3D-рендеринг

Трёхмерная графика
Основы
Основные виды применения
Связанные темы

3D-рендеринг — процесс преобразования 3D-моделей в 2D-изображения на компьютере. 3D-рендеры могут включать в себя фотореалистичные эффекты или нефотореалистичные стили.

Методы визуализации

Рендеринг — конечный процесс создания реального 2D-изображения или анимации из подготовленной сцены. Это можно сравнить с фотографированием или съемкой сцены после завершения настройки в реальной жизни[1]. Было разработано несколько различных и часто специализированных методов визуализации. Они варьируются от явно нереалистичного рендеринга каркаса через рендеринг на основе полигонов до более продвинутых методов, таких как рендеринг скан-линий, трассировка лучей и другие. Рендеринг может занимать от долей секунды до нескольких дней для одного изображения/кадра. В общем, различные методы лучше подходят как для фотореалистичного рендеринга, так и для рендеринга в реальном времени[2].

В режиме реального времени

Рендеринг для интерактивных медиа, таких как игры и симуляторы, рассчитывается и отображается в режиме реального времени со скоростью примерно от 20 до 120 кадров в секунду. При рендеринге в реальном времени цель состоит в том, чтобы показать как можно больше информации, которую глаз может обработать за долю секунды (например, «в одном кадре»: в случае анимации 30 кадров в секунду кадр охватывает одну 30-ю долю секунды).

Основная цель состоит в том, чтобы достичь как можно более высокой степени фотореализма при приемлемой минимальной скорости рендеринга (обычно 24 кадра в секунду, поскольку это минимум, который человеческий глаз должен видеть, чтобы успешно создать иллюзию движения). На самом деле, эксплуатации могут быть применены к тому, как глаз «воспринимает» мир, и в результате конечный образ, представленный не обязательно является образом реального мира, но достаточно близким для человеческого глаза, чтобы его терпеть.

Программное обеспечение визуализации может имитировать такие визуальные эффекты, как вспышки объектива, глубина резкости или размытие движения. Это попытки симулировать визуальные явления, возникающие в результате оптических характеристик камер и человеческого глаза. Эти эффекты могут придать сцене элемент реализма, даже если эффект является всего лишь имитацией артефакта камеры. Это основной метод, используемый в играх, интерактивных мирах и VRML.

Быстрое увеличение вычислительной мощности компьютера позволило добиться все более высокой степени реалистичности даже для рендеринга в реальном времени, включая такие методы, как рендеринг HDR. Рендеринг в реальном времени часто полигональный и поддерживается графическим процессором компьютера[3].

Не в режиме реального времени

Анимация для неинтерактивных носителей, таких как художественные фильмы и видео, может занять гораздо больше времени[4]. Рендеринг не в реальном времени позволяет использовать ограниченную вычислительную мощность для получения более высокого качества изображения. Время рендеринга для отдельных кадров может варьироваться от нескольких секунд до нескольких дней для сложных сцен. Отрисованные кадры сохраняются на жестком диске, а затем переносятся на другие носители, такие как кинофильм или оптический диск. Эти кадры затем отображаются последовательно с высокой частотой кадров, обычно 24, 25 или 30 кадров в секунду (fps), чтобы достичь иллюзии движения.

Когда целью является фотореализм, используются такие методы, как трассировка лучей, трассировка траектории, картирование фотонов или лучеиспускание. Это основной метод, используемый в цифровых медиа и художественных произведениях. Методы были разработаны с целью моделирования других естественных эффектов, таких как взаимодействие света с различными формами материи. Примеры таких методов включают системы частиц (которые могут имитировать дождь, дым или огонь), объемный отбор проб (для имитации тумана, пыли и других пространственных атмосферных эффектов), каустику (для имитации фокусировки света неровными светопреломляющими поверхностями, такими как световые ряби, видимые на дне плавательного бассейна) и подповерхностное рассеяние (для имитации отражения света внутри объёмов твердых объектов, таких как кожа человека).

