Рендер это что такое
Рендер
Ре́ндеринг (англ. rendering — «визуализация») в компьютерной графике — процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.
Здесь модель — это описание любых объектов или явлений на строго определённом языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр.
Примером визуализации могут служить радарные космические снимки, представляющие в виде изображения данные, полученные посредством радиолокационного сканирования поверхности космического тела, в диапазоне электро-магнитных волн, невидимых человеческим глазом.
Часто в компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом понимают создание плоского изображения (картинки) по разработанной 3D-сцене. Изображение — это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является Визуализация.
Визуализация — один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно, программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг.
В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Последний часто использует 3D-ускорители.
Содержание
Методы рендеринга (визуализации)
На текущий момент разработано множество алгоритмов визуализации. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения.
Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо длительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерное количество времени, если не применяется аппроксимация (семплирование).
Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:
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 (Lo), исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (Li), 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.
Что такое рендер-фермы и рендер-станции — для чего они нужны
Содержание
Содержание
За несколько последних лет возрастает потребность пользователей в визуальном контенте. Это не только графика для игр или фильмов, а еще и разнообразные архитектурные, дизайнерские проекты, анимация для бизнес-идей и многое другое. Причем визуализация постоянно усложняется и для процесса рендеринга требуется немалое количество ресурсов. Вот здесь-то и приходит на помощь рендер-ферма или рендер-станция.
Что такое рендеринг
Рендеринг — это процесс, который не смогут обойти стороной те, кто работает с двухмерной или трехмерной графикой, анимацией. В переводе с английского рендеринг означает «визуализация». В ходе рендеринга происходит преобразование трехмерной сцены в статическое изображение (рендер) или же в последовательность кадров. Скажем проще: созданный в специальной программе набросок изображения превращается непосредственно в само изображение со своими цветами, тенями, освещением и т.п. А еще проще и банальнее – это процесс получения изображения с помощью специальной компьютерной программы.
Как работает рендеринг и что для него необходимо
Рендеринг — это довольно трудоемкий и сложный процесс, в ходе которого происходит множество математических вычислений. Проходит просчет и определение теней, текстур, отражения и многого другого.
Разработчики специальных программ для 3D-моделирования и рендеринга позаботились о том, чтобы пользователи не утруждали себя многочисленными просчетами и работали с привычными для них настройками.
Естественно, что для рендеринга требуется один или несколько компьютеров, программы для 3D-моделирования и визуализации (с соответствующими плагинами), программы для работы с графикой. Чаще всего рендер-движки уже встраиваются в графические программы, например, в такие как 3ds Max, Maya. Помимо этого, есть самостоятельные профессиональные системы для рендера, например, V-ray, Mental ray, Corona Renderer. Такие программы часто именуют рендерером.
Если говорить о значимости «начинки» компьютера для рендеринга, то здесь мы встретим подразделение на CPU Rendering и GPU Rendering. Первый вариант при просчете использует ресурсы процессора и оперативной памяти, а в случае с GPU, основная задача по визуализации ложится на видеокарту (графический процессор). Чему именно будет отдано предпочтение, зависит от используемой системы рендеринга.
Время просчета будет зависеть от массы факторов. Сюда входят сложность сцены, прозрачность или отражающие свойства материалов, текстуры, тени и освещенность, высокополигональность моделей и вычислительная мощь оборудования. Также есть зависимость и от того, какой метод использует система рендеринга.
Сколько же времени может занять рендеринг? В зависимости от всего вышеперечисленного от нескольких секунд до нескольких часов и даже дней.
Возьмем простой калькулятор на рендер-ферме и попробуем рассчитать стоимость и приблизительное время, выбрав примерные настройки. Результаты видны на трех скринах, причем выделено время просчета на домашнем компьютере и на ферме.
Что такое рендер-ферма
Рендер-ферма — это множество компьютеров, объединенных в единую вычислительную сеть. Такие сети или системы обычно именуют узлами. В зависимости от фермы, число таких узлов может доходить до нескольких тысяч.
Ферма как правило бывает двух типов: собственная (частная) и облачная (коммерческая). Первая создается под нужды какой-либо фирмы занимающейся, например, выпуском фильмов. Или же когда у отдельного дизайнера, фрилансера имеется несколько компьютеров с соответствующим программным обеспечением, и он использует их для рендеринга.
Облачные фермы предлагают услуги всем желающим пользователям. Данные фермы имеют на вооружении десятки серверов, необходимое оборудование, обслуживающий персонал. По сути это сложные профессиональные системы, располагающие мощнейшими, современными ресурсами для процедуры рендеринга.
Стоят профессиональные фермы довольно дорого. В стоимость входит не только цена на оборудование, софт, но и его обслуживание, охлаждение и т.п.
