecekan koordinat barycentric.

Model karakter kompleks terdiri dari segitiga terkecil dan rasterizer menghasilkan gambar yang sepenuhnya andal darinya. Mengapa repot-repot dengan ray tracing? Mengapa tidak rasterize semuanya? Dan intinya adalah ini, rasterizer hanya tahu bisnis rutinnya, segitiga - menjadi piksel. Ia tidak tahu apa-apa tentang benda-benda di sebelah segitiga.

Dan ini berarti dia tidak mampu memperhitungkan semua proses fisik yang terjadi di dunia nyata. Proses ini secara langsung mempengaruhi gambar. Refleksi, refleks, bayangan, hamburan bawah permukaan dan banyak lagi! Segala sesuatu yang tanpanya kita hanya akan melihat model plastik dalam ruang hampa ...
Dan para pemain menginginkan grafoni! Pemain membutuhkan fotorealisme!

Dan programmer grafis harus menemukan berbagai teknik untuk mencapai kedekatan dengan fotorealisme. Untuk melakukan ini, program shader menggunakan tekstur yang menghitung data cahaya, refleksi, bayangan, dan hamburan bawah permukaan yang berbeda.

Pada gilirannya, ray tracing memungkinkan untuk menghitung data ini, tetapi dengan biaya lebih banyak waktu perhitungan, yang tidak dapat dilakukan pada waktu berjalan. Mari kita lihat apa metode ini.

penelusuran sinar penelusuran sinar)

Ingat tentang dualisme gelombang sel darah? Biarkan saya mengingatkan Anda apa esensinya: cahaya berperilaku baik sebagai gelombang maupun sebagai aliran partikel - foton. Jadi penelusuran (dari bahasa Inggris "trace" untuk melacak jalan), adalah simulasi sinar cahaya, secara kasar. Tetapi menelusuri setiap sinar cahaya dalam pemandangan itu tidak praktis dan membutuhkan waktu yang sangat lama.

Kami akan membatasi diri pada jumlah yang relatif kecil, dan kami akan melacak sinar ke arah yang kami butuhkan.
Arah apa yang kita butuhkan? Kita perlu menentukan warna apa yang akan dimiliki piksel pada gambar yang dihasilkan. Artinya, kita tahu jumlah sinar, itu sama dengan jumlah piksel pada gambar.

Bagaimana dengan arah? Sederhananya, kita akan melacak sinar sesuai dengan sudut pandang (bagaimana kamera virtual kita diarahkan). Sinar akan bertemu di beberapa titik dengan objek pemandangan (jika tidak bertemu, maka ada piksel gelap atau piksel langit dari skybox, misalnya).

Saat bertemu dengan sebuah objek, berkas tidak menghentikan perambatannya, tetapi dibagi menjadi tiga berkas komponen, yang masing-masing berkontribusi pada warna piksel pada layar dua dimensi: dipantulkan, dibayangi, dan dibiaskan. Jumlah komponen tersebut menentukan kedalaman tracing dan mempengaruhi kualitas dan fotorealisme gambar. Karena fitur konseptualnya, metode ini memungkinkan memperoleh gambar yang sangat fotorealistik, namun, karena intensitas sumber daya yang tinggi, proses rendering membutuhkan banyak waktu.

Render untuk artis

Tetapi rendering bukan hanya rendering perangkat lunak! Seniman berseni juga menggunakannya. Jadi apa yang dirender dari sudut pandang seorang seniman? Hampir sama dengan programmer, hanya seniman konsep yang melakukannya sendiri. Tangan. Sama seperti penyaji dalam video game atau V-ray di Maya, seniman memperhitungkan pencahayaan, hamburan bawah permukaan, kabut, dan faktor lain yang memengaruhi warna akhir permukaan.

Misalnya, gambar di atas dikerjakan secara bertahap dengan cara ini: Sketsa kasar - Garis - Warna - Volume - Render bahan.

Rendering bahan termasuk tekstur, kerja silau - logam, misalnya, paling sering permukaan yang sangat halus yang memiliki silau yang jelas di tepinya. Selain semua ini, seniman dihadapkan dengan rasterisasi grafis vektor, ini hampir sama dengan rasterisasi model 3d.

Rasterisasi grafis vektor

Esensinya hampir sama, ada data kurva 2d, ini adalah kontur yang mendefinisikan objek. Kami memiliki bitmap akhir dan rasterizer mengubah data kurva menjadi piksel. Setelah itu, kami tidak memiliki cara untuk menskalakan gambar tanpa kehilangan kualitas.

