Что 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.

У 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 При использовании гаммы 2.2 в Autodesk 3ds Max сразу бросается в глаза, что цвета материалов в Material Editor выглядят чересчур ярко и блекло по сравнению с обычным представлением в гамме 1.0. И если вам обязательно нужно соблюдать в сцене значения цветов по шкале RGB, допустим, в каком-нибудь уроке уже даны значения цветов, или заказчик предоставил свои образцы объектов в заданных цветах, то в гамме 2.2 они будут выглядеть неправильно. Коррекция RGB цветов в гамме 2.2 Для того чтобы добиться правильного уровня яркости цвета, нужно переназначить его значения RGB, воспользовавшись несложным уравнением: новый_цвет=255*((старый_цвет/255)^2.2). В уравнении сформулировано, что чтобы получить новое значение цвета в гамме 2.2 по RGB, нужно разделить старое RGB значение на величину белого цвета (255), возвести всё это в степень 2.2, и затем умножить получившееся на значение белого цвета (255). Если математика - не ваш конёк, не отчаивайтесь - 3ds Max посчитает всё за вас, ведь в нём есть встроенный калькулятор Numeric Expression Evaluator (Вычислитель численных выражений). Результат выражения (математической функции) возвращает некое значение. Полученное значение затем можно вставить в любое поле программы, будь то параметры создания нового объекта, его трансформации, настройки модификаторов, материалов. Попробуем вычислить цвет в гамме 2.2 на практике. Внутри настроек материала щёлкните по цветовому полю для вызова окна Color Selector. Выбрав какой-нибудь цвет, поставьте курсор мыши в поле канала Red (Красный цвет) и нажмите Ctrl+N на клавиатуре, чтобы вызвать Numerical Expression Evaluator. Напишите внутри него приведенную формулу, подставив старое значение цвета в канале Red. В поле Result (Результат) отобразится решение уравнения. Нажмите кнопку Paste (Вставка), чтобы вставить полученное значение вместо старого в канал Red. Проделайте эту операцию с каналами цветов Green (Зелёный) и Blue (Синий). С исправленными значениями RGB цвета будут выглядеть корректно и в окнах проекций, и на рендере. 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!

Научитесь рендерить быстрей и эффективней с помощью советов от мастеров своего дела!

Кому-то процесс рендеринга может показаться скучным и неинтересным по сравнению с другими этапами работы с 3D, но от этого он не становится менее важным. Сегодня огромное значение имеет скорость и качество работы исполнителя, при этом время не должно тратиться впустую. Отрендеренные кадры или секвенции всегда можно перерендерить на свежую голову, но от этого вы не потратите меньше времени на них. Поэтому необходимо понимать, что вы работаете правильно.

«Normal-пас добавит отрендеренной картинке еще больше света. Каждый канал можно использовать как дополнительный источник света», — Carlos Ortega Elizalde.

Совет №1: Рендерьте все по пасам

«Иногда нужно «подтянуть» уже отрендеренную картинку. Поэтому я рендерю по отдельности все элементы (фон, передний план, персонаж и пр.), и затем свожу все вместе в Photoshop. Далее я тонирую изображение с помощью корректирующих слоев, таких как selective color, hue/saturation и levels. Также при необходимости я использую виньетирование и размытие. И держусь подальше от ползунка chromatic aberration, который в последнее время используется слишком часто и не к месту», — Andrew Hickinbottom .

Работа со слоями помогает взглянуть на работу по-новому

Совет №2: Normal-пасы

«Normal-пас добавит отрендеренной картинке еще больше света. Каждый канал можно использовать как дополнительный источник света. И, хотя, это не физически корректный свет, такой подход помогает подчеркнуть важные детали и вытянуть пересвеченные или засвеченные участки изображения, имитируя rim- или bounce-светильники. Это экономит массу времени и усилий. Такой подход можно также использовать для отрендеренных анимационных секвенций в программах для композитинга», — Carlos Ortega Elizalde .

Советы, помогающие сэкономить время, очень важны

Каждая деталь, добавленная в процессе моделирования, текстурирования или освещения, сыграет на руку рендеру Carlos Ortega Elizalde

Совет №3: Не ленитесь создавать specular-пас…

«Для того, чтобы отрендерить specular-пас в Keyshot, я использую материал wax с translucency 0 и максимально выкрученной specularity, для SColor и Subsurface Color я использую черный цвет. Задний фон я также делаю черным, для освещения сцены использую HDRI Urban», — Luca Nemolato .

