Rendern

Als Ergebnis wurden vier Gruppen von Methoden entwickelt, die effizienter sind als die Modellierung aller Lichtstrahlen, die die Szene beleuchten:

• Rasterisierung(Englisch) Rasterung ) zusammen mit der String-Scanning-Methode (eng. Scanline-Rendering). Beim Rendern werden Szenenobjekte auf einen Bildschirm projiziert, ohne den Effekt der Perspektive relativ zum Betrachter zu berücksichtigen.
• Ray-Casting (Raycasting) (Englisch) Strahlenwurf). Die Szene gilt als von einem bestimmten Punkt aus beobachtet. Vom Beobachtungspunkt aus werden Strahlen auf Objekte in der Szene gelenkt, mit deren Hilfe die Farbe eines Pixels auf einem zweidimensionalen Bildschirm bestimmt wird. In diesem Fall hören die Strahlen auf, sich auszubreiten (im Gegensatz zur Backtracing-Methode), wenn sie ein beliebiges Objekt in der Szene oder deren Hintergrund erreichen. Mit ganz einfachen Mitteln lassen sich optische Effekte erzielen. Der perspektivische Effekt wird auf natürliche Weise erzielt, wenn die geworfenen Strahlen abhängig von der Position des Pixels auf dem Bildschirm und dem maximalen Betrachtungswinkel der Kamera in einem Winkel abgefeuert werden.
• Raytracing(Englisch) Raytracing ) ähnelt der Strahlenwurfmethode. Vom Beobachtungspunkt aus werden Strahlen auf Objekte in der Szene gelenkt, mit deren Hilfe die Farbe eines Pixels auf einem zweidimensionalen Bildschirm bestimmt wird. Gleichzeitig hört der Strahl jedoch nicht auf, sich auszubreiten, sondern wird in drei Komponenten, Strahlen, aufgeteilt, von denen jede zur Farbe des Pixels auf einem zweidimensionalen Bildschirm beiträgt: reflektiert, schattig und gebrochen. Die Anzahl solcher Unterteilungen in Komponenten bestimmt die Nachzeichnungstiefe und beeinflusst die Qualität und den Fotorealismus des Bildes. Aufgrund seiner konzeptionellen Eigenschaften ermöglicht die Methode die Gewinnung sehr fotorealistischer Bilder, ist aber gleichzeitig sehr ressourcenintensiv und der Visualisierungsprozess nimmt viel Zeit in Anspruch.
• Pfadverfolgung(Englisch) Wegverfolgung ) enthält ein ähnliches Prinzip der Strahlausbreitungsverfolgung, diese Methode kommt jedoch den physikalischen Gesetzen der Lichtausbreitung am nächsten. Es ist auch das ressourcenintensivste.

Fortgeschrittene Software kombiniert in der Regel mehrere Techniken, um qualitativ hochwertige und fotorealistische Bilder zu erschwinglichen Kosten für Rechenressourcen zu erstellen.

Mathematische Begründung

Die Implementierung der Rendering-Engine basiert immer auf einem physikalischen Modell. Die durchgeführten Berechnungen beziehen sich auf das eine oder andere physikalische oder abstrakte Modell. Die Grundideen sind leicht zu verstehen, aber schwer anzuwenden. Normalerweise ist die endgültige elegante Lösung oder der endgültige Algorithmus komplexer und enthält eine Kombination verschiedener Techniken.

Grundgleichung

Der Schlüssel zur theoretischen Grundlage der Rendering-Modelle ist die Rendering-Gleichung. Es ist die vollständigste formale Beschreibung des Teils der Wiedergabe, der nicht mit der Wahrnehmung des endgültigen Bildes zusammenhängt. Alle Modelle stellen eine Art Näherungslösung dieser Gleichung dar.

Die informelle Interpretation lautet wie folgt: Die Menge an Lichtstrahlung (L o), die von einem bestimmten Punkt in eine bestimmte Richtung ausgeht, ist Eigenstrahlung und reflektierte Strahlung. Die reflektierte Strahlung ist die Summe der in alle Richtungen einfallenden Strahlung (L i), multipliziert mit dem Reflexionskoeffizienten aus einem bestimmten Winkel. Durch die Kombination des einfallenden Lichts mit dem ausgehenden Licht an einem Punkt in einer Gleichung stellt diese Gleichung eine Beschreibung des gesamten Lichtstroms in einem bestimmten System dar.

