Рендер - це що таке? Як його налаштувати?

Багато елементи візуального оточення сучасної людини сьогодні створюються за допомогою програм комп'ютерної графіки. Без візуалізацій, зроблених 3D-художниками, не може обійтися ні архітектурна або дизайнерська студія, ні виробники комп'ютерних ігор. Технологія створення подібного зображення – фотореалістичного або імітує різні художні техніки – складається з декількох технологічних етапів. Рендер - це найважливіший з них, часто заключний, від якого залежить кінцевий результат.

Походження терміна

Слово "рендер" (або "візуалізація") прийшов, як і багато, пов'язане з IP-технологіями, з англійської мови. Відбувається воно від старофранцузької rendre , що означає "робити", "дати", "повернути", "повернути". Більш глибоке коріння цього дієслова сягають давньої латини: re – префікс, що означає "назад", і dare – "давати". Звідси – один із сенсів сучасного терміна. Рендер – це в тому числі процес відтворення площинного зображення на основі тривимірної моделі, що містить відомості про фізичні властивості об'єкту – його формі, фактурі поверхні, освітлення і так далі.

Рендер і візуалізація

Увійшло спочатку у лексикон тих, хто професійно займається цифровими технологіями створення зображень, це слово все частіше застосовується і в повсякденному побуті. Надати готовий рендер просять, наприклад, при замовленні меблів – окремого об'єкта або обстановки цілого приміщення, а при проектуванні інтер'єру всього будинку рендер – це одне з основних засобів донести до замовника сенс ідей архітектора або дизайнера.


Є синонім, близьке за значенням і частіше застосовується у звичайному середовищі, хоча і більш громіздкий, – візуалізація. Серед професіоналів архітектурної або ігрової комп'ютерної графіки сьогодні прийнято мати вузьку спеціалізацію: є ті, хто займається моделингом - створює тривимірні об'єкти, і ті, хто забезпечує рендеринг готової сцени – виставляє освітлення, вибирає точку зору і налаштовує, а потім і запускає рендер-програму.

Визначення

Це слово має кілька значень:

Рендер, або рендерінг, – вивід, процес отримання технічного або художнього площинного растрового зображення на основі тривимірних цифрових моделей, створених за допомогою спеціальних програмних пакетів – Blender 3D Max, CINEMA, Maya та ін.

Рендер – це, власне, результат такого процесу - растрова картинка, фотографія, а також зображення героїв і оточення в комп'ютерних іграх або створені тридэшниками відеофайли, використовувані при виробництві фільмів – звичайних або анімаційних.

Рендер, або рендерер, – так називають спеціальний софт, за допомогою якого і відбувається перетворення 3D-моделей в зображення. Такі програми можуть бути вбудовані в графічний пакет або застосовуватися у вигляді окремих додатків: RenderMan, Mental Ray, V-ray, Corona, Brasil, Maxwell, FinalRender, Fryrender, Modo і багато інших. Рендери, як і все, пов'язане з цифровими технологіями, постійно оновлюються. Вони відрізняються алгоритмами, що використовуються для обрахування фізичних характеристик моделей та їх оточення. На їх основі створюються цілі системи візуалізації, що дозволяють створювати свої матеріали, світильники, камери і т. п.

Типи фонового: online і пререндеринг

Розрізняють два основних типи фонового в залежності від швидкості, з якою має відбуватися отримання готового зображення. Перший – візуалізація в реальному часі, необхідний в інтерактивній графіку, в основному в комп'ютерних іграх. Тут потрібен швидкий рендер, зображення повинне виводитися на екран миттєво, тому багато що в сцені розраховується заздалегідь і зберігається в ній у вигляді окремих даних. До них відносяться текстури, що визначають зовнішній вигляд об'єктів і освітлення. Програми, використовувані для онлайн-рендера, використовують в основному ресурси графічної карти і оперативної пам'яті комп'ютера і в меншою мірою – процесора.
Для фонового сцен, більш складних візуально, а також там, де питання швидкості не так актуальне, коли важливіше якість рендера, використовуються інші методи і програми для візуалізації. У цьому випадку використовується вся потужність багатоядерних процесорів, виставляються найвищі параметри дозволу текстур, обрахунку освітлення. Часто застосовується і постобробка рендера, що дозволяє досягти високого ступеня фотореалістичності або потрібного художнього ефекту.

Методи прорахунку сцени

Вибір способів отримання зображення залежить від конкретної задачі і часто від особистих переваг і досвіду візуалізатора. Розробляються все нові системи фонового – або вузькоспеціалізовані, або універсальні. Сьогодні в основі найбільш поширених програм-рендерів лежать три основних обчислювальних методу:

Растеризування (Scanline) – метод, при якому зображення створюється прорахунком не окремих точок-пікселів, а цілих граней-полігонів і великих ділянок поверхонь. Текстури, що визначають властивості об'єктів, як і світло в сцені, зафіксовані у вигляді незмінних даних. Одержуване зображення часто не відображає перспективних змін освітленості, глибини різкості і т. д. Частіше застосовується в системах для прорахунку сцен в іграх і видеопродакшене.

