Atveidošanas procesam ir būtiska nozīme datorgrafikas izstrādes ciklā. Šeit mēs neieskatīsimies pārāk daudz dziļumā, taču netiktu pārrunāta CG cauruļvada izpēte, vismaz nenorādot 3D attēlus padarīšanas rīkus un metodes.
Tāpat kā jaunattīstības filma
Apdare ir tehniski vissarežģītākais 3D izstrādes aspekts, bet analoga kontekstā to var saprast diezgan viegli: līdzīgi kā filmas fotogrāfam ir jāizstrādā un jāpublicē savas fotogrāfijas, pirms tie tiek parādīti, datorgrafikas speciālistiem ir apgrūtināta līdzīga nepieciešamība.
Kad mākslinieks strādā 3D ainu , modeļi, kurus viņš manipulē, faktiski ir trīsdimensiju telpā esošo punktu un virsmu (precīzāk, virsotņu un daudzstūru) matemātiskais attēlojums.
Termins " izciršana" attiecas uz aprēķiniem, ko veic 3D programmatūras pakotnes renderēšanas dzinējs, lai no matemātiskās tuvināšanas pārvērstu par pabeigtu 2D attēlu. Procesa laikā visas ainas telpiskās, faktūras un apgaismojuma informācija ir apvienota, lai noteiktu katra pikseļa krāsu vērtību saplacinātā attēlā.
Divi apdares veidi
Ir divi galvenie atveidošanas veidi, to galvenā atšķirība ir ātrums, kādā attēli tiek aprēķināti un pabeigti.
- Real-Time Rendering: Real-Time Rendering tiek izmantots vislabāk spēļu un interaktīvajā grafikā, kur attēli no 3D informācijas jāaprēķina neticami strauji.
- Interaktivitāte: Tā kā nav iespējams precīzi paredzēt, kā spēlētājs mijiedarbosies ar spēļu vidi, attēliem jābūt reāllaikā, kad darbība norisinās.
- Ātruma jautājumi: lai kustība parādās šķidrumā, ekrānam ir jāpārklāj vismaz 18 - 20 kadri sekundē. Viss, kas ir mazāks par šo, un darbība parādīsies nemierīgi.
- Metodes: reāllaika izciršana ir ievērojami uzlabota ar specializētu grafikas aparatūru (GPU), un, iepriekš apkopojot tik daudz informācijas, cik vien iespējams. Liela daļa spēļu vides apgaismojuma informācijas tiek iepriekš aprēķinātas un "ceptas" tieši vides tekstu failos, lai uzlabotu renderēšanas ātrumu.
- Bezsaistes režīms vai iepriekšēja renderēšana: bezsaistes renderēšana tiek izmantota situācijās, kad ātrums ir mazāks jautājums, jo aprēķini parasti tiek veikti, izmantojot daudzkodolu procesorus, nevis specializētu grafisko aparatūru.
- Prognozējamība: bezsaistes renderēšana visbiežāk tiek aplūkota animācijā un efektos, jo darbs, kurā vizuālā sarežģītība un fotoreālisms ir daudz augstāks. Tā kā nav neparedzamības par to, kas parādīsies katrā rūtī, lielām studijām ir zināms, ka atsevišķiem kadriem tiek piešķirts līdz pat 90 stundām renderēšanas laiks.
- Fotoreālisms: tā kā bezsaistes izciršana notiek atklātā laika periodā, var panākt augstāku fotoreālisma līmeni nekā ar reāllaika rediģēšanu. Rakstos, vidēs un ar tiem saistītajās tekstūrās un apgaismojumos parasti tiek atļauts lielāks daudzstūris un 4k (vai lielāka) izšķirtspējas tekstūras faili.
Izciršanas paņēmieni
Lielākajai daļai atveidošanas tiek izmantotas trīs galvenās skaitļošanas metodes. Katrai no tām ir savs priekšrocību un trūkumu kopums, padarot visas trīs dzīvotspējīgas iespējas noteiktās situācijās.
- Scanline (vai rastraizēšana): Scanline renderēšana tiek izmantota, ja ātrums ir nepieciešams, kas padara to par izvēles paņēmienu reāllaika renderēšanai un interaktīvai grafikai. Tā vietā, lai attēlotu attēla pikseļu pa pixeli, skanlīniju renderētāji aprēķina daudzstūris ar daudzstūri. Scanline paņēmieni, kas tiek izmantoti kopā ar iepriekš sagatavotu apgaismojumu, var sasniegt ātrumu 60 kadri sekundē vai labāk augstas klases videokartē.
- Raytracing: Raytracing, katram pixel in ainas, viens (vai vairāk) gaismas staru (-us) ir izsekot no kameras līdz tuvākajam 3D objektam. Tad gaismas stars tiek izlaists caur noteiktu skaitu "bounces", kas var ietvert refleksiju vai refrakciju, atkarībā no 3D skatu materiāliem. Katra pikseļa krāsa tiek aprēķināta algoritmiski, pamatojoties uz gaismas staru mijiedarbību ar objektiem tās izsekotajā ceļā. Raytracing spēj palielināt fotoreālismu nekā scanline, bet eksponenciāli lēnāk.
- Radiosity: atšķirībā no raytracing, radiositāte tiek aprēķināta neatkarīgi no kameras un ir orientēta uz virsmu, nevis pixel-by-pixel. Radiositātes primārā funkcija ir precīzāk simulēt virsmas krāsu, ņemot vērā netiešo apgaismojumu (atplūdes difuzīvā gaisma). Radiositāti parasti raksturojas ar mīkstiem graduētām ēnām un krāsainu asiņošanu, kur gaišās krāsas priekšmeti tiek "asiņoti" uz tuvējām virsmām.
- Praksē radiositāte un raytracing bieži vien tiek izmantoti kopā, izmantojot katras sistēmas priekšrocības, lai sasniegtu iespaidīgus fotoreālisma līmeņus.
Renderēšanas programmatūra
Kaut arī izciršana balstās uz neticami sarežģītiem aprēķiniem, mūsdienu programmatūra nodrošina viegli saprotamus parametrus, kas to padara, tāpēc māksliniekam nekad nav jātiek galā ar pamata matemātiku. Renderdators ir iekļauts visos lielajos 3D programmatūras komplektos, un lielākā daļa no tām ietver materiālu un apgaismojuma paketes, kas ļauj sasniegt satriecošu fotoreālisma līmeni.
Divi visizplatītākie renderēšanas dzinēji:
- Mental Ray - iepakots ar Autodesk Maya. Mental Ray ir neticami daudzpusīgs, relatīvi ātrs un, iespējams, vispieredzamākais attēlveidošanas līdzeklis rakstzīmju attēliem, kuriem nepieciešama zemfrekvenču izkliede. Pētnieciskais stars izmanto raytracing un "globālo apgaismojumu" (radiositāti).
- V-Ray - Jūs parasti redzat V-Ray, ko lieto kopā ar 3DS Max-kopā, pāris ir absolūti nepārspējams arhitektūras vizualizācijai un vides pārveidošanai. VRay galvenās priekšrocības salīdzinājumā ar tā konkurentu ir tā apgaismojuma instrumenti un plaša materiālu bibliotēka arhīviem.
Renderēšana ir tehnisks priekšmets, taču tas var būt diezgan interesants, ja jūs patiešām sākat padziļināti apskatīt dažas no kopīgām metodēm.