Процесс визуализации является вычислительно дорогостоящим, учитывая сложное разнообразие моделируемых физических процессов. Вычислительная мощность компьютера быстро росла на протяжении многих лет, позволяя постепенно повышать степень реалистичности визуализации. Киностудии, создающие компьютерные анимации, обычно используют рендер-ферму для своевременного создания изображений. Однако снижение стоимости оборудования означает, что вполне возможно создать небольшое количество 3D-анимации на домашнем компьютере. Выходные данные визуализатора часто используются как только одна небольшая часть законченной сцены кинофильма. Многие слои материала могут быть отрисованы отдельно и интегрированы в окончательный снимок с помощью программного обеспечения для композитинга.

Модели отражения и затенения

Модели отражения / рассеяния и затенения используются для описания внешнего вида поверхности. Хотя эти вопросы могут показаться проблемами сами по себе, они изучаются почти исключительно в контексте визуализации. Современная 3D компьютерная графика в значительной степени опирается на упрощенную модель отражения, называемую моделью отражения Фонга (не путать с затенением Фонга). В преломлении света важным понятием является показатель преломления; в большинстве реализаций 3D-программирования для этого значения используется термин «индекс преломления» (обычно сокращенный до IOR).

Затенение может быть разбито на две различные техники, которые часто изучаются независимо друг от друга:

  • Затенение поверхности — как свет распространяется по поверхности (в основном используется в сканирующем рендеринге для 3D-рендеринга в реальном времени в видеоиграх).
  • Отражение / рассеяние — как свет взаимодействует с поверхностью в данной точке (в основном используется в рендеринге с трассировкой лучей для фотореалистичного и художественного 3D-рендеринга в режиме реального времени как в CGI неподвижных 3D-изображениях, так и в CGI неинтерактивных 3D-анимациях)

Алгоритмы затенения поверхности

Популярные алгоритмы затенения поверхности в 3D компьютерной графике включают:

  • Плоское затенение: метод, который затеняет каждый полигон объекта на основе «нормы» полигона и положения и интенсивности источника света.
  • Затенение Гуро: изобретено Х. Гуро в 1971 году; быстрый и ресурсосберегающий метод затенения вершин, используемый для моделирования гладко затененных поверхностей
  • Затенение Фонг: изобретен Буй Туонг Фонг; используется для имитации зеркальных бликов и гладких затененных поверхностей

Отражение

Отражение или рассеяние-это отношение между входящим и исходящим освещением в данной точке. Описания рассеяния обычно даются в терминах двунаправленной функции распределения рассеяния или BSDF[5].

Затенение

Затенение обращается к тому, как различные типы рассеяния распределены по поверхности (то есть, какая функция рассеяния применяется где). Описания такого рода обычно выражаются с помощью программы, называемой шейдером[6]. Простой пример затенения — это текстурное отображение, которое использует изображение для задания диффузного цвета в каждой точке поверхности, придавая ей более заметные детали. Некоторые методы затенения включают:

  • Метод рельефного текстурирования изобретенный Джимом Блинном, метод нормального возмущения, используемый для моделирования морщинистых поверхностей[7].
  • Сел-шейдинг: техника, используемая для имитации внешнего вида рисованной анимации.

Теория перенесения(транспорт) света

Транспорт описывает как освещение в сцене попадает из одного места в другое. Видимость является главным компонентом легкого транспорта.

Проекция

Затененные трехмерные объекты должны быть сглажены так, чтобы устройство отображения — а именно монитор — могло отображать их только в двух измерениях, этот процесс называется 3D-проекцией. Это делается с помощью проекции и, для большинства приложений, перспективной проекции. Основная идея, лежащая в основе перспективной проекции, состоит в том, что объекты, находящиеся дальше, уменьшаются по сравнению с объектами, находящимися ближе к глазу. Программы производят перспективу, умножая постоянную расширения, возведенную в степень отрицательного расстояния от наблюдателя. Постоянная расширения единицы означает, что перспективы нет. Высокие константы расширения могут вызвать эффект «рыбьего глаза», при котором начинает происходить искажение изображения. Ортогональная проекция используется в основном в CAD или CAM приложениях, где научное моделирование требует точных измерений и сохранения третьего измерения.