Rendering-Software – Renderer (Visualisierer)

• 3Freude
• AQSIS
• BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (eingestellt)
• BusyRay
• Entropie (eingestellt)
• Fryrender
• Gelato (Entwicklung eingestellt aufgrund des Kaufs von NVIDIA, Mental Ray)
• Holomatix Renditio (interaktiver Raytracer)
• Hypershot
• Schlüsselschuss
• Mantra-Renderer
• Meridian
• Elf
• RenderDotC
• RenderMan (PhotoRealistic RenderMan, Pixars RenderMan oder PRMan)
• Oktan-Render
• Arion Renderer

Renderer, die in Echtzeit (oder nahezu in Echtzeit) arbeiten.

• VrayRT
• Shaderlicht
• Vitrine
• Wiedergabe
• Brasilien IR
• Artlantis Render

• Autodesk 3ds Max (Scanline)
• e-on Software Vue
• SideFX Houdini
• Terragen, Terragen 2

Vergleichstabelle der Rendereigenschaften

Siehe auch

• Algorithmen mit Z-Puffer und Z-Puffer
• Künstleralgorithmus
• Zeile-für-Zeile-Scan-Algorithmen wie Reyes
• Globale Beleuchtungsalgorithmen
• Emissionsgrad
• Text als Bild

Chronologie der wichtigsten Veröffentlichungen

• 1968 Ray-Casting(Appel, A. (1968). Einige Techniken zum Schattieren maschineller Darstellungen von Volumenkörpern. Tagungsband der Frühjahrs-Gemeinsamen Computerkonferenz 32 , 37-49.)
• 1970 Scan-Line-Algorithmus(Bouknight, W. J. (1970). Ein Verfahren zur Erzeugung dreidimensionaler Halbton-Computergrafikpräsentationen. Mitteilungen der ACM)
• 1971 Gouraud-Schattierung Gouraud, H. (1971). Computerdarstellung gekrümmter Oberflächen. IEEE-Transaktionen auf Computern 20 (6), 623-629.)
• 1974 Texturzuordnung Doktorarbeit, Universität von Utah.)
• 1974 Z-Puffer(Catmull, E. (1974). Ein Unterteilungsalgorithmus für die Computerdarstellung gekrümmter Oberflächen. Doktorarbeit)
• 1975 Phong-Schattierung(Phong, B-T. (1975). Beleuchtung für computergenerierte Bilder. Mitteilungen der ACM 18 (6), 311-316.)
• 1976 Umgebungskartierung(Blinn, J.F., Newell, M.E. (1976). Textur und Reflexion in computergenerierten Bildern. Mitteilungen der ACM 19 , 542-546.)
• 1977 Schattenvolumina(Crow, F.C. (1977). Schattenalgorithmen für Computergrafiken. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242-248.)
• 1978 Schattenpuffer(Williams, L. (1978). Gekrümmte Schatten auf gekrümmte Oberflächen werfen. 12 (3), 270-274.)
• 1978 Bump-Mapping Blinn, J.F. (1978). Simulation von faltigen Oberflächen. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286-292.)
• 1980 BSP-Bäume(Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). Über die Erzeugung sichtbarer Oberflächen durch apriorische Baumstrukturen. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124-133.)
• 1980 Raytracing(Whitted, T. (1980). Ein verbessertes Beleuchtungsmodell für die schattierte Anzeige. Mitteilungen der ACM 23 (6), 343-349.)
• 1981 Shader kochen(Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). Ein Reflexionsmodell für Computergrafiken. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1981) 15 (3), 307-316.)
• 1983 Mipmaps(Williams, L. (1983). Pyramidale Parametrik. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1-11.)
• 1984 Octree-Raytracing(Glassner, A. S. (1984). Raumunterteilung für schnelle Raytracing. 4 (10), 15-22.)
• 1984 Alpha-Compositing(Porter, T. Duff, T. (1984). Zusammensetzen digitaler Bilder. 18 (3), 253-259.)
• 1984 Verteiltes Raytracing(Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984). Verteiltes Raytracing. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137-145.)
• 1984 Radiosität(Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Modellierung der Wechselwirkung von Licht zwischen diffusen Oberflächen. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213-222.)
• 1985 Hemicube-Radiosität(Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). Der Hemicube: eine Radiositätslösung für komplexe Umgebungen. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31-40.)
• 1986 Lichtquellenverfolgung(Arvo, J. (1986). Rückwärts-Raytracing. SIGGRAPH 1986 Entwicklungen im Ray Tracing-Kursnotizen)
• 1986 Gleichung rendern(Kajiya, J.T. (1986). Die Rendering-Gleichung. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143-150.)
• 1987 Reyes-Algorithmus(Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). Die Reyes-Bildwiedergabearchitektur. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95-102.)
• 1991 Hierarchische Radiosität(Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991). Ein schneller hierarchischer Radiosity-Algorithmus. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197-206.)
• 1993 Tonzuordnung(Tumblin, J. Rushmeier, H. E. (1993). Tonwiedergabe für realistische computergenerierte Bilder. IEEE-Computergrafik und -Anwendungen 13 (6), 42-48.)
• 1993 Streuung unter der Oberfläche Hanrahan, P. Krueger, W. (1993). Reflexion von geschichteten Oberflächen aufgrund von Streuung unter der Oberfläche. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1993) 27 (), 165-174.)
• 1995 Photonenkartierung(Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Photonenkarten in der bidirektionalen Monte-Carlo-Strahlverfolgung komplexer Objekte. Computer und Grafik 19 (2), 215-224.)
• 1997 Leichter Transport in der Metropole(Veach, E. Guibas, L. (1997). Metropolis Light Transport. Computergrafik (Proceedings of SIGGRAPH 1997) 16 65-76.)

