Рендеринг играет решающую роль в производственном процессе каждой студии 3D-анимации. Это заключительный этап производственного этапа и один из наиболее технически сложных аспектов 3D-производства в целом, который тесно связан с процедурами 3D-освещения и визуальных эффектов .
В процессе рендеринга все, что было сделано в области 3D-моделирования , оснастки, анимации, затенения, текстурирования , визуальных эффектов и освещения, будет объединено вместе и преобразовано в 2D-изображения (кадры). Затем рендеры будут переданы на этап постпроизводства конвейера 3D-анимации .
Давайте кратко рассмотрим этап рендеринга 3D-конвейера.
Что такое 3D-рендеринг?
Проще говоря, 3D-рендеринг — это процесс создания изображения на основе трехмерных данных, хранящихся на компьютере. Это очень похоже на фотографирование или съемку виртуальной 3D-сцены.
В фоновом режиме аппаратному и программному обеспечению рендеринга приходится выполнять огромное количество математических вычислений, чтобы преобразовать данные 3D-сцены в изображения. Таким образом, весь вид окончательного рендеринга определяется информацией о моделировании, текстурировании, затенении, освещении и анимации, объединенной вместе и визуализированной пиксель за пикселем.
Технология 3D-рендеринга не ограничивается индустрией 3D-анимации; оно повсюду: в журналах, на телевидении, на обложках книг, в рекламе и во всех цифровых средствах массовой информации.
Что такое проходы рендеринга в 3D-рендеринге?
Рендеринг 3D-сцены часто выполняется во многих отдельных слоях или проходах рендеринга, таких как фон, передний план, тени, блики и т. д. Затем эти слои будут снова объединены на этапе композитинга (постобработки).
Проходы рендеринга дают больше контроля над различными аспектами сцены. Например, если вы создаете взрыв автомобиля, огонь, дым и сам взрывающийся автомобиль будут отображаться отдельно. Таким образом, вы сможете точно настроить параметры, создать варианты рендеринга и выбрать лучший из них без необходимости рендерить всю сцену снова и снова.
Какие методы рендеринга наиболее универсальны?
С момента появления технологии 3D-рендеринга были разработаны различные методы, основанные на различных потребностях; от нереалистичного каркасного рендеринга до продвинутого реалистичного. Каждый из этих методов лучше подходит для определенной цели.
Процесс рендеринга может быть дорогостоящим в вычислительном отношении. Однако продолжающийся рост вычислительной мощности компьютеров, особенно в последние годы, позволил нам создавать 3D-анимационный контент гораздо более высокого качества и намного быстрее.
В зависимости от количества времени, необходимого для рендеринга одного изображения, методы рендеринга можно разделить на два основных типа; хотя грань между ними становится все более размытой с точки зрения качества:
- Рендеринг в реальном времени:
Как следует из названия, методы рендеринга в реальном времени достаточно быстры, чтобы рассчитывать и отображать максимально возможную степень фотореализма в реальном времени для интерактивных медиа, таких как видеоигры и симуляции, с минимальной скоростью 20 кадров в секунду.
- Рендеринг не в реальном времени:
Неинтерактивные носители, такие как художественные фильмы, мультсериалы или короткие анимации, могут содержать гораздо больше деталей и, следовательно, требуют больше времени для рендеринга. Это дополнительное время может позволить студии 3D-анимации использовать ограниченную вычислительную мощность для создания анимированного контента гораздо более высокого качества. Рендеринг каждого кадра может занять от нескольких секунд до нескольких дней; в зависимости от уровня сложности сцены. Последовательное отображение этих кадров с правильной скоростью в конечном итоге создаст иллюзию движения в глазах зрителей.
3 наиболее часто используемых метода рендеринга
Несмотря на приведенную выше классификацию, существует ряд вычислительных методов выполнения процесса рендеринга; каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Эти свойства делают каждый по-своему правильный выбор. В одном проекте будет использоваться только один из этих методов.
1. Развертка:
Техника развертки визуализирует изображения на основе полигонов, а не пикселей, и наиболее полезна для рендеринга в реальном времени или интерактивных медиа; где скорость является определяющим фактором. В сочетании с запеченным освещением можно достичь приемлемого уровня качества при гораздо более высокой частоте кадров.
2. Трассировка лучей:
Трассировка лучей способна обеспечить больший фотореализм за счет скорости. В этом методе один или несколько лучей света прослеживаются от камеры до ближайших объектов, а затем проходят через несколько отражений; создание таких эффектов, как отражение, преломление, рассеяние и дисперсия, в зависимости от материала, на который он попадает.