Примечания

  1. ↑ Badler, Norman I 3D Object Modeling Lecture Series (англ.) (PDF). University of North Carolina at Chapel Hill. Дата обращения: 28 апреля 2020. Архивировано 22 декабря 2018 года.
  2. ↑ Non-Photorealistic Rendering (англ.). Duke University. Дата обращения: 23 июля 2018. Архивировано 26 апреля 2021 года.
  3. ↑ The Science of 3D Rendering (англ.). The Institute for Digital Archaeology. Дата обращения: 19 января 2019. Архивировано 19 января 2019 года.
  4. ↑ Christensen, Per H.; Jarosz, Wojciech The Path to Path-Traced Movies (PDF). Дата обращения: 11 июня 2021. Архивировано 11 июня 2021 года.
  5. ↑ Fundamentals of Rendering - Reflectance Functions (PDF). Ohio State University. Дата обращения: 28 апреля 2020. Архивировано 11 июля 2019 года.
  6. ↑ Слово «шейдер» иногда используется для программ, описывающих локальные геометрические вариации.
  7. ↑ Bump Mapping. web.cs.wpi.edu. Дата обращения: 23 июля 2018. Архивировано 19 июля 2018 года.

Read other articles:

Betrand Putra Onsu

Betrand Putra OnsuBetrand pada tahun 2023LahirAlfonsius Toribio Tenkudi14 Maret 2005 (umur 19)Ruteng, ManggaraiKebangsaanIndonesiaNama lainHuáng Shèng Bǎo, Sinyo (Onyo)Almamater Perguruan Cikini (angkatan 2021) Morning Star Academy PekerjaanPenyanyiPembawa acaraAktorModelPencipta laguKeluarga Chetryn Peto (Kakak Kandung) Kevin Peto (Adik Kandung) Karier musikAsalDesa Cancar, Kecamatan Ruteng, Kabupaten Manggarai, Nusa Tenggara TimurGenrePopInstrumenVokalTahun aktif2019–sekaran...

 

Sofyan Tan

Ini adalah nama Tionghoa-Indonesia, marganya adalah Tan (陳) dr.Sofyan Tan陳金揚 Anggota Dewan Perwakilan RakyatRepublik IndonesiaPetahanaMulai menjabat 1 Oktober 2014Perolehan suara113.716 (2014)[1] 158.495 (2019)[2]Daerah pemilihanSumatera Utara I Informasi pribadiLahirTan Kim Yang25 September 1959 (umur 64)Medan, Sumatera Utara, IndonesiaKebangsaanIndonesiaPartai politikPartai Demokrasi Indonesia PerjuanganAfiliasi politiklainnyaPartai Golongan Karya (sebelumny...

 

Biofilm

Biofilm Staphylococcus aureus di dalam selang kateter. Biofilm adalah kumpulan sel mikroorganisme, khususnya bakteri, yang melekat di suatu permukaan dan diselimuti oleh pelekat karbohidrat yang dikeluarkan oleh bakteri.[1] Biofilm terbentuk karena mikroorganisme cenderung menciptakan lingkungan mikro dan relung (niche) mereka sendiri.[2] Biofilm memerangkap nutrisi untuk pertumbuhan populasi mikroorganisme dan membantu mencegah lepasnya sel-sel dari permukaan pada sistem yang...

Lycée professionnel

Pour les articles homonymes, voir LP. Lycée professionnel Salle de cours en lycée professionnel Histoire et statut Fondation 1985 Type Établissement public local d'enseignement (EPLE) , Établissement privé Administration Composante Lycée Directeur Trois ministères : Éducation Nationale, Agriculture et Mer Études Diplômes requis DNB ou CFG (Niveau 3) Diplômes délivrés Baccalauréat professionnel, CAP, BP, BMA Niveaux délivrés Bac + 0 (Niveau 4) Localisation Pays France Don...

 

Duma Key

Novel by Stephen King Duma Key First edition coverAuthorStephen KingAudio read byJohn SlatteryCountryUnited StatesLanguageEnglishGenrePsychological horror, CrimePublisherScribnerPublication dateJanuary 22, 2008Media typePrint (hardcover)Pages611ISBN978-1-4165-5251-2 Duma Key is a novel by American writer Stephen King published on January 22, 2008, by Scribner. The book reached No. 1 on the New York Times Best Seller list. It is King's first novel to be set in Florida, as well a...

