Дизайн • 20 апреля 2023 • 5 мин чтения
Рассказываем, какие бывают методы обработки изображений, и даём обзор программ для 3D‑рендеринга.
Что такое рендеринг
С такого начинают свой путь в рендеринге новички
Трёхмерная графика (3D) — это изображения или видео, созданные на основе объектов в трёхмерном пространстве. Прежде чем компьютерная графика визуализируется на экранах, 3D-объекты проходят через специальный конвейер визуализации — пайплайн (от англ. pipeline). Сначала отрисовывается геометрия, затем формируется полигональная сетка — рёбра, грани и вершины, которые задают форму объекта в 3D-графике. Затем на неё накладываются текстуры и различные эффекты. Процесс, который отвечает за то, что необходимо отрисовать, и называется рендером.
Рендеринг (от англ. rendering — «визуализация») — это перевод трёхмерной сцены в двухмерное растровое изображение с помощью компьютерной программы с учётом заданных параметров: освещения, точки наблюдения, материалов. Художник рисует линии, получается силуэт, который можно раскрасить. Потом добавляет текстуры, тени и блики, учитывает условный источник света и в итоге получает объёмное и реалистичное изображение. В компьютерной графике эти действия пошагово выполняет компьютер.
Игры типа «Ведьмак 3» и Atomic Heart, проект дизайнерского интерьера виллы на море, новая часть фильма «Аватар» — во всех этих продуктах применяют технологию рендера, или создания объёмного изображения и сцены на основе загруженных в компьютер данных.
Где используется рендеринг
Для чего нужен рендер: без него не обойтись в разработке дизайнов квартир, создании фильмов, видеоигр и монтаже видеороликов для блога.
3D-дизайн
Архитекторы и дизайнеры используют рендеры, чтобы визуализировать проекты и выгодно представить их строительным компаниям, инвесторам и потенциальным покупателям. Рендеринг активно используется в рекламных кампаниях — реалистичные изображения помогают создать образ конечного продукта.
Эффектно представленная идея увеличивает шансы на заключение сделки. Источник: ArchDaily
Видеоигры
Рендеринг сцен и анимации в играх происходит на стороне игрока — с помощью видеокарты и процессора компьютера, на котором запущена игра, игровой приставки или смартфона.
Современные системы разработки игр, или «движки», позволяют добиться впечатляющей реалистичности
Монтаж видео
Рендеринг используется для сведения отдельных фрагментов в единый файл. Во время рендеринга фотоотпечатки, из которых собирается видеоряд, упаковываются в видеофайл. Проще прокрутить слайд-шоу в виде готового видео, чем каждый раз просчитывать все спецэффекты и титры в отдельном кадре.
После обработки файл сжимается, чтобы его легко можно было воспроизвести на компьютере, телевизоре или загрузить на видеохостинг
Киноиндустрия
Без компьютерной графики не обходятся не только блокбастеры. С помощью рендеринга можно удалить нежелательный фон, возвести целый город и даже добавить слёзы, чтобы усилить игру актёров.
Пример рендеринга графики в кино — фильм База Лурмана «Великий Гэтсби». От простых фонов до целых зданий, большая часть американской мечты Гэтсби была нарисована на компьютере
Чтобы рендерить картинку к фильмам масштаба Marvel, компании арендуют специальные рендер-фермы. Это крупные дата-центры, состоящие из кластеров на видеокартах, и в одном компьютере их может быть несколько. Крупные студии вроде Pixar могут позволить себе собственную ферму. Есть и бесплатные сервисы: там пользователи делятся друг с другом вычислительными способностями своих компьютеров. Так они набирают специальные баллы, которые можно обменять на рендеринг на компьютерах других пользователей, которые объединены в одну общую вычислительную сеть.
Основные понятия в рендеринге
Сфера может быть представлена полигональной сеткой — как слева. Справа применены настройки цвета объектов и базовое освещение. Объекты узнаваемы, но для придания реалистичности нужно сделать кое-что ещё
На реалистичность влияют составляющие, которые нужно проработать в трёхмерном редакторе:
● Форма объекта — это базовая геометрия создаваемого предмета. В зависимости от сюжета и стиля требуется разная детализация. Например, для модели дома понадобится смоделировать не просто кубик, но и окна, двери, черепицу на крыше и другие важные детали.
● Окружение. Для трёхмерной графики важно, в каком окружении размещается модель. Например, шарик у окна будет хорошо освещён, а пол и стены будут слегка отражаться от поверхности модели. Настройка источников освещения, изменение геометрии и цвета предметов вокруг объекта помогут улучшить результат визуализации модели при рендеринге.
● Материалы модели — стекло, металл, пластик и всё, что поможет достичь желаемого эффекта реалистичности. Глянцевый шар для боулинга будет хорошо отражать окружающие предметы, а матовый моток шерстяных ниток — плохо. Важно текстурирование, когда поверх объекта наносится изображение, например древесной коры или футбольного мяча. В зависимости от задач сцены, настройка материалов помогает влиять на сюжет и качество визуализации.
● Настройки камеры. Трёхмерные модели существуют в абстрактном трёхмерном пространстве программы, поэтому, чтобы увидеть их под нужным углом, используется виртуальная камера. Так же как у настоящей камеры, у неё можно настроить глубину резкости, положение, угол обзора и увидеть, какая часть сцены попадёт в кадр.
Сцена с шариками в редакторе Cinema 4D в разных проекциях — сверху, спереди, справа, в перспективе. Справа — панель с перечнем объектов, снизу — используемые текстуры. Внутри сцены — ракурс виртуальной камеры, обозначенный зелёным, и три источника света — они изображены в виде белых плоскостей
Для отображения объекта с обилием характеристик нужна большая вычислительная мощность. Поэтому, пока идёт разработка в рабочем пространстве редактора, картинка, которую создали на сцене, отображается в упрощённом виде, без применённых эффектов.
