Что такое рендер. Рендер - это что такое? Как его настроить? Что такое Рендеринг видео
" itemprop="image">
В продолжении ликбеза по компьютерной графике как для программистов, так и для художников хочу поговорить о том что такое рендеринг
. Вопрос не так сложен как кажется, под катом подробное и доступное объяснение!
Я начал писать статьи, которые являются ликбезом для разработчика игр. И поторопился, написав статью про , не рассказав что же такое рендеринг. Поэтому эта статья будет приквелом к введению в шейдеры и отправным пунктом в нашем ликбезе.
Что такое рендеринг? (для программистов)
Итак, Википедия дает такое определение: Ре́ндеринг (англ. rendering - «визуализация») - термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.
Довольно неплохое определение, продолжим с ним. Рендеринг — это визуализация. В компьютерной графике и 3д-художники и программисты под рендерингом понимают создание плоской картинки - цифрового растрового изображения из 3д сцены.
То есть, неформальный ответ на наш вопрос «Что такое рендеринг?» — это получение 2д картинки (на экране или в файле не важно). А компьютерная программа, производящая рендеринг, называется рендером (англ. render) или рендерером (англ. renderer).
Рендер
В свою очередь словом «рендер» называют чаще всего результат рендеринга. Но иногда и процесс называют так же (просто в английском глагол — render перенесся в русский, он короче и удобнее). Вы, наверняка, встречали различные картинки в интернете, с подписью «Угадай рендер или фото?». Имеется ввиду это 3D-визуализация или реальная фотография (уж настолько компьютерная графика продвинулась, что порой и не разберешься).
Виды рендеринга
В зависимости от возможности сделать вычисления параллельными существуют:
- многопоточный рендеринг — вычисления выполняются параллельно в несколько потоков, на нескольких ядрах процессора,
- однопоточный рендеринг — в этом случае вычисления выполняются в одном потоке синхронно.
Существует много алгоритмов рендеринга, но все их можно разделить на две группы по принципу получения изображения: растеризация 3д моделей и трасировка лучей. Оба способа используются в видеоиграх. Но трасировка лучей чаще используется не для получения изображений в режиме реального времени, а для подготовки так называемых лайтмапов — световых карт, которые предрасчитываются во время разработки, а после результаты предрасчета используются во время выполнения.
В чем суть методов? Как работает растеризация и трасировка лучей? Начнем с растеризация.
Растеризация полигональной модели
Сцена состоит из моделей, расположенных на ней. В свою очередь каждая модель состоит из примитивов.
Это могут быть точки, отрезки, треугольники и некоторые другие примитивы, такие как квады например. Но если мы рендерим не точки и не отрезки, любые примитивы превращаются в треугольники.
Задача растеризатора (программа, которая выполняет растеризацию) получить из этих примитивов пиксели результирующего изображения. Растеризация в разрезе графического пайплайна, происходит после вершинного шейдера и до фрагментного ().
*возможно следующей статьёй будет обещанный мной разбор графического пайплайна, напишите в комментариях нужен ли такой разбор, мне будет приятно и полезно узнать скольким людям интересно это всё. Я сделал отдельную страничку где есть список разобранных тем и будущих —
В случае с отрезком нужно получить пиксели линии соединяющей две точки, в случае с треугольником пиксели которые внутри него. Для первой задачи применяется алгоритм Брезенхема, для второй может применяться алгоритм заметания прямыми или проверки барицентрических координат.
Сложная модель персонажа состоит из мельчайших треугольников и растеризатор генерирует из неё вполне достоверную картинку. Почему тогда заморачиваться с трассировкой лучей? Почему не растеризовать и все? А смысл вот в чем, растеризатор знает только своё рутинное дело, треугольники — в пиксели. Он ничего не знает об объектах рядом с треугольником.
А это значит что все физические процессы которые происходят в реальном мире он учесть не в состоянии. Эти процессы прямым образом влияют на изображение. Отражения, рефлексы, тени, подповерхностное рассеивание и так далее! Все без чего мы будем видеть просто пластмассовые модельки в вакууме…
А игроки хотят графоний! Игрокам нужен фотореализм!
И приходится графическим программистам изобретать различные техники, чтобы достичь близости к фотореализму. Для этого шейдерные программы используют текстуры, в которых предрассчитаны разные данные света, отражения, теней и подповерхностного рассеивания.
В свою очередь трассировка лучей позволяет рассчитать эти данные, но ценой большего времени рассчета, которое не может быть произведено во время выполнения. Рассмотрим, что из себя представляет этот метод.
Трасировка лучей (англ. ray tracing )
Помните о корпускулярно волновом дуализме? Напомню в чем суть: свет ведёт себя и как волны и как поток частиц — фотонов. Так вот трассировка (от англ «trace» прослеживать путь), это симуляция лучей света, грубо говоря. Но трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо долгое время.
Мы ограничимся относительно малым количеством, и будем трассировать лучи по нужным нам направлениям.
А какие направления нам нужны? Нам надо определять какие цвета будут иметь пиксели в результирующей картинке. Тоесть количество лучей мы знаем, оно равно количеству пикселей в изображении.
Что с направлением? Все просто, мы будем трассировать лучи в соответствии с точкой наблюдения (то как наша виртуальная камера направлена). Луч встретится в какой-то точке с объектом сцены (если не встретится, значит там темный пиксель или пиксель неба из скайбокса, например).
При встрече с объектом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три луча-компонента, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пикселя на двумерном экране: отражённый, теневой и преломлённый. Количество таких компонентов определяет глубину трассировки и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако из-за большой ресурсоёмкости процесс визуализации занимает значительное время.
Рендеринг для художников
Но рендеринг это не только программная визуализация! Хитрые художники тоже используют его. Так что такое рендеринг с точки зрения художника? Примерно то же самое, что и для программистов, только концепт-художники выполняют его сами. Руками. Точно так же как рендерер в видео-игре или V-ray в Maya художники учитывают освещение, подповерхностное рассеивание, туман и др. факторы, влияющие на конечный цвет поверхности.