 

The Whirlwind

The WhirlwindAlbum studio karya TransatlanticDirilis23 Oktober 2009DirekamApril 2009GenreProgressive rock, symphonic rockDurasi77:54LabelMetal Blade Records[1]ProduserTransatlanticKronologi Transatlantic Bridge Across Forever(2001)Bridge Across Forever2001 The Whirlwind(2009) Kaleidoscope(2014)Kaleidoscope2014 Penilaian profesional Skor ulasan Sumber Nilai Lords of Metal (92/100)[2] Allmusic (not rated)[3] The Whirlwind adalah album studio ketiga oleh band Transatl...

Cassander

King of Macedonia, Antipatrid dynasty For his uncle, see Cassander (brother of Antipater). This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Cassander – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (April 2021) (Learn how and when to remove this message) CassanderStater of Cassander. The reverse depicts a lion ...

 

Kopi telur

Artikel ini sebatang kara, artinya tidak ada artikel lain yang memiliki pranala balik ke halaman ini.Bantulah menambah pranala ke artikel ini dari artikel yang berhubungan atau coba peralatan pencari pranala.Tag ini diberikan pada Januari 2023. Hidangan kopi telur khas Vietnam Kopi telur (bahasa Vietnam: Cà phê trứng)[1] adalah minuman khas Vietnam yang dibuat dari kuning telur, gula, susu kental manis dan kopi robusta. Minuman ini dibuat dengan mengocok kuning telur dengan gu...

 

Sârbă

This article needs additional citations for verification. Please help improve this article by adding citations to reliable sources. Unsourced material may be challenged and removed.Find sources: Sârbă – news · newspapers · books · scholar · JSTOR (January 2023) (Learn how and when to remove this message)Sîrba, Moldova A Sârbă (Moldovan spelling: sîrba; Cyrillic Moldovan: сырба) is a Romanian folk dance normally played in 68 or 128 time. The ...

Walter Centeno

Wálter Centeno Corea Informasi pribadiNama lengkap Wálter Centeno CoreaTanggal lahir 6 Oktober 1974 (umur 49)Tempat lahir Palmar Sur, Kosta RikaTinggi 1,74 m (5 ft 8+1⁄2 in)Posisi bermain Gelandang serangKarier junior Compañeros de TibásKarier senior*Tahun Tim Tampil (Gol)1995–2002 Saprissa 152 (18)1995–1996 → Belén (pinjaman) 52 (3)2002–2003 AEK Athens 14 (1)2003–2012 Saprissa 251 (47)2013 Bayamón 11 (3)Total 480 (72)Tim nasional1995–2009 Kosta Ri...

 

Mobile Connect

Logo Mobile Connect, aplikasi sekuritas dan penyimpanan identitas. Mobile Connect adalah aplikasi perantara yang berfungsi sebagai pengaman dan penyimpanan data identitas diri dalam mengakses konten di internet.[1] Jadi dengan aplikasi ini, pengguna dapat menyimpan data diri terlebih dahulu dan selanjutnya dapat digunakan sebagai referensi untuk masuk (log in) ke berbagai situs sosial media atau halaman situs lainnya seperti blog, dan lain-lain.[1] Mobile Connect adalah aplika...

 

Mondino de Luzzi

Mondino de LuzziLahirca. 1270 ADMeninggal1326 ADPekerjaanAnatomist, physician, professor Wikisource Inggris memiliki teks asli yang berkaitan dengan artikel ini: Mondino dei Lucci Wikimedia Commons memiliki media mengenai Mondino dei Luzzi. Mondino de Luzzi, atau de Liuzzi atau de Lucci,[1][2] (c. 1270 – 1326), juga dikenal sebagai Mundinus , adalah seorang dokter Italia, ahli anatomi dan profesor bedah, yang tinggal dan bekerja di Bologna. Dia sering dikreditkan...