Пасы Keyshot используются для еще большего улучшения картинки

Совет №3: … и пас кожи

«Для того чтобы получить хороший пас кожи в Keyshot, я использую метариал Human Skin с translucency 0.7 (значение translucency также зависит от модели), roughness 0.8, затем я загружаю Texture-карту и Normal-карту. Сцену я обычно освещаю с помощью HDRI Factory», — Luca Nemolato.

Кожа стоит потраченного на нее времени, поэтому экспериментируйте, пока не получите удовлетворительный результат

Совет №4: Рендерьте только важные эелементы

«Обычно разрешение у иллюстраций для печати должно быть достаточно высоким, поэтому для финального рендера я использую разрешение в 6-8k. Для такого рендера нужны текстуры с очень высоким разрешением, что значительно замедляет работу Maya и Hypershade. Текстуры с таким разрешением нужны только для финального рендера, поэтому для тестовых рендеров я изменяю размер текстур, поскольку для работы со светом и материалами мне не нужно высокое разрешение», — Alex Alvarez .

Текстуры для этой сцены весят несколько ГБ. После уменьшения размера текстур время тестового рендера во время настройки света сократилось на 75%

Совет №5: Сначала все тестируйте

«Перед тем, как переходить к финальному рендеру, делайте несколько тестовых с низким разрешением, также проверьте, что все настройки корректны, освещение выставлено правильно, на картинке не появляются непонятные пятна или засветы. Например, для начала я рендерю с разрешением 800 х 800, которое затем увеличиваю до 1800 х1800, для финального рендера я использую разрешение 5000 х 5000, также отдельно рендерю пасы, важные на этапе поста. Картинку я сохраняю в формате HDR, поскольку хочу иметь возможность отредактировать и настроить экспозицию», — Sérgio Merêces .

Быстрый тест спасет вас от многих часов ожидания

Совет №6: Цветокоррекция

«Рендеры в формате RAW обычно выглядят не лучшим образом, но все меняется, если у вас есть возможность подредактировать картинку в Photoshop, Fusion или NUKE. При этом для важных элементов изображения можно провести цветокоррекцию, расфокусировать их, добавить шума или, наоборот, фокуса, резкости, наименее важные части изображения можно сделать более темными», — Toni Bratincevic .

Затемнение, осветление или тонирование изображения для получения лучшего результата

Вернитесь назад к концепту, если вы недовольны рендером. Как говорит Toni Bratincevic: «Если референс по факту является хорошо проработанным концептом с корректной композицией, получение качественного рендера превращается в вопрос времени и технических скиллов, с помощью которых вы будете моделировать, текстурировать и освещать сцену».

Совет №7: Используйте пасы

«Используйте рендер-пасы для всего блестящего, светящегося или прозрачного. Отдельно рендерьте задний фон, передний план и пр., что позволит более гибко работать с картинкой на композе. Прячьте все, что хоть как-то не относится к рендеру, т.е. отключайте у таких элементов тени и их участие в GI, не используйте отражения для небольших объектов. Для всего, достаточно далекого от камеры, используйте matte painting», — Francesco Giroldini .

Различные пасы добавляют картинке выразительности

Совет №8: Используйте ID matte

"ID matte - дешевый и сердитый способ изменить картинку после рендера. Назначьте элементам в сцене самый обычный красный или голубой цвета, отрендерьте их с той же камеры как beauty-пас, это поможет более эффективно работать с элементами на композе», — Francesco Giroldini.

Никогда не поздно что-то исправить

Рендерьте только то, что действительно нужноFrancesco Giroldini

Совет №9: Постарайтесь увидеть всю картинку

«Финальный рендер составляет 90% от картинки, остальные 10% приходятся на пост, что решит, будет ли ваша картинка более CGI или фотореалистичной. В свободное время изучите минусы рендерера, которым вы пользуетесь, и возможности получения с помощью него более реалистичной картинки. Такие элементы как блики, световой ореол, свечение, зерно и контраст добавляются уже на посте. Такие инструменты как Magic Bullet Looks легки в использовании и позволяют работать в режиме реального времени, что делает процесс имитации какого-либо эффекта более быстрым по сравнению с рендерером», — Alex Alvarez.

Различные варианты изображения, полученные с помощью Photoshop и Magic Bullet

Так выглядел финальный рендер работы «Meadow» в mental ray, который Alex Alvarez затем обработал Alex Alvarez

Эти текстуры Alex Alvarez исключил из финального рендера Alex Alvarez

Совет №10: Рендеру время, потехе час

При условии корректно выполненной работы вы будете несказанно рады финальному рендеру, а законченному продукту обрадуетесь еще больше. А если нет, то задумайтесь о следующем проекте. В следующий раз вы будете еще более искусно моделить, текстуры будут невесомы, свет ослепительным, а рендер идеальным. В следующий раз у вас получится воссоздать картинку из головы. А если нет? Что ж, попробуйте еще раз, а потом еще раз, и еще раз.