Что такое рендер-станция
Если ферма представляет собой несколько компьютеров объединенных в узлы, то рендер-станция (графическая станция) является отдельной машиной, предназначенной для работы с графикой, видео, дизайном. Такие станции базируются на различных платформах и комплектуются мощным «железом», которое чаще всего создается именно для работы с графикой. В пример можно привести профессиональную (и доступную рядовому пользователю) графическую карту Nvidia Quadro.
Как работают коммерческие рендер-фермы
Загруженные на фермы сцены могут рассчитываться на нескольких десятках и сотен рендер-узлах, что максимально сокращает время визуализации. Благодаря этому, несколько дней рендеринга возможно сократить до нескольких часов. Чтобы объяснить еще проще принцип работы ферм, сравним их с видеомонтажом.
Представьте, что у вас есть масса памятных видеокадров, которые вы хотели бы объединить в единый фильм с музыкальными вставками и по возможности, со спецэффектами. Чтобы это сделать, нужен компьютер, программное обеспечение и умение делать монтаж. Если же у вас что-либо из этого отсутствует, то вы естественно отдадите свои видеозаписи профессионалу, который за определенную сумму сделает для вас фильм. Тоже самое можно сказать и о рендере.
Работа рендер-фирм строится практически по одинаковому сценарию. Пользователь проходит процесс регистрации, пополняет счет (многие фермы предлагают попробовать бесплатно) и приступает к процессу. Для этого необходимо загрузить 3D-сцены на ферму, задать желаемые настройки и запустить процесс.
Важным моментом является загрузка с сайта программы или плагина, который встраивается в используемую пользователем программу (например, 3ds Max). Его задача — проверить все сцены и экспортировать их в ферму, сохраняя заданные пользователем настройки. Стоит отметить, что все фермы поддерживают наиболее часто используемые программы, приложения и плагины.
Рендерить на ферме или у себя дома?
На этот вопрос должен ответить сам пользователь, который делает статичные изображения, анимацию, спецэффекты и многое другое. Чтобы выполнять рендеринг дома необходим мощный компьютер, в котором главную роль будут играть процессор (архитектура, количество ядер, кэш) и количество оперативной памяти. Можно сказать, чем мощнее будет сборка, тем лучше для процесса.
В домашней ферме также используют несколько компьютеров, объединив их в локальную сеть. Также многое зависит от объемов работы. При больших объемах и сложных проектах, пользователю может не хватить одной или нескольких машин и в любом случае придется собирать свою ферму или же обратиться за помощью к коммерческой ферме. В сравнении с этим у рендер-ферм есть несколько существенных преимуществ.
1. Простота и поддержка. Пользоваться фермами довольно легко, к тому же на каждой из них пользователь сможет обратиться в службу поддержки.
2. Экономия средств и времени. В первом случае пользователь, которому нужен рендеринг, заплатит только за процесс на ферме и будет избавлен от закупки «железа» для собственной фермы и ее обслуживания. Ну и конечно же экономия времени, которое так необходимо, когда, например, у фрилансера масса заказов. Не стоит забывать о том, что дома на последних часах и минутах может отключиться электричество и все многочасовые труды пропадут.
Особенности рендеринга на рендер-ферме
Остановимся на некоторых особенностях, которые желательно знать и помнить всем посетителям ферм.
Онлайн-калькулятор.
Он есть на каждой ферме и с его помощью пользователь сможет рассчитать и оценить время и стоимость рендеринга. Однако, все это примерно и условно, так как до сих пор нет четкого и реального метода оценки времени рендеринга.
Совместимость ПО
Прежде чем приступить к работе, необходимо определить совместимость ПО, на котором был сделан проект и ПО имеющегося на ферме. Хотя, выше уже указывалось на то, что многие фермы имеют все последние версии ПО, плагины и загружают для пользователя свои плагины для проверки проекта. Несмотря на это, нужно быть внимательным, так как в некоторых ситуациях потраченные деньги фермы могут не вернуть.
Хранение данных
Фермы осуществляют хранение проектов и всех данных, однако через какой-то промежуток времени они могут быть удалены. Через какой промежуток именно, нужно узнавать на самой ферме.
Правила пользования
Прежде чем начинать работу на той или иной ферме, необходимо детально ознакомиться с правилами пользования фермой. Узнать каким образом она предоставляет кредиты, можно ли вернуть деньги и т.п. Для разрешения всех спорных или непонятных вопросов на каждой из ферм должна работать служба поддержки в режиме 24/7.
Что такое 3D рендеринг
Рендеринг — это наше окно в виртуальный мир 3D. Узнайте о 3D рендеринге больше, откройте для себя различные техники и методы рендеринга 3d объектов.
Виртуальная фотография
«Привет мир 3D рендеринга»
Рендеринг впервые появился в 1960 году, когда Уильям Феттер создал изображение пилота, чтобы имитировать пространство, необходимое в кабине. Затем, в 1963 году, Иван Сазерленд создал Sketchpad, первую программу 3D-моделирования, в то время он работал в MIT. За свою новаторскую работу он известен как «Отец компьютерной графики».
В 1975 году исследователь Мартин Ньюэлл создал «Чайник Юты», трехмерную тестовую модель, которая стала стандартным тестовым рендером. Этот чайник, также называемый Newell Teapot, стал настолько культовым, что считается эквивалентом «Hello World» в мире 3d.
Как устроен 3d рендеринг
По сути, 3D рендеринг похож на фотографию. Например, программа рендеринга эффективно направляет камеру на объект для создания фотографии. Таким образом, цифровое освещение очень важно для создания детального и реалистичного рендера.
Со временем был разработан ряд различных методов рендеринга. Тем не менее, цель каждого рендера состоит в том, чтобы сделать изображение, основанное на том, как свет попадает на объекты, как в реальной жизни.
Техника рендеринга № 1: Растеризация
Видео игры представляют собой общий случай использования для растеризации.
Один из самых ранних методов рендеринга, растеризация, работает рассматривая модель как сетку многоугольников. Эти полигоны имеют вершины, в которые встроена такая информация, как положение, текстура и цвет. Эти вершины затем проецируются на плоскость, перпендикулярную к перспективе (то есть камеру).
С вершинами, действующими как границы, оставшиеся пиксели заполнены правильными цветами. Представьте себе, что сначала нужно нарисовать контур для каждого цвета, который вы рисуете — это и есть рендеринг с помощью растеризации.
Техника рендеринга №2: Лучевое литье
Классическая демонстрация лучевого литья.
Несмотря на свою полезность, растеризация сталкивается с проблемами при наличии перекрывающихся объектов: если поверхности перекрываются, последняя нарисованная часть будет отражена при рендеринге, что приведет к отображению неправильного объекта. Чтобы решить эту проблему, была разработана концепция Z-буфера для растеризации. Она включает в себя датчик глубины, чтобы указать, какая поверхность находится под или над, в конкретной точке зрения.
Это стало ненужным, однако, когда было разработана отливка лучей. В отличие от растеризации, потенциальная проблема перекрывающихся поверхностей не возникает при лучевом литье.
Приведение лучей, как следует из названия, направляет лучи на модель с точки зрения камеры. Лучи выводятся в каждый пиксель на плоскости изображения. Поверхность, на которую она попадает первой, будет показана при рендеринге и любое другое пересечение после первой поверхности не будет отрисовано.
Техника рендеринга № 3: Трассировка лучей
Несмотря на преимущества, которые дает отливка лучей, в методике по-прежнему отсутствовала способность правильно моделировать тени, отражения и преломления. Таким образом, в помощь был разработка метод трассировки лучей.
Трассировка лучей работает аналогично лучевому литью, за исключением того, что она лучше отображает свет. По сути, первичные лучи с точки зрения камеры направляются на модели для получения вторичных лучей. После попадания на модель будут испускаться теневые лучи, отраженные лучи или преломляющие лучи, в зависимости от свойств поверхности.
Тень генерируется на другой поверхности, если путь луча тени к источнику света затруднен этой поверхностью. Если поверхность является отражающей, результирующий отраженный луч будет излучаться под углом и освещать любую другую поверхность, на которую он попадает и будет дополнительно излучать другой набор лучей. По этой причине этот метод также известен как рекурсивная трассировка лучей. Для прозрачной поверхности преломляющий луч испускается, когда на поверхность попадает вторичный луч.
Техника рендеринга № 4: Уравнение рендеринга
Дальнейшее развитие рендеринга в конечном итоге привело к уравнению рендеринга, которое пытается смоделировать, как свет должен излучатся с максимальной реалистичностью. С помощью этой техники считают, что свет испускается всем телами, а не только одним источником света. Это уравнение пытается рассмотреть все источники света в рендере, по сравнению с трассировкой лучей, которая использует только прямое освещение. Алгоритм, созданный с использованием этого уравнения, известен как глобальное или косвенное освещение.
Аппаратные средства для 3D рендеринга
Качество рендеринга улучшается, но процесс все еще медленный — поэтому крупные компании вкладывают значительные средства в рендер фермы. В то же время отдельные дизайнеры и художники должны использовать современное оборудование.
Программное обеспечение рендеринга использует GPU (графический ), CPU (центральный ) или оба вида процессоров для создания рендеров. Кроме того, приложения для рендеринга являются ресурсоёмкими программами. Для более быстрого рендеринга часто требуются дополнительные обновления. Скорость процессора, интеграция и совместимость видеокарт, совместимость с драйверами и оперативной памятью — вот некоторые из аспектов, обеспечивающих быстрый высококачественный рендеринг.
К слову о программном обеспечении для рендеринга, посмотрите этот огромный список инструментов и приложений для 3d рендеринга доступных сегодня.
Программное обеспечение для 3d рендеринга
Как бы грустно это не звучало, идеального рендера не бывает. Это потому, что постоянно находятся в равновесии несколько переменных, в том числе фотореализм, качество, скорость, размер данных и разрешение.
Несмотря на сложность, можно работать с этими основными факторами для достижения фотореалистичных визуализаций. Во-первых, модель должна быть скорректирована в правильной пропорции. Модель, масштабированная в реальной жизни, очень помогает. Размеры объектов не обязательно должны быть точными, так как детали могут подвергаться корректировке, если они отображаются на визуализации.
Материалы объектов должны быть как подходящими, так и высокодетализированными для достижения максимально реалистичных результатов. Случайные элементы в текстурах, также помогают рендерам выглядеть более реалистично.
Интенсивность освещения, температура и расположение — это, конечно, огромный фактор. Правильное количество и расположение света облегчит детали, чтобы быть достаточно видимым. Также обратите внимание, что цветовая температура, если она не установлена правильно, может испортить ваш рендер.
Наконец, постобработка — это последние штрихи к вашему рендеру. Простые ретуши вашего необработанного рендера могут превратить ваши рендеры в захватывающее фотореалистичное изображение.
Типы программного обеспечения для 3D-рендеринга
При поиске программного обеспечения для 3D-рендеринга вы встретите два повторяющихся термина, которые редко объясняются: biased ( «настраиваемый ») и unbiased ( «ненастраиваемый ») рендер. Вот что имеется в виду:
biased рендер (читается баяст) — это рендерер, где нужно НАСТРАИВАТЬ много параметров и он ПРЕДВЗЯТЫЙ, т.е. основанный не на «правде », а на каких-то своих личных допущениях.
biased программное обеспечение для 3D-рендеринга, в свою очередь, разработано для повышения эффективности. При расчете путей световых лучей они стратегически обманывают, чтобы сократить время рендеринга. В частности, это означает, что они интерполируют между кадрами или применяют размытие. Требуется определенный опыт, чтобы точно настроить предвзятого рендера для получения убедительного результата. Но в крупномасштабных проектах по анимации или спецэффектам, стоит потратить лишнюю расстоие с точки зрения экономии денег и времени.
По другую сторону unbiased рендер (читается анбаяст)- то есть рендерер, который НЕНАСТРАИВАЕМЫЙ (не нужно настраивать — нажал одну кнопку и сиди жди, пока картинка станет красивой) и он НЕПРЕДВЗЯТЫЙ. Непредвзятость выражается в том, что анбаяст рендерер старается максимально правдиво описать поведение света. Т.е. он использует формулы просчёта, которые на сегодняшний день максимально (на сколько могут) точно описывают физические законы, происходящие в природе (как свет падает, как отражается, как преломляется, как поглощается и т.д.).
unbiased рендер пытается рассчитать физически точные изображения. Это означает, что он отслеживают путь светового луча математически правильно, без каких-либо сокращений. Этот метод может привести к увеличению времени рендеринга. Поэтому анбаяст рендеринг редко используется для анимационных фильмов. Вместо этого его можно найти в графическом дизайне и архитектурной визуализации, поскольку время рендеринга не сильно влияет на график проекта.
Популярные применения 3d рендеринга
3D-рендеринг широко используется в области архитектуры
3D рендеринг изменил рабочие процессы во многих отраслях. В архитектуре и технике традиционные планы, карты и модели теперь дополняются реалистичными презентациями. Прототипирование с использованием рендеринга является менее затратным, а также сильно экономит время, т.к. можно сразу увидеть конечный результат, учесть все нюансы и внести соответствующие коррективы.
В современной киноиндустрии новые фильмы теперь сильно зависят от 3d рендеринга, а точнее уже не создаются без применения этого замечательного инструмента. Студии 3D-анимации работают над созданием анимационных фильмов высокой четкости. Для создания идеального снимка, физическим эффектам кино и реквизиту помогают видеоэффекты высокой четкости и компьютерные изображения. Нет предела, для создания сцена, все ограничено только фантазией человеческого мозга.
В маркетинге рендеры используются для изображения фотореалистичных изображений продуктов. Будучи экономически эффективными, маркетинговые отрасли используют рендеринг, чтобы сделать рекламные акции максимально реалистичными и увлекательными для потребителя.
Улучшение игр с помощью фотореалистичного рендеринга и высокой четкости имеет большое значение для отрасли. Каждый год разработчики игр продолжают стремиться к тому, чтобы сделать детали более реалистичными и захватывающими для геймеров.
Развитие 3D-рендеринга никогда не остановится, все будет ограничено только фантазией конкретного разработчика или группы разработчиков.