Space Delta 7

U.S. Space Force intelligence, surveillance, and reconnaissance unit Space Delta 7Emblem of Space Delta 7Founded24 July 2020; 3 years ago (2020-07-24)Country United StatesBranch United States Space ForceTypeDeltaRoleIntelligence, surveillance, and reconnaissancePart of Space Operations CommandHeadquartersPeterson Space Force Base, Colorado, U.S.Websitewww.peterson.spaceforce.mil/Units/Space-Delta-7/CommandersCommanderCol Brett T. SwigertVice CommanderLt Col Er...

 

George Melford

George MelfordSiapa Saja di Dunia Film, 1914LahirGeorge Henry Knauff(1877-02-19)19 Februari 1877Rochester, New York, U.S.Meninggal25 April 1961(1961-04-25) (umur 84)Hollywood, California, ASNama lainG.W. MelfordPekerjaanAktor, sutradara, penulis naskah, produserTahun aktif1909–1960Suami/istriLouise Marsland (1904–1924)Diana Miller George H. Melford (lahir George Henry Knauff, February 19, 1877 – April 25, 1961) adalah seorang pemeran serta sutradara panggung dan film asa...

 

Someone Who Takes Care of Me

2023 Spanish filmSomeone Who Takes Care of MeFilm posterSpanishAlguien que cuide de mí Directed byDaniela FejermanElvira LindoScreenplay byElvira LindoDaniela FejermanProduced byGerardo HerreroStarringAura GarridoEmma SuárezMagüi MiraPedro Mari SánchezFrancesc GarridoVíctor ClavijoMaría Isabel Díaz LagoCarlos OlallaCinematographyJuan Carlos GómezEdited byIrene BlecuaMusic byPaula OlazProductioncompaniesTornasol MediaLo que nunca te dije AIEDistributed byA Contracorriente FilmsRelease ...

阿根廷奧林匹克委員會

阿根廷奧林匹克委員會阿根廷奧林匹克委員會會徽成立時間1923總部阿根廷布宜諾斯艾利斯網站www.coarg.org.ar奥林匹克委员会信息國家或地區 阿根廷IOC編碼ARG加入IOC1923区域组织泛美體育組織 阿根廷奧林匹克委員會（西班牙語：Comité Olímpico Argentino - COA）是阿根廷的國家奧林匹克委員會，總部位於布宜諾斯艾利斯。該組織成立於1923年，是國際奧委會和泛美體育組織的成員。...

 

1980 United States Senate election in Alabama

1980 United States Senate election in Alabama ← 1978 (special) November 4, 1980 1986 →   Nominee Jeremiah Denton Jim Folsom Party Republican Democratic Popular vote 650,363 610,175 Percentage 50.15% 47.05% County resultsDenton:      40–50%      50–60%      60–70%Folsom:      40–50%      50–60%      60�...

 

Santhal rebellion

Rebellion in present-day Jharkhand, Eastern India This article includes a list of general references, but it lacks sufficient corresponding inline citations. Please help to improve this article by introducing more precise citations. (August 2022) (Learn how and when to remove this message) Santhal rebellionPart of Indian independence movementAn illustration of an engagement during the Santhal rebellion by The Illustrated London NewsLocationSanthal Pargana, Jharkhand24°46′N 87°36′E࿯...

Time (Arashi)

TimeAlbum Studio karya ArashiDirilis11 Juli 2007 (2007-07-11)GenrePop, Rock, R&BDurasi57:29 (Edisi Regular)62:38 (Edisi Terbatas)LabelJ StormKronologi Arashi Arashic(2006)String Module Error: Match not found2006 Time(2007) Dream A Live(2008)String Module Error: Match not found2008 Singel dalam album Time Aozora PedalDirilis: 02 Agustus 2006 (2006-08-02) Love So SweetDirilis: 12 Februari 2007 (2007-02-12) We Can Make It!Dirilis: 02 Mei 2007 (2007-05-02) Time adalah...

 

Aiding and abetting

Legal doctrine This article is about the legal doctrine. For the novel, see Aiding and Abetting (novel).The examples and perspective in this article deal primarily with the United States, Canada, and the United Kingdom and do not represent a worldwide view of the subject. You may improve this article, discuss the issue on the talk page, or create a new article, as appropriate. (April 2023) (Learn how and when to remove this message) Aiding and abetting is a legal doctrine related to the guilt...