«Используйте рендер-пасы для всего блестящего, светящегося или прозрачного» Francesco Giroldini

Рендеринг

Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

• Растеризация (англ. rasterization ) совместно с методом сканирования строк (англ. scanline rendering ). Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя.
• Ray casting (рейкастинг ) (англ. ray casting ). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона. Возможно использование каких-либо очень простых способов добавления оптических эффектов. Эффект перспективы получается естественным образом в случае, когда бросаемые лучи запускаются под углом, зависящим от положения пикселя на экране и максимального угла обзора камеры.
• Трассировка лучей (англ. ray tracing ) похожа на метод бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три компонента, луча, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отражённый, теневой и преломленный. Количество таких разделений на компоненты определяет глубину трассирования и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, но при этом он очень ресурсоёмкий, и процесс визуализации занимает значительные периоды времени.
• Трассировка пути (англ. path tracing ) содержит похожий принцип трассировки распространения лучей, однако этот метод является самым приближенным к физическим законам распространения света. Также является самым ресурсоёмким.

Передовое программное обеспечение обычно совмещает в себе несколько техник, чтобы получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение за приемлемые затраты вычислительных ресурсов.

Математическое обоснование

Реализация механизма рендеринга всегда основывается на физической модели. Производимые вычисления относятся к той или иной физической или абстрактной модели. Основные идеи просты для понимания, но сложны для применения. Как правило, конечное элегантное решение или алгоритм более сложны и содержат в себе комбинацию разных техник.

Основное уравнение

Ключом к теоретическому обоснованию моделей рендеринга служит уравнение рендеринга. Оно является наиболее полным формальным описанием части рендеринга, не относящейся к восприятию конечного изображения. Все модели представляют собой какое-то приближённое решение этого уравнения.

Неформальное толкование таково: Количество светового излучения (L o), исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (L i), умноженного на коэффициент отражения из данного угла. Объединяя в одном уравнении приходящий свет с исходящим в одной точке, это уравнение составляет описание всего светового потока в заданной системе.

Программное обеспечение для рендеринга - рендеры (визуализаторы)

• 3Delight
• AQSIS
• BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (распространение прекращено)
• BusyRay
• Entropy (продажи прекращены)
• Fryrender
• Gelato (разработка прекращена в связи с покупкой NVIDIA , mental ray)
• Holomatix Renditio (интерактивный рейтрейсер)
• Hypershot
• Keyshot
• Mantra renderer
• Meridian
• Pixie
• RenderDotC
• RenderMan (PhotoRealistic RenderMan, Pixar’s RenderMan или PRMan)
• Octane Render
• Arion Renderer

Рендереры, работающие в реальном (или почти в реальном) времени.

• VrayRT
• Shaderlight
• Showcase
• Rendition
• Brazil IR
• Artlantis Render

• Autodesk 3ds Max (Scanline)
• e-on Software Vue
• SideFX Houdini
• Terragen , Terragen 2

Таблица сравнения свойств рендеров

См. также

• Алгоритмы использующие z-буфер и Z-буферизация
• Алгоритм художника
• Алгоритмы построчного сканирования like Reyes
• Алгоритмы глобального освещения
• Излучательность
• Текст как изображение