К примеру картинка выше, поэтапно прорабатывается таким образом: Грубый скетч — Лайн — Цвет — Объем — Рендер материалов.
Рендер материалов включает в себя текстурирование, проработку бликов — металлы, например, чаще всего очень гладкие поверхности, которые имеют четкие блики на гранях. Помимо всего этого художники сталкиваются с растеризацией векторной графики, это примерно то же самое, что и растеризация 3д-модели.
Растеризация векторной графики
Суть примерно такая же, есть данные 2д кривых, это те контуры, которыми заданы объекты. У нас есть конечное растровое изображение и растеризатор переводит данные кривых в пиксели. После этого у нас нет возможности масштабировать картинку без потери качества.
Читайте дальше
- — простое объяснение сложных и страшных шейдеров
- — Полезный обзор частиц и подборка видео-уроков, по созданию спецэффектов в Unity3d
Послесловие
В этой статье, я надеюсь, вы осили столько букв, вы получили представление о том, что такое рендеринг, какие виды рендеринга существуют. Если какие-то вопросы остались — смело задавайте их в комментариях, я обязательно отвечу. Буду благодарен за уточнения и указания на какие-то неточности и ошибки.
02ОктЧто такое Рендер (Рендеринг)
Рендер (Рендеринг) — это процесс создания финального изображения или последовательности из изображений на основе двухмерных или трехмерных данных. Данный процесс происходит с использованием компьютерных программ и зачастую сопровождается трудными техническими вычислениями, которые ложатся на вычислительные мощности компьютера или на отдельные его комплектующие части.
Процесс рендеринга так или иначе присутствует в разных сферах профессиональной деятельности, будь то киноиндустрия, индустрия видеоигр или же видеоблогинг. Зачастую, рендер является последним или предпоследним этапом в работе над проектом, после чего работа считается завершенной или же нуждается в небольшой постобработке. Также стоит отметить, что нередко рендером называют не сам процесс рендеринга, а скорее уже завершенный этап данного процесса или его итоговый результат.
слова «Рендер».
Слово Рендер (Рендеринг) — это англицизм, который зачастую переводится на русский язык словом “Визуализация ”.
Что такое Рендеринг в 3D?
Чаще всего, когда мы говорим о рендере, то имеем в виду рендеринг в 3D графике. Сразу стоит отметить, что на самом деле в 3D рендере нету трех измерений как таковых, которые мы зачастую можем увидеть в кинотеатре надев специальные очки. Приставка “3D” в название скорее говорит нам о способе создание рендера, который и использует 3-х мерные объекты, созданные в компьютерных программах для 3D моделирования. Проще говоря, в итоге мы все равно получаем 2D изображение или их последовательность (видео) которые создавались (рендерелись) на основе 3-х мерной модели или сцены.
Рендеринг — это один из самых сложных в техническом плане этапов в работе с 3D графикой. Чтоб объяснить эту операцию простым языком, можно привести аналогию с работами фотографов. Для того, чтоб фотография предстала во всей красе, фотографу нужно пройти через некоторые технические этапы, например, проявление пленки или печать на принтере. Примерно такими же техническими этапами и обременены 3d художники, которые для создания итогового изображения проходят этап настройки рендера и сам процесс рендеринга.
Построение изображения.
Как уже говорилось ранее, рендеринг — это один из самых сложных технических этапов, ведь во время рендеринга идут сложные математические вычисления, выполняемые движком рендера. На этом этапе, движок переводит математические данные о сцене в финальное 2D-изображение. Во время процесса идет преобразование 3d-геометрии, текстур и световых данных сцены в объединенную информацию о цветовом значение каждого пикселя в 2D изображение. Другими словами, движок на основе имеющихся у него данных, просчитывает то, каким цветом должен быть окрашено каждый пиксель изображения для получения комплексной, красивой и законченной картинки.
Основные типы рендеринга:
В глобальном плане, есть два основных типа рендеринга, главными отличиями которых является скорость, с которой просчитывается и финализируется изображение, а также качество картинки.
Что такое Рендеринг в реальном времени?
Рендеринг в реальном времени зачастую широко используется в игровой и интерактивной графике, где изображение должно просчитываться с максимально большой скоростью и выводиться в завершенном виде на дисплей монитора моментально.
Поскольку ключевым фактором в таком типе рендеринга есть интерактивность со стороны пользователя, то изображение приходится просчитывать без задержек и практически в реальном времени, так как невозможно точно предсказать поведение игрока и то, как он будет взаимодействовать с игровой или с интерактивной сценой. Для того, чтоб интерактивная сцена или игра работала плавно без рывков и медлительности, 3D движку приходится рендерить изображение со скоростью не менее 20-25 кадров в секунду. Если скорость рендера будет ниже 20 кадров, то пользователь будет чувствовать дискомфорт от сцены наблюдая рывки и замедленные движения.
Большую роль в создание плавного рендера в играх и интерактивных сценах играет процесс оптимизации. Для того, чтоб добиться желаемой скорости рендера, разработчики применяют разные уловки для снижения нагрузки на рендер движок, пытаясь снизить вынужденное количество просчетов. Сюда входит снижение качества 3д моделей и текстур, а также запись некоторой световой и рельефной информации в заранее запеченные текстурные карты. Также стоит отметить, что основная часть нагрузки при просчете рендера в реальном времени ложиться на специализированное графическое оборудование (видеокарту -GPU), что позволяет снизить нагрузку с центрального процессора (ЦП) и освободить его вычислительные мощности для других задач.
Что такое Предварительный рендер?
К предварительному рендеру прибегают тогда, когда скорость не стоит в приоритете, и нужды в интерактивности нет. Данный тип рендера используется чаще всего в киноиндустрии, в работе с анимацией и сложными визуальными эффектами, а также там, где нужен фотореализм и очень высокое качество картинки.
В отличие от Рендера в реальном времени, где основная нагрузка приходилась на графические карты(GPU) В предварительном рендере нагрузка ложится на центральный процессор(ЦП) а скорость рендера зависит от количества ядер, многопоточности и производительности процессора.
