Che cos'è il rendering 3D nella pipeline CG?

Il processo di rendering gioca un ruolo cruciale nel ciclo di sviluppo della computer grafica. Il rendering è l'aspetto tecnicamente più complesso di Produzione 3D, ma in realtà può essere compreso abbastanza facilmente nel contesto di un'analogia: proprio come un fotografo cinematografico deve sviluppare e stampare le sue foto prima che possano essere visualizzate, i professionisti della computer grafica sono gravati da un simile necessità.

Quando un artista lavora su un scena 3D, i modelli che manipola sono in realtà una rappresentazione matematica di punti e superfici (più specificamente, vertici e poligoni) nello spazio tridimensionale.

Il termine rendering si riferisce ai calcoli eseguiti da a Pacchetti software 3D motore di rendering per tradurre la scena da un'approssimazione matematica a un'immagine 3D finalizzata. Durante il processo, le informazioni spaziali, strutturali e di illuminazione dell'intera scena vengono combinate per determinare il valore del colore di ciascun pixel nell'immagine appiattita.

Due tipi di rendering

Esistono due tipi principali di rendering, la cui principale differenza è la velocità con cui le immagini vengono calcolate e finalizzate.

1. Rendering in tempo reale: Il rendering in tempo reale viene utilizzato soprattutto nei giochi e nella grafica interattiva, in cui le immagini devono essere calcolate da informazioni 3D a un ritmo incredibilmente rapido. Poiché è impossibile prevedere esattamente come un giocatore interagirà con l'ambiente di gioco, le immagini devono essere rese in "tempo reale" mentre l'azione si svolge.
2. La velocità è importante: Affinché il movimento appaia fluido, è necessario eseguire il rendering sullo schermo da un minimo di 18 a 20 fotogrammi al secondo. Qualcosa di meno di questo e l'azione apparirà instabile.
3. I metodi: Il rendering in tempo reale è drasticamente migliorato da hardware grafico dedicatoe precompilando quante più informazioni possibili. Gran parte delle informazioni sull'illuminazione di un ambiente di gioco sono pre-calcolate e "costruite" direttamente nei file di texture dell'ambiente per migliorare la velocità di rendering.
4. Offline o pre-renderingNota: il rendering offline viene utilizzato in situazioni in cui la velocità è meno problematica, con i calcoli generalmente eseguiti utilizzando CPU multi-core anziché hardware grafico dedicato. Il rendering offline si vede più frequentemente nel lavoro di animazione ed effetti in cui la complessità visiva e il fotorealismo sono tenuti a uno standard molto più elevato. Poiché non c'è imprevedibilità su ciò che apparirà in ogni fotogramma, è noto che i grandi studi dedicano fino a 90 ore di tempo di rendering ai singoli fotogrammi.
5. FotorealismoNota: poiché il rendering offline avviene in un intervallo di tempo illimitato, è possibile ottenere livelli di fotorealismo più elevati rispetto al rendering in tempo reale. I personaggi, gli ambienti e le loro trame e luci associate sono in genere consentiti conteggi di poligoni più elevati e Risoluzione 4k (o superiore) file di trama.

Tecniche di rendering

Ci sono tre principali tecniche di calcolo utilizzate per la maggior parte dei rendering. Ognuno ha il proprio insieme di vantaggi e svantaggi, rendendo tutte e tre le opzioni praticabili in determinate situazioni.

• Scanline (o rasterizzazione): Il rendering scanline viene utilizzato quando la velocità è una necessità, il che lo rende la tecnica preferita per il rendering in tempo reale e la grafica interattiva. Invece di eseguire il rendering di un'immagine pixel per pixel, i renderer di scanline calcolano poligono per poligono. Le tecniche di scansione utilizzate in combinazione con l'illuminazione precalcolata (cottura) possono raggiungere velocità di 60 fotogrammi al secondo o superiori su una scheda grafica di fascia alta.
• Raytracing: Nel raytracing, per ogni pixel della scena, vengono tracciati uno o più raggi di luce dalla telecamera all'oggetto 3D più vicino. Il raggio di luce viene quindi fatto passare attraverso un determinato numero di "rimbalzi", che possono includere riflessione o rifrazione a seconda dei materiali nella scena 3D. Il colore di ogni pixel viene calcolato algoritmicamente in base all'interazione del raggio di luce con gli oggetti nel suo percorso tracciato. Il raytracing è in grado di offrire un fotorealismo maggiore rispetto alla linea di scansione, ma è esponenzialmente più lento.
• Radiosità: A differenza del raytracing, la radiosity viene calcolata indipendentemente dalla telecamera ed è orientata alla superficie anziché pixel per pixel. La funzione principale della radiosity è quella di simulare in modo più accurato il colore della superficie tenendo conto dell'illuminazione indiretta (luce diffusa riflessa). La radiosità è tipicamente caratterizzata da ombre sfumate sfumate e sanguinamento del colore, in cui la luce proveniente da oggetti dai colori vivaci "sanguina" sulle superfici vicine.

In pratica, radiosity e raytracing sono spesso usati in combinazione tra loro, sfruttando i vantaggi di ciascun sistema per raggiungere livelli impressionanti di fotorealismo.

Software di rendering

Sebbene il rendering si basi su calcoli incredibilmente sofisticati, il software di oggi offre un facile per capire i parametri che lo rendono così un artista non ha mai bisogno di confrontarsi con il sottostante matematica. Un motore di rendering è incluso in tutte le principali suite di software 3D e la maggior parte di essi include pacchetti di materiali e luci che consentono di raggiungere livelli straordinari di fotorealismo.

I due motori di rendering più comuni

• Raggio mentale: confezionato con Autodesk Maya. Mental Ray è incredibilmente versatile, relativamente veloce e probabilmente il renderer più competente per le immagini dei personaggi che necessitano di dispersione sotto la superficie. Il raggio mentale utilizza una combinazione di raytracing e "illuminazione globale" (radiosity).
• V-Ray: Di solito vedi V-Ray utilizzato in combinazione con 3DS Max: insieme, la coppia non ha assolutamente rivali per la visualizzazione architettonica e il rendering dell'ambiente. I principali vantaggi di VRay rispetto al suo concorrente sono i suoi strumenti di illuminazione e un'ampia libreria di materiali per arch-viz.

Il rendering è un argomento tecnico, ma può essere piuttosto interessante quando inizi davvero a dare uno sguardo più approfondito ad alcune delle tecniche comuni.