Хронология важнейших публикаций

• 1968 Ray casting (Appel, A. (1968). Some techniques for shading machine renderings of solids. Proceedings of the Spring Joint Computer Conference 32 , 37-49.)
• 1970 Scan-line algorithm (Bouknight, W. J. (1970). A procedure for generation of three-dimensional half-tone computer graphics presentations. Communications of the ACM )
• 1971 Gouraud shading (Gouraud, H. (1971). Computer display of curved surfaces. IEEE Transactions on Computers 20 (6), 623-629.)
• 1974 Texture mapping PhD thesis , University of Utah.)
• 1974 Z-buffer (Catmull, E. (1974). A subdivision algorithm for computer display of curved surfaces. PhD thesis )
• 1975 Phong shading (Phong, B-T. (1975). Illumination for computer generated pictures. Communications of the ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976 Environment mapping (Blinn, J.F., Newell, M.E. (1976). Texture and reflection in computer generated images. Communications of the ACM 19 , 542-546.)
• 1977 Shadow volumes (Crow, F.C. (1977). Shadow algorithms for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242-248.)
• 1978 Shadow buffer (Williams, L. (1978). Casting curved shadows on curved surfaces. 12 (3), 270-274.)
• 1978 Bump mapping (Blinn, J.F. (1978). Simulation of wrinkled surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286-292.)
• 1980 BSP trees (Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). On visible surface generation by a priori tree structures. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
• 1980 Ray tracing (Whitted, T. (1980). An improved illumination model for shaded display. Communications of the ACM 23 (6), 343-349.)
• 1981 Cook shader (Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). A reflectance model for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1981) 15 (3), 307-316.)
• 1983 Mipmaps (Williams, L. (1983). Pyramidal parametrics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1-11.)
• 1984 Octree ray tracing (Glassner, A.S. (1984). Space subdivision for fast ray tracing. 4 (10), 15-22.)
• 1984 Alpha compositing (Porter, T. Duff, T. (1984). Compositing digital images. 18 (3), 253-259.)
• 1984 Distributed ray tracing (Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984). Distributed ray tracing. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137-145.)
• 1984 Radiosity (Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Modelling the interaction of light between diffuse surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213-222.)
• 1985 Hemi-cube radiosity (Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). The hemi-cube: a radiosity solution for complex environments. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31-40.)
• 1986 Light source tracing (Arvo, J. (1986). Backward ray tracing. SIGGRAPH 1986 Developments in Ray Tracing course notes )
• 1986 Rendering equation (Kajiya, J.T. (1986). The rendering equation. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 Reyes algorithm (Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). The reyes image rendering architecture. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
• 1991 Hierarchical radiosity (Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991). A rapid hierarchical radiosity algorithm. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197-206.)
• 1993 Tone mapping (Tumblin, J. Rushmeier, H.E. (1993). Tone reproduction for realistic computer generated images. IEEE Computer Graphics & Applications 13 (6), 42-48.)
• 1993 Subsurface scattering (Hanrahan, P. Krueger, W. (1993). Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1993) 27 (), 165-174.)
• 1995 Photon mapping (Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Photon maps in bidirectional monte carlo ray tracing of complex objects. Computers & Graphics 19 (2), 215-224.)
• 1997 Metropolis light transport (Veach, E. Guibas, L. (1997). Metropolis light transport. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1997) 16 65-76.)

Рендеринг (англ. rendering - «визуализация») в компьютерной графике - процесс получения изображения по модели при помощи компьютерной программки.

Тут модель - это описание каких угодно объектов либо явлений на строго определённом языке либо в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдающего, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр.

Примером визуализации могут служить радарные галлактические снимки, представляющие в виде изображения данные, приобретенные средством радиолокационного сканирования поверхности галлактического тела, в спектре электро-магнитных волн, невидимых человечьим глазом.

Нередко в компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом понимают создание плоского изображения (рисунки) по разработанной 3D-сцене. Изображение - это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является Визуализация.

Визуализация - один из более принципиальных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесноватым образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации содержат в себе также и функцию рендеринга. Есть отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.

Зависимо от цели, различают пре-рендеринг, как довольно неспешный процесс визуализации, применяющийся в главном при разработке видео, и рендеринг в реальном режиме, используемый в компьютерных играх. Последний нередко употребляет 3D-ускорители.

Способы рендеринга (визуализации)

На текущий момент создано огромное количество алгоритмов визуализации. Имеющееся программное обеспечение может применять немного алгоритмов для получения конечного изображения.

Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо продолжительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтоб получить изображение, занимает чрезмерное количество времени, в том случае не применяется аппроксимация (семплирование).

Вследствие этого, было создано четыре группы способов , более действенных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

Растеризация (англ. rasterization) и способ сканирования строк (англ. scanline rendering). Визуализация делается проецированием объектов сцены на экран в отсутствие рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдающего.

Способ бросания лучей (англ. ray casting). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, при помощи которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При всем этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от способа оборотного трассирования), когда добиваются хоть какого объекта сцены или её фона. Может быть употребляются какие-то очень обыкновенные техники прибавления оптических эффектов либо внесения эффекта перспективы.

Глобальная иллюминация (англ. global illumination, radiosity). Употребляет арифметику конечных частей, чтоб симулировать диффузное распространение света от поверхностей и при всем этом достигать эффектов «мягкости» освещения.

Трассировка лучей (англ. ray tracing) похожа на способ бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, при помощи которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. Однако при всем этом луч не прекращает своё распространение, а делится на три составляющие, луча, любой из которых заносит собственный вклад в цвет пикселя на двумерном экране: отражённый, теневой и преломленный. Количество подобных разделений на составляющие определяет глубину трассирования и оказывает влияние на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, способ позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако при всем этом он очень ресурсоёмкий и процесс визуализации занимает значимые периоды времени.

Передовое программное обеспечение обычно совмещает внутри себя немного техник, чтоб получить довольно высококачественное и фотореалистичное изображение за применимые издержки вычислительных ресурсов.