Finalizando a imagem 3D com renderização: uma visão geral

O processo de renderização desempenha um papel crucial no ciclo de desenvolvimento de computação gráfica.

Como o desenvolvimento de filmes

A renderização é o aspecto tecnicamente mais complexo da produção 3D, mas pode ser facilmente compreendida no contexto de uma analogia: assim como um fotógrafo de cinema precisa desenvolver e imprimir suas fotos antes de poderem ser exibidas, os profissionais de computação gráfica estão sobrecarregados. necessidade.

Quando um artista trabalha em uma cena 3D, os modelos que ele manipula são na verdade uma representação matemática de pontos e superfícies (mais especificamente, vértices e polígonos) no espaço tridimensional.

O termo renderização refere-se aos cálculos executados pelo mecanismo de renderização de um pacote de software 3D para traduzir a cena de uma aproximação matemática para uma imagem 2D finalizada. Durante o processo, as informações espaciais, texturais e de iluminação de toda a cena são combinadas para determinar o valor de cor de cada pixel na imagem nivelada.

Dois tipos de renderização

Existem dois tipos principais de renderização, sendo a principal diferença a velocidade com que as imagens são computadas e finalizadas.

Renderização em Tempo Real: A renderização em tempo real é usada com mais destaque em jogos e gráficos interativos, em que as imagens devem ser calculadas a partir de informações 3D a um ritmo incrivelmente rápido. Como é impossível prever exatamente como um jogador irá interagir com o ambiente do jogo, as imagens devem ser renderizadas em "tempo real" à medida que a ação se desenrola.
Assuntos de velocidade: Para que o movimento pareça fluido, um mínimo de 18 a 20 quadros por segundo deve ser renderizado na tela. Qualquer coisa menor que isso e ação parecerá instável.
Os métodos: A renderização em tempo real é aprimorada drasticamente pelo hardware gráfico dedicado e pela pré-compilação de tanta informação quanto possível. Uma grande quantidade de informações de iluminação de um ambiente de jogo é pré-computada e "preparada" diretamente nos arquivos de textura do ambiente para melhorar a velocidade de renderização.
Off-line ou pré-renderização: A renderização off-line é usada em situações em que a velocidade é um problema menor, com cálculos normalmente executados usando CPUs com vários núcleos, em vez de hardware gráfico dedicado. A renderização off-line é vista com mais frequência em trabalhos de animação e efeitos em que a complexidade visual e o fotorrealismo são mantidos em um padrão muito mais alto. Como não há imprevisibilidade quanto ao que aparecerá em cada quadro, sabe-se que os grandes estúdios dedicam até 90 horas de tempo de renderização a quadros individuais.

Fotorrealismo: Como a renderização off-line ocorre dentro de um período de tempo aberto, níveis mais altos de fotorrealismo podem ser alcançados do que com a renderização em tempo real. Caracteres, ambientes e suas texturas e luzes associadas geralmente permitem contagens de polígonos mais altas e arquivos de textura de resolução de 4k (ou mais).

Técnicas de renderização

Existem três principais técnicas computacionais usadas para a maioria das renderizações. Cada um tem seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens, tornando todas as três opções viáveis em determinadas situações.

Scanline (ou rasterização): A renderização Scanline é usada quando a velocidade é uma necessidade, o que a torna a técnica preferida para renderização em tempo real e gráficos interativos. Em vez de renderizar uma imagem pixel por pixel, os renderizadores de linha de varredura calculam em um polígono por base de polígono. As técnicas de Scanline usadas em conjunto com a iluminação pré-computada (assada) podem atingir velocidades de 60 quadros por segundo ou melhor em uma placa gráfica de alta qualidade.
Raytracing: No raytracing, para cada pixel na cena, um ou mais raios de luz são rastreados da câmera até o objeto 3D mais próximo. O raio de luz é então passado através de um número definido de "rejeições", que podem incluir reflexão ou refração, dependendo dos materiais na cena 3D. A cor de cada pixel é calculada algoritmicamente com base na interação do raio de luz com objetos em seu caminho rastreado. O Raytracing é capaz de fotorrealismo maior do que o scanline, mas é exponencialmente mais lento.
Radiosidade: Ao contrário do raytracing, a radiosidade é calculada independentemente da câmera e é orientada pela superfície em vez de pixel a pixel. A principal função da radiosidade é simular com mais precisão a cor da superfície, considerando a iluminação indireta (luz difusa rebatida). A radiosidade é tipicamente caracterizada por sombras gradativamente suaves e sangramento de cor, onde a luz de objetos coloridos "sangra" em superfícies próximas.

Na prática, a radiosidade e o traçado de raios são frequentemente usados em conjunto uns com os outros, usando as vantagens de cada sistema para atingir níveis impressionantes de fotorrealismo.

Software de renderização

Embora a renderização dependa de cálculos incrivelmente sofisticados, o software de hoje fornece parâmetros fáceis de entender que fazem com que um artista nunca precise lidar com a matemática subjacente. Um mecanismo de renderização está incluído em todos os principais conjuntos de software 3D, e a maioria deles inclui pacotes de material e iluminação que possibilitam atingir níveis impressionantes de fotorrealismo.

Os dois mecanismos de renderização mais comuns:

Mental ray: Embalado com o Autodesk Maya. O Mental Ray é incrivelmente versátil, relativamente rápido e, provavelmente, o renderizador mais competente para imagens de personagens que precisam de dispersão na subsuperfície. Mental ray usa uma combinação de raytracing e "iluminação global" (radiosidade).
V-RayNormalmente, você vê o V-Ray usado em conjunto com o 3DS Max - juntos, o par é absolutamente inigualável para visualização arquitetônica e renderização de ambiente.As principais vantagens do VRay em relação ao seu concorrente são suas ferramentas de iluminação e extensa biblioteca de materiais para o arco-viz.

A renderização é um assunto técnico, mas pode ser bastante interessante quando você realmente começa a examinar mais profundamente algumas das técnicas comuns.