Tehtäväprosessilla on keskeinen rooli tietokonegrafiikan kehitysvaiheessa.
Kehittävän elokuvan tavoin
Renderointi on teknisesti monimutkainen 3D-tuotannon osa, mutta sitä voidaan todella ymmärtää melko helposti analogian yhteydessä: Paljon kuin elokuvan valokuvaaja on kehitettävä ja tulostamaan valokuvistaan ennen kuin ne voidaan näyttää, tietokonegrafiikan ammattilaiset ovat raskaita vastaavaan välttämättömyys.
Kun taiteilija työskentelee 3D-näyttämöllä, manipuloidut mallit ovat itse asiassa matemaattinen esitys pisteistä ja pinnoista (tarkemmin sanottuna vertikaaleista ja monikulmioista) kolmiulotteisessa tilassa.
Termi renderöinti tarkoittaa 3D-ohjelmistopaketin renderointimoottorin suorittamia laskelmia, jotka kuvaavat kohtauksen matemaattisesta approksimaatiosta viimeisteltyyn 2D-kuvaan. Prosessin aikana koko näkymän spatiaaliset, teksturoidut ja valaistustiedot yhdistetään määritettäessä kunkin pikselin värin arvo litistetyssä kuvassa.
Kaksi erilaista renderointia
On olemassa kaksi suurta muotoilua, joiden suurin ero on nopeus, jolla kuvat lasketaan ja viimeistellään.
- Reaaliaikainen renderointi: Reaaliaikaista mallinnusta käytetään parhaiten pelaamista ja interaktiivista grafiikkaa, jossa kuvat on laskettava 3D-tiedoista uskomattoman nopeasti. Koska on mahdotonta ennustaa täsmällisesti, kuinka pelaaja on vuorovaikutuksessa peliympäristön kanssa, kuvat on tehtävä "reaaliajassa", kun toiminta avautuu.
- Speed Matters: Jotta liike näyttäisi nestettä, näytölle on tehtävä vähintään 18 - 20 kuvaa sekunnissa. Jokainen vähemmän kuin tämä ja toiminta näyttävät epäselvältä.
- Menetelmät: Reaaliaikainen renderointi paranee voimakkaasti omilla grafiikkalaitteilla ja esikokoamalla mahdollisimman paljon tietoja. Suuri osa peliympäristön valaistustiedoista on ennalta laskettu ja "leivotaan" suoraan ympäristön tekstuuritiedostoihin nopeuttamaan renderointia.
- Offline- tai esijulkaisu: Offline-mallinnusta käytetään tilanteissa, joissa nopeus on vähemmän ongelma, sillä laskutoimitukset suoritetaan tyypillisesti useilla ytimillä suoritetuilla suorittimilla eikä erillisillä grafiikkalaitteilla. Offline-mallinnus nähdään useimmiten animaatiossa ja vaikutukset toimivat, joissa visuaalinen monimutkaisuus ja fotorealismi pidetään paljon korkeammalle tasolle. Koska kussakin kehyksessä ei ole odottamattomuutta, suuret studiot ovat olleet tiedossa omistavansa jopa 90 tuntia aikaa yksittäisiin kehyksiin.
- Fotorealismi: Koska offline-renderointi tapahtuu avoimessa aikakehyksessä, voidaan saavuttaa korkeammat fotorealismit kuin reaaliaikaisella renderoinnilla. Hahmot, ympäristöissä ja niihin liittyvissä kuvioissa ja valoissa on tyypillisesti korkeammat monikulmionumerot ja 4 k (tai korkeammat) resoluutiotyyppitiedostot.
Renderointitekniikat
Useimmissa renderöinnissä käytetään kolmea suurta laskennallista tekniikkaa. Jokaisella on oma joukko etuja ja haittoja, jolloin kaikki kolme toteuttamiskelpoista vaihtoehtoa tietyissä tilanteissa.
- Scanline (tai rasterointi): Scanline-mallinnusta käytetään, kun nopeus on välttämätöntä, mikä tekee siitä valinnan tekniikan reaaliaikaisen renderoinnin ja interaktiivisen grafiikan. Sen sijaan, että kuva-pikselin kuva olisi mahdollista, scanline-suorittimet laskevat monikulmioon monikulmion perusteella. Ennakoidun (paistetun) valaistuksen yhteydessä käytettävät Scanline-tekniikat voivat saavuttaa nopeuden, joka on 60 kuvaa sekunnissa tai parempaa huippuluokan grafiikkakortilla.
- Säteen jäljitys: Rytracingissa kutakin kohtauksen kuvapistettä kohti voidaan jäljittää yksi tai useampi valonsäde kamerasta lähimpään 3D-objekttiin. Valonsäde kulkee sitten joukon "palojen" kautta, joka voi sisältää heijastuksen tai taittumisen riippuen materiaaleista 3D-kohtauksessa. Kunkin pikselin väri lasketaan algoritmisesti perustuen valonsäteen vuorovaikutukseen sen jäljitetyn polun kohteiden kanssa. Raytracing pystyy parantamaan fotorealismia kuin scanline, mutta on eksponentiaalisesti hitaampi.
- Radiosity: Toisin kuin raytracing, radiositeetti lasketaan kamerasta riippumatta ja on pinta-suuntainen pikseli-pikselin sijasta. Radiositeen ensisijainen tehtävä on simuloida tarkemmin pintaväriä epäsuoralla valaistuksella (hajautettu diffuusi valo). Säteilylle tyypillistä on pehmeät asteittaiset varjot ja värien verenvuoto, jossa kirkkaista väristä esineistä valo "vuotaa" läheisiin pintoihin.
Käytännössä radiositeettiä ja raytrausta käytetään usein yhdessä toistensa kanssa käyttäen kunkin järjestelmän etuja saavuttaakseen vaikuttavat fotorealismitasot.
Esitysohjelmisto
Vaikka renderointi perustuu uskomattoman hienostuneisiin laskelmiin, tämän päivän ohjelmisto tarjoaa helposti ymmärrettäviä parametreja, jotka tekevät siitä niin, että taiteilijan ei tarvitse käsitellä taustalla olevaa matematiikkaa. Kaikissa tärkeissä 3D-ohjelmistokokonaisuuksissa on renderoitu moottori, ja useimmissa niistä on materiaali- ja valaistuspaketteja, joiden avulla saavutetaan upeita fotorealismitasoja.
Kaksi yleisintä renderöintimoottoria:
- Mental Ray: Pakattu Autodesk Mayan kanssa. Mielenterveysraja on uskomattoman monipuolinen, suhteellisen nopea ja luultavasti kaikkein pätevin renderoija merkkikuvien kannalta, jotka tarvitsevat pinnanalaista sirontaa. Psyykkinen säde käyttää raytracingin ja "globaalin valaistuksen" (säteily) yhdistelmää.
- V-Ray: Näet tavallisesti 3D-Max-yhdessä käytettävän V-Ray: n, pari on täysin vertaansa vailla arkkitehtonisen visualisoinnin ja ympäristön renderoinnin suhteen.VRayn tärkeimmät edut kilpailijansa yli ovat sen valaistusvälineet ja laaja materiaalikirjasto arch-viz: lle.
Renderointi on tekninen aihe, mutta voi olla varsin mielenkiintoinen, kun todella aloitat syvällisemmän tarkastelun joillekin yleisille tekniikoille.