Viele Elemente der visuellen Umgebung des modernen Menschen werden heute mithilfe von Computergrafikprogrammen erstellt. Weder ein Architektur- oder Designstudio noch ein Computerspielproduzent kommt ohne Visualisierungen durch 3D-Künstler aus.

Die Technologie zur Erstellung eines solchen Bildes – fotorealistisch oder Nachahmung verschiedener künstlerischer Techniken – besteht aus mehreren technologischen Stufen. Das Rendern ist das wichtigste davon, oft das letzte, von dem das Endergebnis abhängt.

Ursprung des Begriffs

Das Wort „Render“ (oder „Rendering“) stammt, wie viele Dinge im Zusammenhang mit IP-Technologien, aus der englischen Sprache. Es kommt aus dem Altfranzösischen rendre, was „tun“, „geben“, „zurückgeben“, „zurückkehren“ bedeutet. Die tieferen Wurzeln dieses Verbs reichen bis ins Altlatein zurück: Re- ein Präfix mit der Bedeutung „rückwärts“ und wagen– „geben“.

Daher - eine der Bedeutungen des modernen Begriffs. Beim Rendern wird auch ein planares Bild auf der Grundlage eines dreidimensionalen Modells nachgebildet, das Informationen über die physikalischen Eigenschaften eines Objekts enthält – seine Form, Oberflächenbeschaffenheit, Beleuchtung usw.

Rendern und Visualisieren

Nachdem dieses Wort erstmals in den Wortschatz derjenigen gelangte, die sich beruflich mit digitalen Bildgebungstechnologien beschäftigen, wird es zunehmend auch im Alltag verwendet. Sie werden gebeten, einen fertigen Putz bereitzustellen, beispielsweise wenn Sie Möbel bestellen – ein einzelnes Objekt oder die Einrichtung eines ganzen Raums – und wenn Sie einen Innenraum oder ein ganzes Gebäude entwerfen, ist ein Putz eines der wichtigsten Übermittlungsmittel dem Kunden die Bedeutung der Ideen des Architekten oder Designers.

Es gibt ein Synonym mit ähnlicher Bedeutung, das in einer normalen Umgebung häufiger verwendet wird, obwohl es umständlicher ist – Visualisierung. Unter Fachleuten für Architektur- oder Spiele-Computergrafik ist es heute üblich, eine enge Spezialisierung zu haben: Es gibt diejenigen, die sich mit der Modellierung beschäftigen – das Erstellen dreidimensionaler Objekte, und diejenigen, die für die Wiedergabe der fertigen Szene sorgen – die Beleuchtung einstellen, einen Punkt auswählen Anzeigen und Einrichten und anschließendes Starten des Renderprogramms.