Нередко бывает, что время рендера одного кадра занимает несколько часов или даже несколько дней. В данном случаи 3D художникам практически не нужно прибегать к оптимизации, и они могут использовать 3D модели высочайшего качества, а также текстурные карты с очень большим разрешением. В итоге, картинка получается значительно лучше и фото-реалистичней по сравнению с рендером в реальном времени.
Программы для рендеринга.
Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.
Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:
- 3ds Max;
- Maya;
- Blender;
- Cinema 4d и др.
Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки. К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:
- V-ray;
- Mental ray;
- Corona renderer и др.
Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.
Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.
Методы визуализации.
Большинство рендер движков использует три основных метода вычисления. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки, но все три метода имеют право на своё применение в определенных ситуациях.
1. Scanline (сканлайн).
Сканлайн рендер — выбор тех, кто приоритет отдаст скорости, а не качеству. Именно за счет своей скорости, данный тип рендера зачастую используется в видеоиграх и интерактивных сценах, а также во вьюпортах различных 3D пакетов. При наличие современного видеоадаптера, данный тип рендера может выдавать стабильную и плавную картинку в реальном времени с частотой от 30 кадров в секунду и выше.
Алгоритм работы:
Вместо рендеринга «пикселя по пикселю», алгоритм функционирования «scanline» рендера заключается в том, что он определяет видимую поверхность в 3D графике, и работая по принципу «ряд за рядом», сперва сортирует нужные для рендера полигоны по высшей Y координате, что принадлежит данному полигону, после чего, каждый ряд изображения просчитывается за счет пересечения ряда с полигоном, который является ближайшим к камере. Полигоны, которые больше не являются видимыми, удаляются при переходе одного ряда к другому.
Преимущество данного алгоритма в том, что отсутствует необходимость передачи координат о каждой вершине с основной памяти в рабочую, а транслируются координаты только тех вершин, которые попадают в зону видимости и просчета.
2. Raytrace (рейтрейс).
Этот тип рендера создан для тех, кто хочет получить картинку с максимально качественной и детализированной прорисовкой. Рендеринг именно этого типа, имеет очень большую популярность у любителей фотореализма, и стоит отметить что не спроста. Довольно часто с помощью рейтрейс-рендеринга мы можем увидеть потрясающе реалистичные кадры природы и архитектуры, которые отличить от фотографии удастся не каждому, к тому же, нередко именно рейтрейс метод используют в работе над графиков в CG трейлерах или кино.
К сожалению, в угоду качеству, данный алгоритм рендеринга является очень медлительным и пока что не может использоваться в риал-тайм графике.
Алгоритм работы:
Идея Raytrace алгоритма заключается в том, что для каждого пикселя на условном экране, от камеры прослеживается один или несколько лучей до ближайшего трехмерного объекта. Затем луч света проходит определенное количество отскоков, в которые может входить отражения или преломления в зависимости от материалов сцены. Цвет каждого пикселя вычисляется алгоритмически на основе взаимодействия светового луча с объектами в его трассируемом пути.
Метод Raycasting.
Алгоритм работает на основе «бросания» лучей как будто с глаз наблюдателя, сквозь каждый пиксель экрана и нахождения ближайшего объекта, который преграждает путь такого луча. Использовав свойства объекта, его материала и освещения сцены, мы получаем нужный цвет пикселя.
Нередко бывает, что «метод трассировки лучей» (raytrace) путают с методом «бросания лучей» (raycasting). Но на самом деле, «raycasting» (метод бросания луча) фактически является упрощенным «raytrace» методом, в котором отсутствует дальнейшая обработка отбившихся или заломленных лучей, а просчитывается только первая поверхность на пути луча.
3. Radiosity.
Вместо «метода трассировки лучей», в данном методе просчет работает независимо от камеры и является объектно-ориентированным в отличие от метода «пиксель по пикселю». Основная функция “radiosity” заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета непрямого освещения (отскок рассеянного света).
Преимуществами «radiosity» являются мягкие градуированные тени и цветовые отражения на объекте, идущие от соседних объектов с ярким окрасом.
Достаточно популярна практика использования метода Radiosity и Raytrace вместе для достижения максимально впечатляющих и фотореалистичных рендеров.
Что такое Рендеринг видео?
Иногда, выражение «рендерить» используют не только в работе с компьютерной 3D графикой, но и при работе с видеофайлами. Процесс рендеринга видео начинается тогда, когда пользователь видеоредактора закончил работу над видеофайлом, выставил все нужные ему параметры, звуковые дорожки и визуальные эффекты. По сути, все что осталось, это соединить все проделанное в один видеофайл. Этот процесс можно сравнить с работой программиста, когда он написал код, после чего все что осталось, это скомпилировать весь код в работающую программу.
Как и у 3D дизайнера, так и у пользователя видеоредактора, процесс рендеринга идет автоматически и без участия пользователя. Все что требуется, это задать некоторые параметры перед стартом.
Скорость рендеринга видео зависит от продолжительности и качества, которое требуется на выходе. В основном, большая часть просчета ложиться на мощность центрального процессора, поэтому, от его производительности и зависит скорость видео-рендеринга.
Категории: , / / отУ многих часто возникают вопросы по поводу улучшения визуального качества визуализаций в 3ds Max и сокращению затрачиваемого на них времени. Основные советы, которые можно дать в качестве ответа на этот вопрос, касаются оптимизации геометрии, материалов и текстур.
1. Оптимизация геометрии 3D-моделей
В процессе моделирования необходимо придерживаться минимально возможного количества полигонов, потому что если модель содержит много ненужных полигонов, это влечет за собой увеличение времени на визуализацию.
Не допускайте ошибок в геометрии моделей, таких как открытые рёбра, перекрывающиеся полигоны. Старайтесь, чтобы модели были как можно более чистыми.