Цвет каждого пикселя также рассчитывается на основе взаимодействия луча света с материалом окружающих виртуальных объектов. Трассировка лучей в основном используется для таких приложений, как неподвижные изображения или визуальные эффекты, где скорость не является критическим фактором и важен фотореализм.
3. Радиозитность:
Излучение — это метод расчета по поверхностям, независимый от камеры, который учитывает непрямое освещение или отраженный рассеянный свет. Освещение поверхности происходит не только непосредственно от источников света, но и от других поверхностей, отражающих свет. Мягкие градуированные тени и растекание цвета являются одними из основных характеристик рендеров, созданных с помощью техники Radiosity. Поскольку метод не зависит от точки обзора, он также приводит к увеличению объема вычислений и, следовательно, времени рендеринга. Но по качеству и степени фотореализма оно того определенно стоило бы.
Что такое механизм 3D-рендеринга?
Механизм 3D-рендеринга — это модуль в программном обеспечении 3D, который отвечает за выполнение вычислений, необходимых для создания графического вывода 3D-сцены. Другими словами, механизм рендеринга берет 3D-модели, а также данные камеры, текстурирования, освещения и затенения и превращает их в серию пикселей, которые можно отобразить в виде изображения.
Механизмы рендеринга используют вычислительную мощность центрального процессора или графического процессора для выполнения своих вычислений. Сегодня на рынке доступно множество механизмов рендеринга; в виде собственного механизма рендеринга программного пакета, плагина или автономного продукта. Однако существует ряд механизмов рендеринга, которые наиболее часто используются в индустрии 3D-анимации.
Какие существуют лучшие движки рендеринга?
Сегодня доступно множество движков рендеринга, включая Arnold, Redshift, Renderman, V-Ray, Corona и т. д. Здесь, в Startfire Studio, мы используем эти два:
1. Arnold
Arnold — это усовершенствованный механизм рендеринга с трассировкой лучей, лучше всего подходящий для анимационных художественных фильмов и визуальных эффектов, доступных как в версиях с процессором, так и с графическим процессором. Многие анимационные студии по всему миру, включая Sony Pictures Imageworks, используют Arnold в качестве основного механизма рендеринга. Это встроенный интерактивный рендерер для пакетов программного обеспечения Maya и 3Ds Max.
Некоторые из основных функций механизма рендеринга Arnold включают в себя:
- Фотореалистичные рендеры
- Легко использовать
- Эффективная память
- Легко переключиться на
2. Redshift
Механизмы рендеринга на базе графического процессора, такие как Redshift, были разработаны для ускорения создания 3D-изображений. Redshift — это мощный механизм рендеринга, созданный для высококачественного производственного рендеринга и разработанный ветеранами программного обеспечения и видеоигр. В настоящее время большое количество анимационных студий любого размера и творческих людей используют этот механизм 3D-рендеринга для различных приложений компьютерной графики.
Некоторые из основных функций механизма рендеринга Redshift включают в себя:
- Простота использования
- Молниеносный рендеринг
- Универсальность и фотореалистичные результаты
- Бесшовная интеграция
- Поддержка фермы рендеринга
Как студии рендеринга используют оборудование для 3D-рендеринга?
Недавнее увеличение вычислительной мощности оборудования для рендеринга и одновременное падение цен сделали производство 3D-анимации в домашних условиях доступным на домашнем компьютере.
Однако студиям 3D-анимации, таким как Startfire, обычно необходимо использовать более эффективную аппаратную настройку, называемую «фермой рендеринга», для гораздо более быстрого создания изображений рендеринга. Рендер-ферма — это высокопроизводительный компьютерный кластер, созданный исключительно для рендеринга компьютерных изображений. Например, если один компьютер может отрендерить 400 кадров за 4 дня, ферма рендеринга, состоящая из 5 компьютеров, может сделать то же самое за 1 день или даже меньше, разделив ее.
3D-рендеринг, тесно связанный с освещением и процедурами 3D-визуальных эффектов, представляет собой технически сложный и заключительный этап этапа производства 3D-анимации. На этом этапе должны быть выполнены все расчеты, необходимые для преобразования 3D-моделей со всеми их уникальными свойствами в неподвижные изображения (а затем и в видео).
Помимо 3D-анимации, 3D-рендеринг является неотъемлемой частью многих отраслей, таких как архитектура, спецэффекты и разработка продуктов. Поэтому сегодня существует широкий выбор программного обеспечения для рендеринга; каждый из которых больше всего подходит для конкретного применения.
Каждая сцена 3D-анимационного видео чаще всего визуализируется в несколько слоев, включая объекты, цвета, фон, передний план и т. д. Слои будут снова интегрированы на этапе постобработки (композитинг).