Definitionen

Dieses Wort hat mehrere Bedeutungen:

• Rendern oder Rendern ist Zeichnen, der Prozess der Erlangung eines technischen oder künstlerischen Plans auf der Grundlage dreidimensionaler digitaler Modelle, die mit speziellen Softwarepaketen erstellt wurden – Blender, 3D Max, CINEMA, Maya usw.
• Render ist in der Tat das Ergebnis eines solchen Prozesses – Raster sowie Bilder von Charakteren und Umgebungen in Computerspielen oder von Trideshniks erstellte Videodateien, die bei der Produktion von Filmen verwendet werden – normal oder animiert.
• Render bzw. Renderer nennt sich die spezielle Software, mit deren Hilfe 3D-Modelle in Bilder umgewandelt werden. Solche Programme können in ein Grafikpaket integriert oder als separate Anwendungen verwendet werden: RenderMan, Mental Ray, V-ray, Corona, Brasil, Maxwell, FinalRender, Fryrender, Modo und viele andere. Renderings werden, wie alles, was mit digitaler Technologie zu tun hat, ständig aktualisiert. Sie unterscheiden sich in den Algorithmen, die zur Berechnung der physikalischen Eigenschaften von Modellen und ihrer Umgebung verwendet werden. Darauf aufbauend entstehen ganze Rendering-Systeme, mit denen Sie eigene Materialien, Lampen, Kameras etc. erstellen können.

Rendering-Typen: Online und Pre-Rendering

Abhängig von der Geschwindigkeit, mit der das fertige Bild erstellt werden muss, gibt es zwei Hauptarten des Renderns. Das erste ist das Echtzeit-Rendering, das bei interaktiven Grafiken, hauptsächlich in Computerspielen, notwendig ist. Hier benötigen wir ein schnelles Rendering, das Bild muss sofort auf dem Bildschirm angezeigt werden, daher werden viele Dinge in der Szene im Voraus berechnet und als separate Daten darin gespeichert. Dazu gehören Texturen, die das Aussehen von Objekten und Beleuchtung bestimmen. Programme zum Online-Rendering beanspruchen hauptsächlich die Ressourcen der Grafikkarte und des Arbeitsspeichers des Computers und in geringerem Maße auch den Prozessor.

Für das Rendern visuell komplexerer Szenen sowie für Szenen, bei denen die Frage der Geschwindigkeit keine so große Rolle spielt, die Renderqualität jedoch viel wichtiger ist, werden andere Methoden und Programme zum Rendern verwendet. In diesem Fall wird die gesamte Leistung genutzt und die höchsten Parameter für Texturauflösung und Beleuchtungsberechnung eingestellt. Um einen hohen Grad an Fotorealismus oder den gewünschten künstlerischen Effekt zu erzielen, wird häufig eine Render-Nachbearbeitung eingesetzt.

Methoden zum Rendern von Szenen

Die Wahl der Bildaufnahmemethoden hängt von der konkreten Aufgabenstellung und oft auch von der Erfahrung des Visualisierers ab. Es werden immer mehr neue Rendering-Systeme entwickelt – entweder hochspezialisiert oder universell. Heutzutage basieren die gängigsten Rendering-Programme auf drei Hauptberechnungsmethoden:

• Rasterisierung (Scanline) ist eine Methode, bei der ein Bild nicht durch die Berechnung einzelner Pixelpunkte, sondern ganzer Polygonflächen und großer Flächenabschnitte erstellt wird. Texturen, die die Eigenschaften von Objekten definieren, wie etwa das Licht in der Szene, werden als unveränderliche Daten erfasst. Das resultierende Bild spiegelt häufig keine Perspektivenänderungen in der Beleuchtung usw. wider. Es wird häufiger in Systemen zum Rendern von Szenen in Spielen und bei der Videoproduktion verwendet.
• Raytracing – die Physik der Szene wird auf der Grundlage der vom virtuellen Kameraobjektiv ausgehenden Strahlen berechnet und die Interaktion jedes Strahls mit den Objekten analysiert, auf die er in der Szene trifft. Je nach Quantität und Qualität solcher „Bounces“ wird eine Spiegelung bzw. deren Farbe, Sättigung etc. simuliert. Die Qualität des resultierenden Bildes ist im Vergleich zur Rasterung deutlich höher, allerdings muss man die Realität mit einem erhöhten Ressourcenverbrauch bezahlen .
• Berechnung des reflektierten Lichts (Radiosität) – jeder Punkt, jedes Pixel des Bildes wird mit einer Farbe versehen, die nicht von der Kamera abhängt. Es wird durch globale und lokale Lichtquellen und Umgebungen beeinflusst. Mit dieser Methode können Sie das Erscheinungsbild von Farb- und Lichtreflexionen von nahegelegenen Objekten auf der Oberfläche des Modells berechnen.

Die Praxis zeigt, dass die fortschrittlichsten und beliebtesten Rendering-Systeme eine Kombination aller oder grundlegender Methoden verwenden. Dadurch erreichen Sie ein Höchstmaß an Fotorealismus und Authentizität bei der Darstellung physikalischer Vorgänge in einer bestimmten Szene.

Rendersequenz

Obwohl der moderne Ansatz zur Computergrafik es vorzieht, das Rendern in eine separate Phase zu unterteilen, die besondere Kenntnisse und Fähigkeiten erfordert, ist es tatsächlich untrennbar mit dem gesamten Prozess der Vorbereitung der Visualisierung verbunden. Wenn beispielsweise ein Innenraum entworfen wird, hängt der Putz von der Art der verwendeten Materialien ab und jedes Visualisierungssystem verfügt über einen eigenen Algorithmus zur Simulation von Oberflächentextur und Textur.

Dasselbe gilt auch für die Beleuchtungsmethoden der Szene. Das Einrichten von natürlichem und künstlichem Licht, den Eigenschaften Ihres eigenen und fallenden Schattens, der Stärke von Reflexen und Selbstleuchteffekten ist der nächste Schritt bei der Erstellung einer Visualisierung der Szene. Wie das Rendering konfiguriert wird, hängt von der verwendeten Software und der Systemleistung ab. Jedes Paket und jedes Visualisierungsprogramm hat seine eigenen Feinheiten und Nuancen.

Corona Renderer bietet beispielsweise die Möglichkeit, Einstellungen direkt während der Entwicklung des endgültigen Bildes anzupassen. Online können Sie die Leistung der Lampen ändern sowie die Farbe und Schärfe des Bildes anpassen.

Nachbearbeitung der Renderergebnisse

Für eine konkrete Aufgabenstellung ist es sinnvoll, spezielle Visualisierungstechniken einzusetzen. Architektur erfordert andere visuelle Werkzeuge als technische Illustration. Für die Außendarstellung beispielsweise muss der Künstler häufig Kenntnisse über Grafikpakete für die Arbeit mit Rasterbildern haben, wobei Adobe Photoshop am beliebtesten ist. Darüber hinaus geschieht dies nicht immer, um den Fotorealismus zu erhöhen. Zu den modernen Trends in der Architekturpräsentation gehört die Nachahmung handgemachter Grafiken – Aquarelle, Gouache, Tuschezeichnungen usw.

Eine qualitativ hochwertige Render-Nachbearbeitung beginnt in der Regel mit der Auswahl des gewünschten Dateiformats, das nach Abschluss der Programmausführung erhalten wird. Es ist üblich, das fertige Bild Schicht für Schicht unter Verwendung einzelner Farbkanäle zu speichern. Dadurch können Sie bei der Kombination aller Ebenen zu einem Gesamtbild hervorragende Ergebnisse erzielen und präzisere und subtilere Farbanpassungen vornehmen.

Render- und Systemleistung

Die Durchführung einer qualitativ hochwertigen Visualisierung hängt nicht nur von der Prozesssoftware ab. Das Endergebnis wird von der Leistung der verwendeten Hardware beeinflusst. Dieser Faktor wirkt sich insbesondere auf die Arbeitsgeschwindigkeit aus – das Rendern einer komplexen Szene dauert manchmal mehrere Tage, wenn der Computer nicht über ausreichend RAM oder einen Prozessor mit geringer Leistung verfügt.

