3D renderelés - 3D rendering

Mert teszi a 3D-s skalártér lásd Volume rendering .
Háromdimenziós (3D)
számítógépes grafika
Activemarker2.PNG
Alapok
Elsődleges felhasználások
Kapcsolódó témák

A 3D -leképezés a 3D -s számítógépes grafikus folyamat, amelynek során a 3D modelleket 2D -képpé alakítják át a számítógépen . A 3D renderelések tartalmazhatnak fotorealisztikus effekteket vagy nem fotorealisztikus stílusokat .

Renderelési módszerek

Fotorealisztikus 3D render 6 számítógép -rajongóból , radiosity rendering, DOF és eljárási anyagok felhasználásával

A renderelés az utolsó folyamat, amellyel létre lehet hozni a tényleges 2D -s képet vagy animációt az előkészített jelenetből. Ezt össze lehet hasonlítani a fényképezéssel vagy a jelenet forgatásával a beállítás befejezése után a való életben. Számos különböző és gyakran speciális megjelenítési módszert dolgoztak ki. Ezek a kifejezetten nem valósághű drótvázas rendereléstől a sokszög alapú renderelésen át a fejlettebb technikákig terjednek , mint például: scanline rendering , ray tracing vagy radiosity . A renderelés másodperc tört részeitől néhány napig tarthat egyetlen kép/képkocka esetén. Általában a különböző módszerek jobban megfelelnek a fotorealisztikus vagy a valós idejű megjelenítésnek .

Valós idő

Fő cikk: Valós idejű számítógépes grafika
Képernyőkép a Second Life-ból , egy 2003-as online virtuális világból, amely valós időben jeleníti meg a képkockákat

Az interaktív média, például játékok és szimulációk megjelenítését valós időben számítják ki és jelenítik meg, körülbelül 20-120 képkocka / másodperc sebességgel. A valós idejű megjelenítés során a cél az, hogy a lehető legtöbb információt mutassa meg, amennyit a szem képes feldolgozni a másodperc töredéke alatt (más néven "egy képkockában": 30 kép / másodperc animáció esetén egy képkocka a másodperc egyharmadát foglalja magában).

Az elsődleges cél a lehető legmagasabb fokú fotorealizmus elérése elfogadható minimális renderelési sebességgel (általában 24 képkocka másodpercenként, mivel ez az a minimum, amit az emberi szemnek látnia kell, hogy sikeresen létrehozza a mozgás illúzióját). Valójában a kizsákmányolásokat úgy lehet alkalmazni, ahogy a szem „érzékeli” a világot, és ennek eredményeként a végső kép nem feltétlenül a való világ képe, hanem elég közel ahhoz, hogy az emberi szem tolerálja.

A renderelő szoftver olyan vizuális effekteket szimulálhat, mint a lencsefények , a mélységélesség vagy a mozgás elmosódása . Ezek olyan kísérletek, amelyek szimulálják a kamerák és az emberi szem optikai jellemzőiből adódó vizuális jelenségeket. Ezek az effektusok a realizmus egy elemét kölcsönözhetik egy jelenetnek, még akkor is, ha a hatás csupán egy fényképezőgép szimulált alkotása. Ez az alapvető módszer a játékokban, az interaktív világokban és a VRML -ben .

A számítógépes feldolgozási teljesítmény gyors növekedése lehetővé tette a realizmus fokozatosabb fokozását még a valós idejű megjelenítés esetében is, beleértve a HDR-megjelenítést is . A valós idejű megjelenítés gyakran sokszögű, és a számítógép GPU segíti .

Nem valós idejű

Gilles Tran által készített számítógép által létrehozott kép (CGI)

A nem interaktív média, például a játékfilmek és a videók animációinak megjelenítése sokkal több időt vehet igénybe. A nem valós idejű megjelenítés lehetővé teszi a korlátozott feldolgozási teljesítmény kihasználását a jobb képminőség érdekében. Az egyes képkockák renderelési ideje néhány másodperctől több napig változhat összetett jeleneteknél. A renderelt képkockákat egy merevlemezen tárolja , majd más adathordozóra, például mozgóképfilmre vagy optikai lemezre továbbítja. Ezeket a képkockákat ezután sorrendben, nagy képsebességgel jelenítik meg, jellemzően 24, 25 vagy 30 képkocka / másodperc (fps) sebességgel, hogy elérjék a mozgás illúzióját.

Ha a cél a fotorealizmus, olyan technikákat alkalmaznak, mint a sugárkövetés , az útvonalkövetés , a fotonleképezés vagy a sugárzás . Ez az alapvető módszer a digitális médiában és a művészeti alkotásokban. Technikákat fejlesztettek ki más természetben előforduló hatások, például a fény és az anyag különböző formáinak kölcsönhatásának szimulálása céljából. Ilyen technikák például a részecskerendszerek (amelyek szimulálják az esőt, füstöt vagy tüzet), térfogati mintavétel (köd, por és egyéb térbeli légköri hatások szimulálása ), kaustikumok (a fény fókuszálásának szimulálása az egyenetlen fénytörő felületek, például fényhullámok az úszómedence alján), és a felszín alatti szórás (a szilárd tárgyak, például az emberi bőr térfogatában tükröződő fény szimulációjához ).

A renderelési folyamat számításilag drága, tekintettel a szimulálandó fizikai folyamatok sokféleségére. A számítógépes feldolgozási teljesítmény az évek során gyorsan nőtt, lehetővé téve a reális megjelenítés fokozatos növekedését. A számítógéppel készített animációkat készítő filmstúdiók általában render farmot használnak a képek időben történő előállításához. A hardverköltségek csökkenése azonban azt jelenti, hogy teljesen lehetséges kis mennyiségű 3D animáció létrehozása otthoni számítógépes rendszeren. A renderelő kimenetét gyakran csak egy kis részeként használják egy befejezett mozgókép jelenethez. Számos anyagréteg külön -külön renderelhető és integrálható a végső képbe kompozíciós szoftver segítségével.