Трасування променів (Raytracing) – фізика сцени прораховується на основі променів, що виходять з об'єктива віртуальної камери і аналізу взаємодії кожного променя з об'єктами, з якими він зустрічається в сцені. В залежності від кількості та якості таких «відскоків» імітується відбиття або заломлення світла, його колір, насиченість і т. д. Якість одержуваної картинки в порівнянні з прастеризацией значно вище, але за її реалістичність доводиться платити підвищеною витратою ресурсів.

Розрахунок відбитого світла (Radiosity) – кожна точка, кожен піксель зображення наділяється кольором, який не залежить від камери. На нього впливають глобальні та місцеві джерела світла і оточення. Такий метод дозволяє розрахувати поява на поверхні моделі колірних і світлових рефлексів від поруч розташованих об'єктів.

Практика показує, що найбільш просунуті і популярні системи фонового використовує поєднання всіх або основних методів. Це дозволяє домогтися максимального фотореалізму і достовірності відображення фізичних процесів у даній сцені.

Послідовність фонового

Хоча сучасний підхід в комп'ютерній графіку воліє виділити рендер в окремий етап, який передбачає наявність спеціальних знань і навичок, по суті, він невіддільний від усього процесу підготовки візуалізації. Якщо, наприклад, проектується інтер'єр, рендер буде залежати від виду застосовуваних матеріалів, а у кожної системи візуалізації свій алгоритм імітації текстури та фактури поверхні. Це ж відноситься і до способів освітлення сцени. Налаштування природного і штучного світла, властивостей власної і падаючої тіні, сили рефлексів, ефектів самосвечения – наступний етап створення візуалізації сцени. Як налаштувати рендер, залежить від використовуваного софта і від продуктивності системи. У кожному пакеті та програмою-візуалізатор є свої тонкощі і нюанси. Наприклад, Corona Renderer володіє можливістю регулювання налаштувань безпосередньо в ході прояви підсумкової картинки. В режимі онлайн можна змінювати потужність світильників, регулювати колір, різкість зображення.

Постобробка результатів фонового

Для конкретної задачі логічно застосовувати особливі методики візуалізації. В архітектурі потрібні інші образотворчі засоби, ніж при створенні технічної ілюстрації. Рендер екстер'єру, наприклад, часто вимагає від виконавця володіння графічними пакетами по роботі з растровими зображеннями, найпопулярніший з яких - Adobe Photoshop. Причому не завжди це робиться для підвищення фотореалістичності. Сучасні тенденції в архітектурній подачі передбачають імітацію ручної графіки, акварелі, гуаші, креслення тушшю і т. д. Якісна постобробка фонового зазвичай починається з вибору потрібного формату файлу, одержуваного після закінчення роботи програми. Прийнято готове зображення зберігати пошарово, задіюючи окремі колірні канали. Це дозволяє добитися високого результату при зведенні всіх верств у загальний зображення, використовуючи більш точну і тонку кольорову налаштування.

Рендер і продуктивність системи

Виконання якісної візуалізації залежить не тільки від програмного забезпечення судового процесу. На підсумковий результат впливає потужність використовуваного «заліза». Особливо цей фактор впливає на швидкість роботи – складна сцена іноді рендерится кілька днів, якщо комп'ютер не має достатніх обсягів оперативної пам'яті або має малопродуктивним процесором. Як прискорити рендер і поліпшити підсумковий результат, якщо ресурсів не вистачає? Можна змінити параметри програми, зменшивши до розумних величин дозвіл текстур матеріалів і фінішного зображення, змінивши установки світильників так, щоб світло і тіні обсчитывались більш великими ділянками, без зайвої деталізації і т. д. Якщо є мережа, можна використовувати пакетний рендер, коли для обрахунку зображення залучаються потужності інших комп'ютерів.

Рендер-ферма

Сьогодні можливе використання потужностей віддалених комп'ютерних кластерів, що надають послуги з пакетної обробки файлів 3D. Це високопродуктивні системи, здатні за короткий термін візуалізувати самі складні і насичені сцени. Вони впораються з будь-якими візуальними ефектами навіть при створенні відеофайлів великої тривалості. Зв'язавшись із постачальником таких послуг, список яких завжди можна знайти в Інтернеті, погодивши вартість та умови підготовки файлів, можна істотно заощадити на швидкості роботи і досягти необхідного рівня якості вихідного зображення. У розпорядженні таких компаній буває до кількох тисяч процесорів і сотні терабайт оперативки. Рендер-ферма розраховує вартість робіт, виходячи з обсягу вихідного файлу і строку виконання візуалізації. Наприклад, вартість одного кадру роздільною здатністю 1920х1080 для візуалізації якого на стандартному обладнанні потрібно 3 години, становить близько 100 рублів. Сцена прораховується протягом 8 хвилин.

Правильний вибір

Відповідь на питання про те, як зробити рендер невеликого і простого за формою об'єкта або насиченою візуальними ефектами анімаційної презентації котеджного селища, передбачає різний підхід. У разі самостійного виконання такої роботи необхідно грамотно вибрати необхідне програмне забезпечення й подбати про достатню потужності комп'ютерного обладнання. У будь-якому випадку від останнього етапу роботи – візуалізації – буде залежати, чи влаштує вас підсумковий результат.