Baca lebih banyak

• - penjelasan sederhana tentang shader yang kompleks dan menakutkan
• - Tinjauan partikel yang berguna dan pilihan tutorial video tentang cara membuat efek khusus di Unity3d

kata penutup

Pada artikel ini, saya harap Anda telah menguasai begitu banyak huruf, Anda telah mendapatkan gambaran tentang apa itu rendering, apa jenis rendering yang ada. Jika Anda memiliki pertanyaan, jangan ragu untuk bertanya di komentar, saya pasti akan menjawab. Saya akan berterima kasih atas klarifikasi dan indikasi ketidakakuratan dan kesalahan.

• 1968 Pengecoran sinar(Appel, A. (1968) Beberapa teknik untuk rendering mesin shading padatan. Prosiding Konferensi Komputer Bersama Musim Semi 32 , 37-49.)
• 1970 Algoritme garis pindai(Bouknight, W. J. (1970). Sebuah prosedur untuk generasi presentasi grafis komputer setengah nada tiga dimensi. Komunikasi ACM)
• 1971 naungan gouraud(Gouraud, H. (1971). Tampilan komputer dari permukaan melengkung. Transaksi IEEE di Komputer 20 (6), 623-629.)
• 1974 pemetaan tekstur tesis PhD, Universitas Utah.)
• 1974 penyangga Z(Catmull, E. (1974).Algoritma subdivisi untuk tampilan komputer dari permukaan melengkung. tesis PhD)
• 1975 naungan Phong(Phong, B-T. (1975).Iluminasi untuk gambar yang dihasilkan komputer. Komunikasi ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976 Pemetaan lingkungan(Blinn, J.F., Newell, ME (1976). Tekstur dan refleksi dalam gambar yang dihasilkan komputer. Komunikasi ACM 19 , 542-546.)
• 1977 Volume bayangan(Crow, F.C. (1977). Algoritma bayangan untuk grafik komputer. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242-248.)
• 1978 penyangga bayangan(Williams, L. (1978).Mencetak bayangan melengkung pada permukaan melengkung. 12 (3), 270-274.)
• 1978 pemetaan benjolan(Blinn, J.F. (1978). Simulasi permukaan berkerut. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286-292.)
• 1980 pohon BSP(Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). Pada generasi permukaan yang terlihat oleh struktur pohon apriori. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
• 1980 Pelacakan sinar(Whitted, T. (1980) Model iluminasi yang ditingkatkan untuk tampilan berbayang. Komunikasi ACM 23 (6), 343-349.)
• 1981 Masak shader(Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). Model refleksi untuk grafik komputer. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1981) 15 (3), 307-316.)
• 1983 peta mip(Williams, L. (1983).Parametrik piramida. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1-11.)
• 1984 Pelacakan sinar oktre(Glassner, A.S. (1984). Subdivisi ruang untuk penelusuran sinar cepat. 4 (10), 15-22.)
• 1984 Pengomposisian alfa(Porter, T. Duff, T. (1984).Mengomposisi gambar digital. 18 (3), 253-259.)
• 1984 Pelacakan sinar terdistribusi(Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984).Pelacakan sinar terdistribusi. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137-145.)
• 1984 radiositas(Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Pemodelan interaksi cahaya antara permukaan difus. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213-222.)
• 1985 Radiositas hemi-kubus(Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). Hemi-kubus: solusi radiositas untuk lingkungan yang kompleks. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31-40.)
• 1986 pelacakan sumber cahaya(Arvo, J. (1986).Pelacakan sinar mundur. SIGGRAPH 1986 Perkembangan dalam catatan kursus Ray Tracing)
• 1986 persamaan render(Kajiya, J.T. (1986). Persamaan rendering. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 algoritma Reyes(Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). Arsitektur rendering gambar reyes. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
• 1991 Radiositas hierarkis(Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991).Algoritma radiositas hierarkis cepat. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197-206.)
• 1993 pemetaan nada(Tumblin, J. Rushmeier, H.E. (1993). Reproduksi nada untuk gambar yang dihasilkan komputer realistis. Grafik & Aplikasi Komputer IEEE 13 (6), 42-48.)
• 1993 Hamburan bawah permukaan(Hanrahan, P. Krueger, W. (1993) Refleksi dari permukaan berlapis karena hamburan bawah permukaan. Grafik Komputer (Prosiding SIGGRAPH 1993) 27 (), 165-174.)
• 1995 pemetaan foton(Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Foton memetakan dalam pelacakan sinar monte carlo dua arah dari objek kompleks. Komputer & Grafik 19 (2), 215-224.)
Wikipedia Baca Selengkapnya