Tükrözési és árnyékolási modellek

A felület megjelenésének leírására tükröződés/szórás és árnyékolás modelleket használnak. Bár ezek a kérdések önmagukban problémának tűnhetnek, szinte kizárólag a renderelés keretében tanulmányozzák őket. A modern 3D számítógépes grafika nagymértékben támaszkodik egy egyszerűsített reflexiós modellre, az úgynevezett Phong reflexiós modellre (nem tévesztendő össze a Phong árnyékolással ). A fénytörésben fontos fogalom a törésmutató ; a legtöbb 3D programozási megvalósításban ennek az értéknek a kifejezése a „törésmutató” (általában IOR -ra rövidítve).

Az árnyékolást két különböző technikára lehet bontani, amelyeket gyakran egymástól függetlenül tanulmányoznak:

  • Felületi árnyékolás - hogyan terjed a fény a felületen (főleg a scanline renderelésben használják valós idejű 3D -s megjelenítéshez videojátékokban)
  • Tükröződés/szórás- hogyan hat a fény a felületre egy adott ponton (többnyire sugárkövetéses renderelésben használják, nem valós idejű fotorealisztikus és művészi 3D-s megjelenítéshez mind a CGI álló 3D-s képek, mind a CGI nem interaktív 3D-animációk esetében)

Felületárnyékoló algoritmusok

A 3D számítógépes grafika népszerű felszíni árnyékoló algoritmusai a következők:

  • Lapos árnyékolás : olyan technika, amely árnyékolja az objektum minden sokszögét a sokszög "normál" és a fényforrás helyzete és intenzitása alapján
  • Gouraud árnyékolás : H. Gouraud találta fel 1971 -ben; gyors és erőforrás-tudatos csúcsárnyékolási technika simán árnyékolt felületek szimulálására
  • Phong árnyékolás : Bui Tuong Phong találta ki ; tükröző fények és árnyékos felületek simítására szolgál

Visszaverődés

A Utah -i teáskanna zöld világítással

A tükröződés vagy szórás a bejövő és a kimenő megvilágítás közötti kapcsolat egy adott ponton. A szóródás leírását általában kétirányú szóráselosztási függvény vagy BSDF formájában adják meg.

Árnyékolás

Az árnyékolás azt határozza meg , hogy a különböző típusú szórások hogyan oszlanak el a felületen (azaz melyik szórási függvény hol alkalmazható). Az ilyen jellegű leírásokat általában egy shader nevű programmal fejezik ki . Az árnyékolás egyszerű példája a textúra -leképezés , amely egy kép segítségével határozza meg a diffúz színt a felület minden pontján, és láthatóbbá teszi azt.

Néhány árnyékolási technika a következő:

  • Dudor-leképezés : Jim Blinn találta ki , egy normál-zavaró technika, amely a ráncos felületek szimulálására szolgál.
  • Cel árnyékolás : Ez a technika a kézzel rajzolt animáció megjelenésének utánzására szolgál.

Szállítás

A közlekedés leírja, hogyan jut el a jelenet megvilágítása egyik helyről a másikra. A láthatóság a könnyű szállítás egyik fő eleme.

Kivetítés

Perspektív vetítés

Az árnyékos háromdimenziós objektumokat úgy kell simítani, hogy a megjelenítő eszköz - nevezetesen egy monitor - csak két dimenzióban tudja megjeleníteni, ezt a folyamatot 3D vetítésnek nevezik . Ez kivetítéssel és a legtöbb alkalmazásnál perspektivikus vetítéssel történik . A perspektivikus vetítés alapgondolata az, hogy a távolabbi tárgyak kisebbek a szemhez közelebbiekhez képest. A programok perspektívát hoznak létre, ha megszorozzák a megfigyelőtől való távolság negatívjának hatványára emelt tágulási konstansot. Az egyik tágulási állandó azt jelenti, hogy nincs perspektíva. A nagy tágulási állandók "halszem" hatást okozhatnak, amelyben a kép torzulása fordul elő. Az ortográfiai vetítést elsősorban CAD vagy CAM alkalmazásokban használják, ahol a tudományos modellezés pontos méréseket és a harmadik dimenzió megőrzését igényli.

Renderelő motorok

Fő cikk: 3D renderelő szoftverek listája

A render motorok összeállhatnak vagy integrálhatók 3D modellező szoftverrel, de van önálló szoftver is. Egyes renderelő motorok kompatibilisek több 3D szoftverrel, míg mások csak egy szoftverrel.


Lásd még

Jegyzetek és hivatkozások

  1. ^ Badler, Norman I. "3D objektummodellező előadássorozat" ( PDF ) . Az Észak -Karolinai Egyetem a Chapel Hill -en .
  2. ^ "Nem fotorealisztikus megjelenítés" . Duke Egyetem . Letöltve: 2018-07-23 .
  3. ^ "A 3D -leképezés tudománya" . A Digitális Régészeti Intézet . Letöltve: 2019-01-19 .
  4. ^ Christensen, Per H .; Jarosz, Wojciech. "Az ösvény a filmekhez" ( PDF ) .
  5. ^ "A megjelenítés alapjai - reflexiós függvények" ( PDF ) . Ohio Állami Egyetem .
  6. ^ A shader szótnéha a helyi geometriai variációtleíró programokhoz is használják.
  7. ^ "Bump Mapping" . web.cs.wpi.edu . Letöltve: 2018-07-23 .

Külső linkek