2. Какими должны быть текстуры Размер текстуры должен соответствовать размеру модели на финальном рендере. К примеру, если вы скачали где-нибудь текстуру с разрешением 3000 х 3000 пикселей, а модель, к которой её применяете, находится на заднем плане сцены или имеет совсем маленький масштаб, то визуализатор будет перегружен излишним разрешением текстуры.
Взгляните на этот пример рендера:
Следует иметь в виду, что для усиления реализма к материалам необходимо добавлять карты Bump (Неровности) и Specular (Зеркальные отражения), поскольку в реальности каждый объект обладает рельефом и отражательной способностью. Создать такие карты из оригинальной текстуры не составит проблемы - достаточно поверхностных знаний Adobe Photoshop .
Правильное освещение
Чрезвычайно важный пункт. Старайтесь всегда применять системы физического освещения, приближенные к реальным, такие как Daylight System (Система дневного освещения), а также VRay Sun и Sky , HDRI, а в качестве источников света в интерьерах использовать фотометрические с профилями IES. Это прибавит сцене реализма, так как в этом случае при рендере будут задействованы настоящие алгоритмы вычисления световой информации.
Не забывайте о гамма-коррекции изображений! При гамме 2.2 цвета в 3ds Max будут отображаться правильно. Однако увидеть их такими можно только, если ваш монитор правильно откалиброван.
4. Масштаб сцены
Для получения рендеров пристойного качества масштаб единиц измерения в сцене имеет колоссальное значение. Чаще всего у нас принято работать в сантиметрах. Это позволяет не только создавать модели более точными, но также помогает при расчете освещения и отражений.
5. Настройки визуализации
Если работаете с VRay, то для сглаживания краёв изображения рекомендуется использовать Adaptive DMC
. Однако для достижения наилучших результатов в сценах с большим количеством деталей и множеством размытых отражений лучше применять Fixed
- с этим типом изображений он работает лучше всего. Количество сабдивов при этом желательно устанавливать не менее 4, а лучше 6.
Для расчета непрямого освещения (Indirect Illumination) используйте связку Irradiance Map + Light Cache
. Такой тандем позволяет быстро рассчитать освещённость в сцене, но если хочется большей детализации, можно включить опцию Detail Enhancement
(Улучшение детализации) в настройках Irradiance Map, а в Light Cache активировать Pre-Filter
(Префильтрация). Таким образом можно снизить зашумлённость картинки.
Хорошего качества теней можно добиться, установив количество сабдивов в настройках источников света VRay на 15-25. Помимо этого всегда используйте физическую камеру VRay, с помощью которой можно получить полный контроль над представлением света в сцене.
А для полного контроля над балансом белого, попробуйте поработать в шкале температур Кельвина. Приведу для справки таблицу температур, которой полезно будет пользоваться при работе в 3ds Max (меньшая величина означает более тёплые / красные оттенки, а более высокая даёт прохладные / синие тона):
Шкала цветовых температур Кельвина по наиболее распространённым источникам света
- Горящая свеча - 1900К
- Галогенные лампы - 3200К
- Лампы заливающего света и пилотный свет - 3400К
- Восход солнца - 4000К
- Флуоресцентный свет (холодный белый) - 4500К
- Дневной свет - 5500К
- Вспышка фотоаппарата - 5500К
- Студийный свет - 5500К
- Свет от экрана монитора компьютера - 5500-6500К
- Лампа дневного света - 6500К
- Открытая тень (термин из фотографии) - 8000К
Исправляем бледные цвета в 3ds Max при гамме 2.2
|
Работа с цветами по схеме формирования CMYK Не всегда приходится иметь дело только с RGB. Иногда попадаются цвета для печати по схеме CMYK, и их нужно преобразовывать в RGB, поскольку 3ds Max поддерживает только. Можно, конечно, запустить Adobe Photoshop и переводить значения в нём, но есть способ более удобный. Для 3ds Max создан новый тип селектора цветов - Cool Picker, который позволяет видеть значения цвета во всех возможных цветовых схемах непосредственно в Максе. Скачайте плагин Cool Picker отсюда для своей версии 3ds Max. Устанавливается он очень просто: сам файл с расширением dlu нужно поместить в папку 3ds Max\plugins. Сделать его активным можно, перейдя в меню Customize > Preferences > вкладка General > Color Selector: Cool Picker. Таким образом, он заменит собой стандартный селектор цветов.
Есть вопросы? Задавайте
Начало формы
Использование гаммы 2.2 в 3ds max + V-Ray на практике
После теоретической части по настройке гаммы в V-Ray и 3ds max, мы переходим непосредственно к практике.
Многие пользователи 3ds max, особенно те, которые сталкиваются с визуализацией интерьеров, замечают, что при постановке физически правильного освещения, определённые места в сцене всё равно затемнены, хотя на самом деле всё должно быть освещено хорошо. Особенно это заметно в углах геометрии и на теневой стороне объектов.
Каждый пытался решить эту проблему по-разному. Начинающие пользователи 3ds max первым делом старались исправить это простым увеличением яркости источников света.
Такой подход приносит определённые результаты, увеличивается общая освещённость сцены. Однако, он также приводит к нежелательным пересвечиваниям, причиной которых являются данные источники света. Это никак не меняет в лучшую сторону ситуацию с нереалистичным изображением. Одна проблема с темнотой (в труднодоступных для света местах) сменяется другой проблемой - с пересвечиваниями (рядом с источниками света).
Некоторые люди изобретали более сложные способы "решения" проблемы, добавляя в сцену дополнительные источники освещения, делая их невидимыми для камеры, чтобы просто подсветить затемнённые места. Вместе с этим ни о каком реализме и физической точности изображения говорить уже не приходится. Параллельно с подсветкой затемнённых мест исчезали тени, и создавалось впечатление, что объекты сцены парят в воздухе.
Все вышеприведённые способы борьбы с неправдоподобной тьмой слишком прямолинейны и очевидны, но неэффективны.
Суть проблемы тёмных рендеров состоит в том, что значение гаммы изображения и монитора различны.
Что такое гамма?
