Рендер или рендеринг используется в трехмерной графике, фильмах и компьютерных играх. Данный процесс необходим для создания реалистичного изображения с учетом параметров, которые задает пользователь. При этом можно воспользоваться различными методами, каждый из которых имеет свой алгоритм.
Что такое рендер и рендеринг?
С таким понятием, как рендер или рендеринг часто можно столкнуться в компьютерных играх или видеомонтаже. При этом художники также сталкиваются с рендером, когда создают свои работы на компьютере. Благодаря этому процессу, графика, которая изображена на ПК, не отличается от реальной фотографии. Но для этого используются тяжелые алгоритмы и большая вычислительная мощность системы.
Для начала необходимо разобраться, в чем различие между рендером и рендерингом. В большинстве случаев это одно понятие. Но иногда рендерингом называют сам процесс, а уже рендером – готовый результат.
Этот метод визуализации помогает создать готовое статическое изображение или набор кадров, анимацию, из предварительно подготовленных 3D объектов. Здесь учитывается множество факторов, текстура, свет, положение и т.д.
Чтобы создать анимацию в фильме или видеоигре, для начала создается 3D объект. После этого определяются все материалы, из которых он изготовлен. Также, стоит учитывать и свет, как именно падает тень, какие детали видны.
Все эти параметры задаются пользователем. После этого начинается процесс рендеринга. Здесь уже участвует компьютер. Используются различные алгоритмы и методы, которые создают готовое изображение. Благодаря точной настройке, готовую картинку часто тяжело отличить от реальной фотографии.
Виды
Существует несколько видов рендера. В первую очередь различают однопоточный и многопоточный. Этот процесс требует большой вычислительной мощности. Здесь нагружается именно процессор. Поэтому стоит позаботиться, чтобы система выдержала такую нагрузку. В противном случае один кадр может выводиться неделями.
При однопоточном рендеринге все вычисления происходят в одном потоке. Так, если есть несколько ядер в процессоре, то рекомендуется задействовать их все. При этом нагрузка буде равномерно распределена. В данном случае речь уже идет о многопоточно рендере. Для примера, при работе над фильмом «Аватар», каждая система имела 40 тысяч процессорных ядер и 104 ТБ оперативной памяти. Но для одного кадра требовалось около 50 часов только на рендеринг.
Также можно встретить разделение между программным или аппаратным рендерингом. Здесь разница заключается в ресурсах, которые будут использованы. В первом случае вся нагрузка идет на центральный процессор.
При аппаратном рендере используется видеокарта. Это позволяет создать готовый кадр в быстрые сроки. Однако последний способ имеет и недостаток, который заключается в худшем качестве изображения. Тот или иной вид выбирается в зависимости от того, что на данный момент важнее, время или качество.
Сферы использования
Рендеринг используется во многих сферах. Так, применяются разные методы визуализации, в зависимости от того, как должен выглядеть конечный продукт. Однако, здесь необходимо учитывать тот факт, что процесс необходим для создания отельного объекта или при видеомонтаже.
В 3D графике
Если говорить о 3D графике, то она используется практически во всех сферах, где нужно предоставить обзор готового продукта. Весь процесс поделен на несколько этапов. Для начала создается сама модель в трехмерном пространстве. После этого, обозначаются предметы, которые находятся рядом. Затем, следует подобрать удачный ракурс, текстуру и освещение. Только после того, как вся подготовка будет завершена, начинается сам рендеринг.
Готовая трехмерная модель преобразуется в статическое двумерное изображение. Благодаря полной настройке, объект выглядит как фотография, а не созданная в редакторе картинка. Он имеет объем, тени и текстуру. Такой подход используется в архитектуре, при разработке дизайна интерьера, в рекламной продукции и в интернет-магазинах.
В Видеомонтаже
Данное понятие часто встречается и в видеомонтаже. Даже, если пользователь не занимался созданием объектов, по завершению ролика, придется заниматься рендером. Здесь речь идет о том, чтобы собрать все дорожки в одно готовое видео.
Процесс не требует участие пользователя. Все, что нужно, это задать параметры, указать все кодеки и форматы. После этого начнется сам рендер. Ему также необходима вычислительная мощность компьютера. Потраченное время будет зависеть от качества ролика и его продолжительности.
Виды рендеринга
Рендеринг можно проводить в реальном времени или предварительно. Тот или иной вид выбирается в зависимости от предназначения. При этом, существует и критерии отбора. Так, если изображение должно обновляться в данный момент, то используется рендер в реальном времени. Для подготовки более качественной картинки применяют предварительный.
Предварительный
В первую очередь стоит отметить, что предварительный рендеринг применяется для создания анимации в фильмах или же для создания изображения. Здесь нет необходимости обновляться в реальном времени.
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.
В реальном времени
Отличный вариант подготовить изображение заранее. Но в некоторых случаях это невозможно. Речь идет о компьютерных играх. Сцена, которая представлена игроку, неполная. Чтобы сохранить вычислительную мощность компьютера, на экране воспроизводится небольшой участок, который доступен для обозрения.
Данный метод действительно снижает нагрузку на ПК пользователя. Но здесь же возникает и другая проблема. Так как отображена не вся графика, системе требуется дозагрузка, и нельзя предварительно знать, в какую сторону игрок повернет камеру.
По этой причине используется рендеринг в реальном времени. Процесс позволяет создавать изображение в данный момент из подготовленного заранее алгоритма. Такой рендер нагружает видеокарту, а не процессор. Последний может быть занят другими задачами.
Если видеокарта недостаточно мощная, то графика начнет виснуть, так как ей нужно определенное время. В таком случае можно прибегнуть к различным хитростям, например, снизить качество текстур или количество кадров.
Методы визуализации 3D
Существуют разные методы визуализации, которые используются в процессе рендера. Каждый из них предназначен для конкретной задачи, так как имеет свой собственный алгоритм. Так, выделяют четыре метода визуализации.
Scanline
Главным приоритетом этого способа, является скорость, а не качество. Именно он применяется в компьютерных играх или в других сферах для отображения графики в реальном времени.
Часто в рендере применяется метод «пиксель за пикселем». Но в данном случае используется «ряд за рядом». Система выделяет видимую поверхность и сначала сортирует полигоны с высшей точкой по Y координате. Если полигон больше не является видимым, то он удаляется при переходе к следующему ряду.
Raytrace
Рейтрейс используется для максимально точной детализации изображения или видео. Здесь главным является качество, в не скорость. Данный метод часто применяется для реалистичных отображений природы и архитектуры. Он также применяется в кино.
В алгоритме работы используются лучи. Они идут от камеры до первого видимого объекта. После этого происходит преломление. Цвет пикселя в данном случае определяется в зависимости от данного луча, который взаимодействует с объектом.
Raycasting
Данный метод схож с предыдущим. Но если в первом случае речь идет о трассировке луча, то здесь используется так называемое «бросание». Цвет пикселя будет зависеть от того, как на него падает освещение, свойства объекта и его материала. При этом здесь не используется преломление.
В данном способе луч не будет отскакивать от первого объекта на второй. Есть только первый предмет, на который попадает луч. Поэтому и работа метода достаточно упрощенная. Системе нет необходимости высчитывать все преломления.
Radiosity
Radiosity часто используется вместе с Raytrace для достижения наиболее качественного изображения. Метод относится к объектно-ориентированному. Здесь учитывается непрямое освещение. Благодаря этому можно получить наиболее правдоподобный цвет.
Главным преимуществом Radiosity можно назвать мягкие тени и отражение, которое поступает от соседних объектов. Так, иногда цвет предмета во многом зависит от того, какие оттенки расположены рядом с ним.