Wie kann das Rendern beschleunigt und das Endergebnis verbessert werden, wenn nicht genügend Ressourcen vorhanden sind? Sie können die Programmeinstellungen ändern, indem Sie die Auflösung von Materialtexturen und dem endgültigen Bild auf angemessene Werte reduzieren, die Parameter der Lampen ändern, sodass Licht und Schatten in größeren Bereichen ohne übermäßige Details berechnet werden usw. Wenn ein Netzwerk vorhanden ist, Sie können bei der Berechnung Batch-Rendering verwenden. Die Bilder werden von der Leistung anderer Computer angezogen.

Renderfarm

Heutzutage ist es möglich, die Leistung entfernter Computercluster zu nutzen, die Stapelverarbeitungsdienste für 3D-Dateien bereitstellen. Hierbei handelt es sich um Hochleistungssysteme, die in der Lage sind, die komplexesten und intensivsten Szenen in kurzer Zeit zu visualisieren. Sie können mit allen visuellen Effekten umgehen, auch wenn lange Videodateien erstellt werden.

Durch die Kontaktaufnahme mit dem Anbieter solcher Dienste, deren Liste immer im Internet zu finden ist, und die Vereinbarung der Kosten und Konditionen für die Dateierstellung können Sie die Arbeitsgeschwindigkeit erheblich verkürzen und das erforderliche Qualitätsniveau des Endergebnisses erreichen Bild. Solche Unternehmen verfügen über bis zu mehrere tausend Prozessoren und Hunderte Terabyte RAM. Die Renderfarm berechnet die Arbeitskosten basierend auf der Größe der Quelldatei und der Zeit, die zum Abschließen des Renderings benötigt wird. Beispielsweise betragen die Kosten für einen Frame mit einer Auflösung von 1920 x 1080, dessen Rendern auf Standardgeräten 3 Stunden dauert, etwa 100 Rubel. Die Szene wird innerhalb von 8 Minuten gerendert.

Die richtige Wahl

Die Antwort auf die Frage, wie man ein kleines und einfach geformtes Objekt oder eine animierte Präsentation eines Bauerndorfes mit vielen visuellen Effekten rendern kann, erfordert einen anderen Ansatz. Wenn Sie diese Art von Arbeit selbst erledigen, müssen Sie die erforderliche Software mit Bedacht auswählen und sicherstellen, dass Ihre Computerausrüstung über ausreichend Leistung verfügt. In jedem Fall entscheidet der letzte Arbeitsschritt – das Rendern – darüber, ob Sie mit dem Endergebnis zufrieden sind.

Wahl des Herausgebers

Was ist Rendering und welche Funktionen bietet dieser Prozess?

Computergrafik- ein wichtiger Teil fast aller Sphären und Umgebungen, mit denen eine Person interagiert.

Alle Objekte des städtischen Umfelds, die Gestaltung von Räumlichkeiten, Haushaltsgegenständen und in der Phase ihrer Gestaltung und Umsetzung erfolgten in Form eines dreidimensionalen Computermodells, das von Künstlern in speziellen Programmen gezeichnet wird.

Das Zeichnen eines Modells erfolgt in mehreren Schritten. Einer der letzten Schritte ist das Rendern. Was es ist und wie es ausgeführt wird, wird in diesem Material beschrieben.

Definition

Rendern (oder auch Rendern genannt) ist einer der letzten Prozesse beim Verarbeiten und Zeichnen eines bestimmten dreidimensionalen dreidimensionalen Computermodells.

Technisch gesehen handelt es sich um den Vorgang des „Klebens“ oder Zusammenpassens, bei dem aus mehreren zweidimensionalen Bildern ein dreidimensionales Bild entsteht. Je nach Qualität bzw. Detailliertheit können es nur wenige oder viele zweidimensionale Bilder sein.

Manchmal können in dieser Phase des „Zusammenbaus“ des Modells auch einige dreidimensionale Elemente verwendet werden.

Dieser Prozess ist recht komplex und langwierig. Es basiert auf verschiedenen Berechnungen, die sowohl vom Computer als auch (in geringerem Maße) vom Künstler selbst durchgeführt wurden.

Wichtig! Programme, mit denen Sie es implementieren können, sind für die Arbeit mit dreidimensionalen Grafiken konzipiert, was bedeutet, dass sie recht leistungsstark sind und erhebliche Hardwareressourcen und eine erhebliche Menge an RAM erfordern.

Sie belasten die Hardware des Computers erheblich.

Anwendungsbereich

In welchen Bereichen ist dieses Konzept anwendbar und ist die Durchführung eines solchen Prozesses erforderlich?

Dieser Prozess ist in allen Bereichen erforderlich, in denen es um die Erstellung dreidimensionaler dreidimensionaler Modelle und in der Computergrafik im Allgemeinen geht, und dies sind fast alle Lebensbereiche, mit denen ein moderner Mensch interagieren kann.

Computergestütztes Design wird verwendet in:

• Entwurf von Gebäuden und Bauwerken;
• Landschaftsarchitektur;
• Gestaltung der städtischen Umwelt;
• Innenarchitektur;
• Fast jedes produzierte materielle Ding war einst ein Computermodell;
• Videospiele;
• Filmproduktion usw.

Gleichzeitig ist dieser Prozess seinem Wesen nach endgültig.

Es kann das letzte oder vorletzte beim Entwerfen eines Modells sein.

Beachten Sie, dass als Rendering oft nicht der Prozess der Erstellung eines Modells selbst bezeichnet wird, sondern dessen Ergebnis – ein fertiges dreidimensionales Computermodell.

Technologie

Dieses Verfahren kann als eines der schwierigsten bei der Arbeit mit dreidimensionalen Bildern und Objekten in der Computergrafik bezeichnet werden.

Diese Phase wird von komplexen technischen Berechnungen begleitet, die von der Programm-Engine durchgeführt werden – mathematische Daten über die Szene und das Objekt werden in dieser Phase in das endgültige zweidimensionale Bild übersetzt.

Das heißt, Farb-, Licht- und andere Daten eines dreidimensionalen Modells werden Pixel für Pixel so verarbeitet, dass sie als zweidimensionales Bild auf einem Computerbildschirm angezeigt werden können.

Das heißt, durch eine Reihe von Berechnungen bestimmt das System genau, wie jedes Pixel jedes zweidimensionalen Bildes gefärbt werden soll, damit es auf dem Computerbildschirm des Benutzers wie ein dreidimensionales Modell aussieht.

Spezies

Abhängig von den Merkmalen der Technologie und der Arbeit gibt es zwei Haupttypen eines solchen Prozesses: Echtzeit-Rendering und vorläufiges Rendering.

Echtzeit

Dieser Typ ist vor allem in Computerspielen weit verbreitet.

Unter Spielbedingungen muss das Bild so schnell wie möglich berechnet und ausgerichtet werden, beispielsweise wenn sich der Benutzer an einem Ort bewegt.

Und obwohl dies nicht „von Grund auf“ geschieht und es zunächst umfangreiche Vorbereitungen gibt, belasten Computerspiele dieser Art die Computerhardware gerade aufgrund dieser Eigenschaft sehr stark.

Wenn in diesem Fall ein Fehler auftritt, kann sich das Bild ändern und verzerren, es können ungeladene Pixel auftreten und wenn der Benutzer (Charakter) Aktionen ausführt, ändert sich das Bild möglicherweise nicht ganz oder teilweise.

In Echtzeit funktioniert eine solche Engine in Spielen, da es unmöglich ist, die Art der Aktionen, die Bewegungsrichtung des Spielers usw. vorherzusagen (obwohl die wahrscheinlichsten Szenarien bereits ausgearbeitet wurden).

Aus diesem Grund muss die Engine das Bild mit einer Geschwindigkeit von 25 Bildern pro Sekunde verarbeiten., denn selbst wenn die Geschwindigkeit auf 20 Bilder pro Sekunde reduziert wird, wird der Benutzer ein Unbehagen verspüren, da das Bild zu zucken und langsamer wird.

Dabei spielt der Optimierungsprozess eine sehr wichtige Rolle, also die Maßnahmen, die Entwickler ergreifen, um die Belastung der Engine zu reduzieren und ihre Leistung während des Spiels zu steigern.

Aus diesem Grund erfordert ein reibungsloses Rendering zunächst eine Texturkarte und einige akzeptable grafische Vereinfachungen.

Solche Maßnahmen tragen dazu bei, die Belastung sowohl des Motors als auch der Computerhardware zu reduzieren., was letztendlich dazu führt, dass das Spiel einfacher, einfacher und schneller zu starten ist.

Es ist die Qualität der Optimierung der Render-Engine, die maßgeblich darüber entscheidet, wie stabil das Spiel ist und wie realistisch alles, was passiert, aussieht.

Vorläufig

Dieser Typ wird in Situationen verwendet, in denen Interaktivität nicht wichtig ist.

Dieser Typ wird beispielsweise häufig in der Filmindustrie verwendet, wenn Modelle mit eingeschränkter Funktionalität entworfen werden, die beispielsweise nur für die Anzeige auf einem PC gedacht sind.

Das heißt, es handelt sich um einen vereinfachten Ansatz, der beispielsweise auch im Design möglich ist – also in Situationen, in denen die Aktionen des Benutzers nicht erraten werden müssen, da diese begrenzt und im Voraus berechnet sind (und damit in Beachten Sie, dass das Rendern im Voraus durchgeführt werden kann).

In diesem Fall liegt die Last beim Betrachten des Modells nicht auf der Programm-Engine, sondern auf dem zentralen Prozessor des PCs.

Das Rendern ist die letzte Stufe der Verarbeitung von Szenen, die als Ergebnis der 3D-Visualisierung erhalten wurden. Es gibt zwei Hauptphasen dieses Prozesses: Echtzeit, das hauptsächlich in Computerspielen verwendet wird, und Pre-Rendering. Er war es, der in der Wirtschaft Anwendung fand. Im ersten Fall ist die Geschwindigkeit der Berechnungen von größerer Bedeutung; nur wenn diese Bedingung erfüllt ist, bleibt die Qualität der Bilder hoch. Beim Vorrendering steht die Realitätsnähe der Zeichnung im Vordergrund.

Vorrendering

Um diese Art des Renderings durchzuführen, wird eine spezielle Software verwendet. Die Dauer der Bearbeitung hängt von der Komplexität ab. Der Prozess besteht aus der Anwendung von Licht und den dadurch erzeugten Schatten, dem Hinzufügen von Farbe und anderen Effekten. Die Hauptaufgabe von Modellierern besteht darin, sicherzustellen, dass das Ergebnis äußerst wahrheitsgetreu ist. Dazu ist es notwendig, sich in einem der komplexesten Bereiche der Physik zurechtzufinden – der Optik. Bei der 3D-Modellierung von Innenräumen ist eine ordnungsgemäß ausgeführte Darstellung besonders wichtig – Sie müssen genau berechnen, wie der Raum bei natürlichem und künstlichem Licht aussehen wird, Farbtöne für die Einrichtung und andere Nuancen auswählen. Grundlegende Methoden der Endbearbeitung im volumetrischen Design:

Üblich ist die Kombination mehrerer Methoden, was die Ressourcenkosten senkt und die erforderliche Qualität sicherstellt.

Rendering-Funktionen

Es wird viel Zeit in Anspruch nehmen, die vorläufige Skizze zur Perfektion zu bringen – die Bearbeitungszeit komplexer Bilder am Computer kann mehrere Stunden betragen. In diesem Zeitraum geschieht Folgendes:

• Färbung;
• Detaillierung kleiner Elemente;
• Entwicklung von Lichteffekten – Reflexionen von Bächen, Schatten und anderen;
• Anzeige klimatischer Bedingungen;
• Implementierung weiterer Details zur Erhöhung des Realismus.

Die Komplexität der Verarbeitung beeinflusst die Preisbildung der 3D-Visualisierung; je länger sie dauert, desto teurer wird die Arbeit am Projekt. Wann immer möglich, vereinfachen Modellierer den Rendering-Prozess, indem sie beispielsweise einzelne Momente berechnen oder andere Tools verwenden, um die Rendering-Zeit zu verkürzen, ohne die Qualität zu beeinträchtigen.