Гамма - это степень нелинейности перехода цвета от тёмных значений к ярким. С математической точки зрения значение линейной гаммы равно 1.0, именно поэтому такие программы, как 3ds max, V-Ray и пр. по умолчанию выполняют расчёты в гамме 1.0. Но значение гаммы 1.0 совместимо только с "идеальным" монитором, который обладает линейной зависимостью отображения перехода цвета от белого к чёрному. Но поскольку таких мониторов в природе не существует, фактическая гамма нелинейна.
Значение гаммы для стандарта видео NTSC составляет 2.2. Для компьютерных дисплеев значение гаммы, как правило, находится в пределах от 1.5 до 2.0. Но для удобства нелинейность цветового перехода на всех экрана считается равной 2.2.
Когда монитор с гаммой 2.2 показывает изображение, гамма которого составляет 1.0, то на экране мы видим тёмные цвета в гамме 1.0 вместо ожидаемых ярких цветов гаммы 2.2. Поэтому цвета из среднего диапазона (Zone 2) становятся темнее при просмотре изображения с гаммой 1.0 на устройстве вывода с гаммой 2.2. Однако в диапазоне тёмных тонов (Zone 1) представление гаммы 1.0 и 2.2 очень схоже, что позволяет отображать тени и чёрные цвета правильным образом.
В областях со светлыми тонами (Zone 3) также наблюдается много сходства. Следовательно, яркое изображение с гаммой 1.0 также достаточно корректно отображается на мониторе с гаммой 2.2.
И поэтому чтобы получить надлежащий вывод гаммы 2.2, должна быть изменена гамма исходного изображения. Конечно, это можно сделать и в Photoshop, отрегулировав гамму там. Но вряд ли можно назвать удобным такой способ, когда вы каждый раз меняете настройки изображения, сохраняете их себе на жёсткий диск, и редактируете в растровом редакторе... Из-за этого мы и не будем рассматривать этот вариант, да к тому же такой способ обладает ещё более существенными недостатками. Современные средства визуализации, такие как V-Ray, рассчитывают изображение адаптивно, поэтому точность расчёта зависит от многих параметров, включая яркость света в определённой области. Таким образом, в местах с тенью V-Ray просчитывает освещённость изображения менее точно, и сами такие места становятся зашумлёнными. А в ярких и хорошо различимых областях изображения расчёт визуализации проходит с большей аккуратностью и с минимумом артефактов. Это позволяет ускорить рендеринг благодаря экономии времени на едва различимых областях изображения. Поднимая гамму выходного изображения в Photoshop, изменяется яркость частей изображения, которые V-Ray посчитал менее значимыми и понизил качество их расчётов. Таким образом становятся видимыми все нежелательные артефакты, а картинка выглядит просто ужасно, но зато ярче, чем до того В добавок изменится также гамма текстур, они будут выглядеть блекло и бесцветно.
Единственным верным выходом из этой ситуации является изменение значения гаммы, в которой работает визуализатор V-Ray. Так вы получите приемлемую яркость в полутонах, где не будет таких очевидных артефактов.
В уроке будет показано, как настраивается гамма в визуализаторе V-Ray и 3ds max.
Чтобы изменить гамму, с которой будет работать V-Ray, достаточно найти раскрывающуюся вкладку V-Ray: Color Mapping , которая находится на вкладке V-Ray, которая в свою очередь располагается в окне Render Scene (F10), и установить значение Gamma: в 2.2.
Особенность V-Ray заключается в том, что коррекция гаммы цветового отображения работает только в V-Ray Frame Buffer, поэтому если вы хотите увидеть результаты ваших манипуляций с гаммой, то необходимо включить кадровый буфер V-Ray: Frame Buffer на вкладке V-Ray.
После этого рендеринг будет проходить с необходимой нам гаммой 2.2, с нормально освещёнными полутонами. Есть ещё один недостаток, и заключается он в том, что используемые в сцене текстуры будут выглядеть светлее, они будут обесцвеченными и выгоревшими.
Почти все используемые нами текстуры на мониторе выглядят нормально, поскольку они уже настроены самим монитором и изначально имеют гамму 2.2. Для того чтобы визуализатор V-Ray сконфигурировал гамму 2.2 и не умножал гамму изображения на значение гаммы в визуализаторе (2.2 * 2.2), текстуры должны находиться в гамме 1.0. Затем, после их коррекции визуализатором, их гамма станет равной 2.2.
Можно сделать все текстуры темнее, изменив их гамму с 2.2 на 1.0 в Photoshop, с расчётом на дальнейшее их осветление визуализатором. Впрочем, такой метод был бы очень утомительным и потребовал бы времени и терпения на обеспечение всех текстур в сцене в гамме 1.0, и, во-вторых, это сделает невозможным просмотр текстур в нормальной гамме, потому что они будут всё время затемнены.
Чтобы этого избежать, просто обеспечим их настройку на входе 3ds max. К счастью, в 3ds max присутствует достаточно настроек для гаммы. Настройки гаммы доступны из главного меню 3ds max:
Customize > Preferences ...> Gamma and LUT
Главные настройки гаммы 3ds max расположены на вкладке Gamma and LUT. В частности, нам потребуется настройка коррекции входных текстур, называемая Input Gamma . Нас не должно вводить в заблуждение то, что там по умолчанию установлено значение 1.0. Это не корректирующее значение, а значение гаммы текстур на входе. По умолчанию принято считать, что все текстуры состоят в гамме 1.0, но на самом деле, как упоминалось ранее, они установлены в гамме 2.2. И значит, мы должны указать значение гаммы 2.2, вместо 1.0.
Не забудьте установить галочку в параметре Enable Gamma / LUT Correction , чтобы получить доступ к настройкам гаммы.
Изображения, сделанные в правильной гамме, выглядят гораздо лучше и корректнее, чем те, которые были получены с использованием описанных в начале статьи настроек. Они имеют правильные полутона, ярких пересветов вблизи источников света нет, как нет и артефактов в неосвещенных областях изображения. Таким образом текстуры будут также насыщенными и яркими.
Кажется, всё, но под конец урока я бы хотел рассказать ещё об одной вещи по работе с гаммой. Поскольку визуализатор V-Ray работает в необычной для себя гамме, то приходится устанавливать режим отображения гаммы 3ds max в 2.2, чтобы цвета в Material Editor и Color Selector отображались правильно. В противном случае может возникнуть путаница, когда материалы будут настраиваться в гамме 1.0, но на самом деле внутри программы они будут преобразованы в гамму 2.2.
Для установки правильного отображения материалов в редакторе материалов 3ds max, следует использовать настройки во вкладке Gamma and LUT. Для этого должны быть установлены значение гаммы 2.2 в разделе Display и проставлены галочки в Affect Color Selectors и Affect Material Editor в разделе Materials and Colors.
Гамма 2.2 уже стала стандартом при работе с 3ds max и V-Ray. Надеюсь, что данный материал поможет вам в работе!
Несколько людей согласились помочь мне с переводом этого материала. Выкладываю вступление, переведённое Андреем Пшеничным .
Часть 1 из 2. В этой части - о рендер-тенденциях сегодняшней VFX индустрии. Часть 2 - краткий обзор 14 самых популярных рендереров.
Кстати, в сети уже есть перевод предыдущей шикарной статьи от этого же источника - Искусство визуализации в 14 частях (где подробно рассмотрены современные рендереры).
Введение. Чем рендерить?
Каждый вторник в ILM, Пресидио, Сан-Франциско, на бывшей военной базе на самом севере полуострова Сан-Франциско, с видом на знаменитый мост Золотые Ворота - обед для всех VFX-супервайзеров компании ILM. Обед - для своих, говорить можно все и обо всем. Множество супервайзеров ILM обладают неплохой коллекцией «Оскаров» и других наград за технологические прорывы в индустрии. "Это здорово. Это одна из классных черт этой компании", - говорит супервайзер Бен Сноу.
Рендеринг часто всплывает в разговорах. Не самая важная тема для режиссера, но здесь - именно те люди, которые решают, как получить потрясающие кадры "еще реалистичней за еще меньшие деньги". У ILM - полная лицензия на RenderMan, и много лет он используется как основной рендерер, в особенности для работы с персонажами. Но, как объясняет Сноу, "мы много раз говорили о том, что на уровне супервайзеров мы должны быть агностиками (безразличными) в отношении рендерера. Если кто-то хочет использовать Arnold - он должен иметь такую возможность. Если я хочу RenderMan - у меня должна быть и такая возможность".
Кадр из фильма Pacific Rim рендерился Arnold"ом в ILM.
ILM не одинока в своем взгляде на рендер, как на нечто, требующее постоянной переоценки и далекое от простых решений. Сейчас ILM использует широкий ряд рендереров - от Arnold и RenderMan до V-Ray и совсем новых инструментов вроде Modo.
Сноу упомянул для fxguide, что как раз недавно говорил ребятам из Pixar: "Я сам из старой школы ILM, а мы - люди RenderMan. Почти, можно сказать, RenderMan-шовинисты. Я всегда был немного предвзят в этом отношении. На Perl Harbor , когда мы думали, что все решит глобальное освещение, мы проделали много проб с Mental Ray, и на Iron Man мы думали о Mental Ray - хотели посмотреть, получится ли согласовать процессы, когда часть работы делается другими студиями." В результате был использован Render Man.
"У каждого рендерера есть сильные и слабые стороны, и разные отделы ILM пользуются разными рендерерами", - добавляет Сноу. "Арнольд стал следующим большим событием, и мы думаем о его использовании на некоторых проектах в будущем. Но должен сказать, что в кое-каких последних фильмах это были просто пляски между рендерерами. И каждый раз приходилось переносить набор шейдеров". К примеру, в этом году использовала Arnold на Star Trek: Into Darkness , Pacific Rim и The Lone Ranger вместе с другими рендерерами.
Хотя RenderMan - это "золотой стандарт", по которому судят остальных, Arnold заработал репутацию, вероятно, самого быстрого производственного рендерера для проектов самых разных типов - мнение не только fxguide, но и многих его конкурентов.
Люди могут быть очень религиозными в отношении их любимых рендереров!
Mark Elendt
Mantra (рендерер Houdini), Side Effects Software.
Однако наряду с этими двумя большими игроками существует огромное количество других рендереров и людей, страстно преданных своим предпочтениям. И многие из этих рендереров исключительно хороши. V-Ray был даже более распространен, чем Arnold, благодаря качеству, скорости и более открытому сообществу. Большинство согласится, что Maxwell часто можно рассматривать как контрольный образец, благодаря специализированному подходу к симуляции освещения и невероятной точности.
Когда-то давно рендереры, которые идут в комплекте с приложениями, использовались только тогда, когда под рукой не было ничего лучше, но рендереры Mantra и Modo, к примеру, заслужили настоящее собственное признание.
Сегодня мы имеем множество новых рендереров, некоторые используют мощности видеокарты (GPU), другие работают полностью в облаке и не рендерят на десктопе даже превью.
В этой статье - в дополнение к весьма популярному на fxguide разделу "Art of Rendering" - мы рассмотрим состояние дел с рендерерами в области визуальных эффектов и анимации. Часть 1 содержит описание текущего состояния дел, а часть 2 - более детальный обзор основных рендереров на основе эксклюзивных интервью в каждой из компаний. Также мы немного заглянем в будущее и постараемся ответить на вопрос - а оправдан ли подход в целом?
1. Актуальные вопросы
В первом разделе мы рассмотрим основные проблемы в области рендеринга. В этом году RenderMan празднует 25-летие (fxguide готовит специальный выпуск об истории RenderMan). Роб Кук, один из авторов и создателей Pixar RenderMan, так описал нам рендеринг: «каждый пиксель (на экране) имеет лишь один цвет, но чтоб определить этот цвет, нужно увидеть целый мир за этим пикселем.»
«Каждый пиксель – это лишь один цвет, но чтоб найти этот цвет, нужно осмотреть целый мир.»