Пример готовой сцены, где уже есть нужные настройки. Однако шарики по-прежнему выглядят не так эффектно, как задумано
Когда в редакторе трёхмерной графики уже созданы фигуры, подобраны материалы модели, расставлены источники освещения, настроена камера и сцена готова, можно запускать рендеринг. Процесс похож на проявку плёнки в классической фотографии. В случае с трёхмерной графикой такая проявка — это рендер сцены для получения финального графического файла.
Окончательный вариант с применёнными эффектами и настройками можно увидеть только после запуска рендеринга в программе. Теперь шарики выглядят интереснее благодаря глянцевой текстуре. Зелёный шарик на фоне размыт благодаря настройкам, которые имитируют съёмку настоящей камерой
Виды рендеринга
Существует два вида рендеринга: финальный и в реальном времени. Главное различие между ними заключается в скорости, с которой происходит обработка изображений.
Рендеринг в режиме реального времени | Финальный рендер |
|---|---|
Используют в интерактивной графике и играх, где изображения должны создаваться в быстром темпе, например свыше 30 кадров в секунду. Это лёгкий рендер, который позволяет уже в процессе работы понять, какой получится финальная версия файла. Если к одному и тому же объекту применить цвет, то обновлённая версия сразу же отобразится на экране. | Применяют там, где скорость не имеет значения: здесь на рендеринг отводится неограниченное количество времени. Этот метод в основном используется в кинематографе — анимации и визуальных эффектах, где нужно, чтобы зритель поверил в реалистичность происходящего на экране. Рендеринг одной сцены может занимать от нескольких часов до нескольких дней. |
Онлайн-сервис Sketchfab позволяет просматривать трёхмерные модели и моментально рендерит их отображение на экране, используя даже ограниченные мощности смартфонов и браузеров
Техники рендера
Существуют несколько техник рендеринга, разберём самые распространённые: растеризацию, трассировку лучей и физически корректный рендеринг.
Растеризация
Трёхмерная графика состоит из объектов, а они из точек, соединённых линиями, или полигонов. Задача рендеринга — это растеризация всех полигонов, то есть превращение форм трёхмерной сцены в проекцию на двухмерной сетке пикселей, которая выводится на экран пользователя.
В растровой графике рисунок описывается как сетка пикселей. Рендеринг таких изображений называется растеризацией
Трассировка лучей
При растеризации сцены объекты как бы не знают о существовании друг друга, поэтому свет не может отразиться от одной поверхности и попасть на другую. При использовании трассировки со стороны камеры посылаются лучи, которые, попадая на объект, отражаются с одной поверхности на другую и переносят свет к первоначальному источнику. Этот способ имитирует поведение света в реальной жизни. Трассировка лучей уже давно применяется в предварительном рендеринге: её можно подсчитывать сколько угодно раз.
Используя метод трассировки лучей, можно получить такие эффекты, как отражение или преломление света
Физически корректный рендеринг
Это метод компьютерной графики, который позволяет отображать объекты более достоверно благодаря имитации поведения света в реальной жизни. Одно из правил такого способа — объект не может отразить больше лучей, чем на него попало. Методы и алгоритмы этого рендеринга основаны на физически точных формулах и используют свойства реальных материалов.
Физически корректный рендеринг в программе позволяет сосредоточиться на творчестве, а не тратить время на расчёты того, какая прозрачность, степень преломления света и отражающая способность у той или иной поверхности
Программы для рендеринга
Рендеринг используется во всех программах для работы с видео и 3D-графикой. Вот что нужно установить для рендера первой анимации или картинки:
1. Redshift
Программа ориентирована на профессиональный рендеринг. В Redshift художник может свободно переключаться между несколькими источниками света и менять множество других настроек для получения максимально реалистичного эффекта. Благодаря высокой производительности Redshift можно визуализировать высокополигональные сцены и тяжёлые текстуры в короткие сроки.
2. Octane
Используется при реализации самых разнообразных проектов, чаще всего в сфере игровой индустрии. Octane позволяет визуализировать 3D-модели разной сложности и работает со сторонними программами.
3. Arnold
В программе для рендеринга работают 3D-моделлеры, аниматоры, художники по свету. Arnold позволяет визуализировать реалистичных 3D-персонажей, фотореалистичные проекты и сложные сцены для кино и телевидения, игр и проектов визуализации дизайна.
Советы экспертов
Виктория Арсентьева
Важно с самого начала понять, чем хочется заниматься: делать заставки для видео, графику для компьютерных игр, создавать 3D-иллюстрации или визуализации интерьеров. Чем раньше придёт это понимание, тем легче будет путь к мечте. Нужно быть готовым к моментам, когда опускаются руки, особенно если весь день уходит на создание нескольких секунд анимации, а рендеринг длится 30 часов. Поэтому рекомендую поддерживать уровень мотивации, изучая чужие работы, постоянно искать вдохновение и помнить, что со временем всё обязательно получится.
Никита Канюков
Любая технология — это просто инструмент реализации идей, поэтому чем больше инструментов освоено, тем больше решений специалист сможет предложить. Глубже понимание и навык владения инструментом — легче реализовывать идеи. Поэтому изучение 3D, живописи или навыки работы с нейронными сетями — это всё вложения в возможность создавать сложные и интересные проекты.
Дайджест блога: ежемесячная подборка лучших статей от редакции
Читать также:
