Proces vykreslování hraje zásadní roli v cyklu vývoje počítačové grafiky.
Stejně jako rozvíjení filmu
Vykreslování je technicky nejsložitějším aspektem 3D produkce, avšak v kontextu analogie se to dá docela snadno pochopit: Podobně jako filmový fotograf musí vyvíjet a vytisknout své fotografie dříve, než je lze zobrazit, profesionálové počítačové grafiky jsou zatěžováni podobným nutnost.
Když umělec pracuje na 3D scéně, modely, které manipuluje, jsou ve skutečnosti matematické znázornění bodů a ploch (konkrétně vrcholů a polygonů) v trojrozměrném prostoru.
Termín vykreslování se vztahuje k výpočtům, které provádějí 3D rendering engine 3D softwarového balíčku pro překládání scény z matematické aproximace do finalizovaného 2D obrazu. Během celého procesu se prostorové, texturální a světelné informace celé scény kombinují, aby se určila hodnota barev každého pixelu ve zploštělém obrazu.
Dva typy vykreslování
Existují dva hlavní typy vykreslování, jejich hlavní rozdíl je rychlost, s jakou jsou obrazy vypočítávány a dokončovány.
- Real-Time rendering: Vykreslování v reálném čase se používá nejdůležitěji v herních a interaktivních grafikách, kde je třeba obrazy vypočítat z 3D informací neuvěřitelně rychlým tempem. Protože není možné přesně předpovědět, jak hráč bude interagovat s herním prostředím, je třeba obrazy v reálném čase vykreslit, jak se akce rozvíjí.
- Rychlost záležitostí: Aby pohyb vypadal tekutý, musí být na obrazovce vykresleno minimálně 18 až 20 snímků za sekundu. Něco jiného než toto a akce bude vypadat trhaně.
- Metody: Vykreslování v reálném čase je drasticky vylepšeno pomocí vyhrazeného grafického hardwaru a předběžným sestavováním co nejvíce informací. Velké množství informací o herním prostředí je předem vypočteno a "pečeno" přímo do texturních souborů prostředí, aby se zlepšila rychlost vykreslování.
- Offline nebo předběžné vykreslování: Vykreslování offline se používá v situacích, kdy je rychlost méně problémová, přičemž výpočty se obvykle provádějí pomocí vícejádrových procesorů, a nikoli vyhrazeného grafického hardwaru. Vykreslení offline je vidět nejčastěji v animacích a efektech, kde je vizuální složitost a fotorealismus udržovány na mnohem vyšším standardu. Vzhledem k tomu, že neexistuje žádná nepředvídatelnost toho, co se v každém snímku objeví, je známo, že velké studiové studio vyčleňují až 90 hodin času na vykreslení jednotlivých snímků.
- Fotorealismus: Vzhledem k tomu, že v rámci otevřeného časového rámce dochází k offline vykreslení, lze dosáhnout vyšších úrovní fotorealismu než v renderování v reálném čase. Znaky, prostředí a jejich související struktury a světla jsou typicky povoleny vyšší počet polygonů a 4k (nebo vyšší) textur soubory rozlišení.
Techniky vykreslování
Existují tři hlavní výpočetní techniky používané pro většinu renderování. Každý z nich má vlastní sadu výhod a nevýhod, které v určitých situacích činí všechny tři životaschopné možnosti.
- Scanline (nebo rasterizace): Skenování skenování se používá, když je rychlost nezbytná, což z něj činí techniku volby pro vykreslování v reálném čase a interaktivní grafiku. Namísto vykreslení obrazového pixelu po pixelu vykreslovače skenování vypočítají na polygonu podle polygonů. Techniky skenování používané ve spojení s předkompilovaným (upečeným) osvětlením mohou dosáhnout rychlostí 60 snímků za sekundu nebo vyšší na grafické kartě vyšší třídy.
- Raytracing: V raytracingu je pro každý pixel ve scéně sledován jeden nebo více paprsků světla z kamery na nejbližší 3D objekt. Světelný paprsek pak prochází nastaveným počtem "skoků", které mohou v závislosti na materiálech v 3D scéně obsahovat odraz nebo lom. Barva každého pixelu je vypočítána algoritmicky na základě interakce světelného paprsku s objekty ve sledované dráze. Raytracing je schopen větší fotorealismus než scanline, ale je exponenciálně pomalejší.
- Radiostanice: Na rozdíl od raytracingu je radiozita vypočtena nezávisle na kameru a je povrchově orientovaná spíše než pixel po pixelu. Primární funkcí radiosity je přesněji simulovat barvu povrchu zachycením nepřímého osvětlení (odrazené difuzní světlo). Radiost je typicky charakterizována měkkými odstupňovanými stíny a barevným krvácením, kde světlo z jasně zbarvených objektů "krvácí" na okolních plochách.
V praxi se radiozity a raytracing často používají společně s využitím výhod každého systému k dosažení působivé úrovně fotorealismu.
Software pro vykreslování
Přestože vykreslování závisí na neuvěřitelně sofistikovaných výpočtech, dnešní software poskytuje snadné pochopení parametrů, díky nimž se umělec nikdy nemusí zabývat základními matematiky. Renderovací stroj je součástí všech hlavních 3D softwarových balíčků a většina z nich obsahuje materiály a osvětlení, které umožňují dosáhnout ohromující úrovně fotorealismu.
Dvě nejčastější motory renderů:
- Mental Ray: Balené s produktem Autodesk Maya. Mental Ray je neuvěřitelně všestranný, poměrně rychlý a pravděpodobně nejvhodnější vykreslování obrazových znaků, které potřebují podpovrchový rozptyl. Mental ray používá kombinaci raytracingu a "globálního osvětlení" (radiosity).
- V-Ray: Obvykle vidíte V-Ray, který se používá společně s technologií 3DS Max - společně je pár absolutně bezkonkurenční pro vizualizaci architektury a pro vykreslování prostředí.Hlavními výhodami společnosti VRay jsou její osvětlovací nástroje a knihovna rozsáhlých materiálů pro arch-viz.
Vykreslování je technický předmět, ale může být docela zajímavé, když skutečně začnete hlubší pohled na některé z běžných technik.