Роб Кук
Соучредитель Pixar RenderMa
В 1984 году Кук опубликовал статью о трассировке лучей, в которой высказал идею случайных выборок (random samples) для уменьшения ступенчатости (aliasing) и артефактов в изображении. Это стало одним из значительных достижений в трассировке лучей, и первая спецификация RenderMan уже включала трассировку как одно из возможных решений.
Поразительно, но многие годы в PRman, собственной разработке Pixar, трассировка не использовалась, поскольку считалась чересчур ресурсоемкой. И даже теперь – спустя почти 29 лет с момента публикации статьи Роба Кука - в мультике Pixar «Университет монстров» («Monsters University») трассировка была выполнена с использованием принципов, изложенных в той статье.
Уравнение рендеринга была предложено Джеймсом Кайя в 1986 году. Трассировка пути (ray tracing) была представлена как алгоритм нахождения численного решения или аппроксимации для интеграла уравнения рендеринга. Десятилетие спустя Ляфортюн предложил множество усовершенствований, включая двунаправленную трассировку пути. В 1997 Эрик Вич и Леонидас Гвибас представили Metropolis light transport (MLT), метод возмущения предварительно найденных путей, призванный увеличить производительность на сложных сценах.
Оригинальное уравнение рендеринга Джеймса Кайя было основано на трех оптических принципах:
- принцип глобальности освещения;
- принцип эквивалентности (отраженный свет эквивалентен излученному);
- принцип направления (и отраженный свет, и рассеянный имеют свое направление).
На основе собственного неофициального исследования Fxguide определил некоторые ключевые тенденции в следующих областях:
1.1 Глобальное освещение (GI).
1.2 Трассировка лучей (ray tracing) против точечных решений (point solutions).
1.3 Освещение на основе изображения (image-based).
1.4 Интерактивность.
1.5 GPU против CPU.
1.6 Фермы и облачные решения.
1.7 Открытый код.
Подпишитесь на обновление блога (вот ).
Постовой (): есть три условных типа 3D-художников. 1 - те, которые не собирают портфолио. 2 - те, которые имеют онлайн портфолио. 3 - те, которые имеют не только портфолио в интернете, но и распечатывают его на бумаге. Именно для третьего типа подходит цифровая печать на большом формате (это если вы будете вешать свои работы на стену) или в большом тираже, если у вас есть студия и вам нужен раздаточный материал. Ведь на бумаге 3D-рендер выглядит намного круче, чем на мониторе.
Многие элементы визуального окружения современного человека сегодня создаются с помощью программ компьютерной графики. Без визуализаций, сделанных 3D-художниками, не может обойтись ни архитектурная или дизайнерская студия, ни производители компьютерных игр.
Технология создания подобного изображения - фотореалистического или имитирующего различные художественные техники - состоит из нескольких технологических этапов. Рендер - это важнейший из них, часто заключительный, от которого зависит конечный результат.
Происхождение термина
Слово "рендер" (или "рендеринг") пришло, как и многое, связанное с IP-технологиями, из английского языка. Происходит оно от старофранцузского rendre , означающего "делать", "дать", "возвратить", "вернуть". Более глубокие корни этого глагола восходят к древней латыни: re - префикс, означающий "назад", и dare - "давать".
Отсюда - один из смыслов современного термина. Рендер - это в том числе процесс воссоздания плоскостного изображения на основе трехмерной модели, содержащей сведения о физических свойствах объекта - его форме, фактуре поверхности, освещенности и так далее.
Рендер и визуализация
Вошедшее сначала в лексикон тех, кто профессионально занимается цифровыми технологиями создания изображений, это слово все чаще применяется и в повседневном обиходе. Предоставить готовый рендер просят, например, при заказе мебели - отдельного объекта или обстановки целого помещения, а при проектировании интерьера или всего здания рендер - это одно из основных средств донести до заказчика смысл идей архитектора или дизайнера.
Имеется синоним, близкий по значению и чаще применяемый в обычной среде, хотя и более громоздкий, - визуализация. Среди профессионалов архитектурной или игровой компьютерной графики сегодня принято иметь узкую специализацию: есть те, кто занимается моделингом - создает трехмерные объекты, и те, кто обеспечивает рендеринг готовой сцены - выставляет освещение, выбирает точку зрения и настраивает, а потом и запускает рендер-программу.
Определения
Это слово имеет несколько значений:
- Рендер, или рендеринг, - отрисовка, процесс получения технического или художественного плоскостного на основе трехмерных цифровых моделей, созданных при помощи специальных программных пакетов - Blender, 3D Max, CINEMA, Maya и др.
- Рендер - это, собственно, результат такого процесса - растровая а также изображение героев и окружения в компьютерных играх или созданные тридэшниками видеофайлы, используемые при производстве фильмов - обычных или анимационных.
- Рендер, или рендерер, - так называют специальный софт, с помощью которого и происходит преобразование 3D-моделей в изображение. Такие программы могут быть встроены в графический пакет или применяться в виде отдельных приложений: RenderMan, Mental Ray, V-ray, Corona, Brasil, Maxwell, FinalRender, Fryrender, Modo и многие другие. Рендеры, как и все, связанное с цифровыми технологиями, постоянно обновляются. Они отличаются алгоритмами, применяемыми для обсчета физических характеристик моделей и их окружения. На их основе создаются целые системы рендеринга, позволяющие создавать свои материалы, светильники, камеры и т. п.
Типы рендера: online и пререндеринг
Различают два основных типа рендера в зависимости от скорости, с которой должно происходить получение готового изображения. Первый - рендеринг в реальном времени, необходимый в интерактивной графике, в основном в компьютерных играх. Здесь нужен быстрый рендер, изображение должно выводиться на экран мгновенно, поэтому многое в сцене рассчитывается заранее и сохраняется в ней в виде отдельных данных. К ним относятся текстуры, определяющие внешний вид объектов и освещение. Программы, используемые для онлайн-рендера, используют в основном ресурсы графической карты и оперативной памяти компьютера и в меньшей степени - процессора.
Для рендера сцен, более сложных визуально, а также там, где вопрос скорости не так актуален, когда гораздо важнее качество рендера, используются другие методы и программы для рендеринга. В этом случае используется вся мощь выставляются самые высокие параметры разрешения текстур, обсчета освещения. Часто применяется и постобработка рендера, позволяющая добиться высокой степени фотореалистичности или нужного художественного эффекта.
Методы просчета сцены
Выбор способов получения изображения зависит от конкретной задачи и часто от и опыта визуализатора. Разрабатываются всё новые системы рендера - или узкоспециализированные, или универсальные. Сегодня в основе самых распространенных программ-рендеров лежат три основных вычислительных метода:
- Растеризация (Scanline) - метод, при котором изображение создается просчетом не отдельных точек-пикселей, а целых граней-полигонов и крупных участков поверхностей. Текстуры, определяющие свойства объектов, как и свет в сцене, зафиксированы в виде неизменных данных. Получаемое изображение часто не отражает перспективных изменений освещенности, и т. д. Чаще применяется в системах для просчета сцен в играх и в видеопродакшене.
- Трассировка лучей (Raytracing) - физика сцены просчитывается на основе лучей, исходящих из объектива виртуальной камеры и анализа взаимодействия каждого луча с объектами, с которыми он встречается в сцене. В зависимости от количества и качества таких «отскоков» имитируется отражение или его цвет, насыщенность и т. д. Качество получаемой картинки по сравнению с растеризацией значительно выше, но за её реалистичность приходится платить повышенным расходом ресурсов.
- Расчет отраженного света (Radiosity) - каждая точка, каждый пиксель изображения наделяется цветом, который не зависит от камеры. На него влияют глобальные и местные источники света и окружение. Такой метод позволяет рассчитать появление на поверхности модели цветовых и световых рефлексов от рядом расположенных объектов.
Практика показывает, что самые продвинутые и популярные системы рендера использует сочетание всех или основных методов. Это позволяет добиться максимального фотореализма и достоверности в отображении физических процессов в данной сцене.
Последовательность рендера
Хотя современный подход в компьютерной графике предпочитает выделить рендер в обособленный этап, который предполагает наличие специальных знаний и навыков, по сути, он неотделим от всего процесса подготовки визуализации. Если, например, проектируется интерьер, рендер будет зависеть от вида применяемых материалов, а у каждой системы визуализации свой алгоритм имитации текстуры и фактуры поверхности.
Это же относится и к способам освещения сцены. Настройка естественного и искусственного света, свойств собственной и падающей тени, силы рефлексов, эффектов самосвечения - следующий этап создания визуализации сцены. Как настроить рендер, зависит от используемого софта и от производительности системы. В каждом пакете и программе-визуализаторе есть свои тонкости и нюансы.
Например, Corona Renderer обладает возможностью регулирования настроек непосредственно в ходе проявления итоговой картинки. В режиме онлайн можно изменять мощность светильников, регулировать цветность, резкость изображения.
Постобработка результатов рендера
Для конкретной задачи логично применять особенные методики визуализации. В архитектуре требуются другие изобразительные средства, чем при создании технической иллюстрации. Рендер экстерьера, например, часто требует от исполнителя владения графическими пакетами по работе с растровыми изображениями, самый популярный из которых - Adobe Photoshop. Причем не всегда это делается для повышения фотореалистичности. Современные тенденции в архитектурной подаче предусматривают имитацию ручной графики - акварели, гуаши, черчения тушью и т. д.
Качественная постобработка рендера обычно начинается с выбора нужного формата файла, получаемого после окончания работы программы. Принято готовое изображение сохранять послойно, задействуя отдельные цветовые каналы. Это позволяет добиться высокого результата при сведении всех слоёв в общее изображение, используя более точную и тонкую цветовую настройку.
Рендер и производительность системы
Выполнение качественной визуализации зависит не только от программного обеспечения процесса. На итоговый результат влияет мощность используемого «железа». Особенно этот фактор влияет на скорость работы - сложная сцена иногда рендерится несколько дней, если компьютер не имеет достаточных объемов оперативной памяти или обладает малопроизводительным процессором.
Как ускорить рендер и улучшить итоговый результат, если ресурсов не хватает? Можно изменить настройки программы, уменьшив до разумных величин разрешение текстур материалов и финишного изображения, изменив параметры светильников так, чтобы свет и тени обсчитывались более крупными участками, без излишней деталировки и т. д. Если есть сеть, можно использовать пакетный рендер, когда для обсчета изображения привлекаются мощности других компьютеров.
Рендер-ферма
Сегодня возможно использование мощностей удаленных компьютерных кластеров, оказывающих услуги по пакетной обработке 3D-файлов. Это высокопроизводительные системы, способные за короткий срок визуализировать самые сложные и насыщенные сцены. Они справятся с любыми визуальными эффектами даже при создании видеофайлов большой длительности.
Связавшись с поставщиком таких услуг, список которых всегда можно найти в Интернете, согласовав стоимость и условия подготовки файлов, можно существенно сэкономить на скорости работы и добиться необходимого уровня качества итогового изображения. В распоряжении таких компаний бывает до нескольких тысяч процессоров и сотни терабайт оперативки. Рендер-ферма рассчитывает стоимость работ, исходя из объема исходного файла и срока выполнения визуализации. Например, стоимость одного кадра разрешением 1920х1080, для рендеринга которого на стандартном оборудовании потребуется 3 часа, составляет около 100 рублей. Сцена просчитывается в течение 8 минут.
Правильный выбор
Ответ на вопрос о том, как сделать рендер небольшого и простого по форме объекта или насыщенной визуальными эффектами анимационной презентации коттеджного поселка, предполагает различный подход. В случае самостоятельного выполнения подобной работы необходимо грамотно выбрать необходимое программное обеспечение и позаботиться о достаточной мощности компьютерного оборудования. В любом случае от последнего этапа работы - рендеринга - будет зависеть, устроит ли вас итоговый результат.