Содержание
- Основы рендеринга
- Виды визуализации
- Способы преобразования 3D-моделей
- Принципы визуализации
- Программы для рендеринга
- Сферы применения
- Технические аспекты
- Как научиться рендерить
Рендеринг (от англ. rendering, то есть «визуализация») — процесс преобразования трехмерной модели или сцены из компьютерной программы в изображение, которое увидит пользователь. Это финальный этап в 3D-графике.
![](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2023/11/3---------.jpg)
Рендеринг применяется в кинематографе, видеоиграх, архитектуре и виртуальной реальности.
Раньше создание изображений требовало огромных вычислительных мощностей и много времени. Сегодня современные алгоритмы, увеличение производительности компьютеров и новые инструменты работы с изображениями позволяют получать их гораздо быстрее.
Рендер моделей помогает архитекторам и дизайнерам интерьеров визуализировать свои проекты до того, как они будут реализованы, и меняет работу кинопроизводителей и разработчиков видеоигр при создании сцен и миров.
Основы рендеринга
Рендеринг в компьютерной графике — процесс получения изображения из модели, которая создается с помощью компьютерных программ и содержит данные о геометрии, видах поверхности, освещении и расположении камеры. Рендеринг преобразует эти данные в изображение, которое отображает, как сцена выглядела бы из заданной точки обзора.
![Модель обезьяны и результат рендеринга](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/model-i-rezultat-renderinga.jpg)
Разберем ключевые понятия этого процесса.
3D-модель
Это цифровой объект, созданный в трехмерном пространстве с использованием компьютерной графики. 3D-моделирование создается с помощью вершин, ребер и граней в трехмерном координатном пространстве. Модели могут быть анимированы, текстурированы и освещены различными способами для достижения желаемого визуального эффекта.
Материалы и текстуры
Придают детализацию поверхности модели. Они определяют, как объект будет выглядеть и как на него будут влиять различные источники света: будет он глянцевым, матовым, шершавым или гладким.
Освещение
Воспроизведение поведения света в реальном мире для создания эффектов освещенности, теней и отражений на объектах и сценах. В зависимости от расположения и интенсивности источников света можно менять восприятие сцены.
Камера
Виртуальная точка обзора, определяющая, откуда будет наблюдаться сцена. Этот инструмент позволяет выбрать угол обзора, глубину резкости и другие параметры, влияющие на то, как именно будет выглядеть итоговая картинка.
Шейдинг
Или затенение. Техника определения яркости и цвета точек на поверхности модели в зависимости от освещения и материалов.
Рендер-движок
Программное обеспечение или система, которая используется для выполнения рендеринга с помощью различных техник и алгоритмов. Преобразует трехмерную сцену в финальное изображение.
![Пример рендеринга](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/render.jpg)
Передовыми рендер-движками считаются Octane, Redshift и Arnold.
Научитесь создавать 3D-объекты для инди-проектов и высокобюджетных игр, освоите Blender, Substance Painter, Unreal Engine и подготовите портфолио для работы в игровых студиях в России и за рубежом.
Виды визуализации
Рендеринг можно классифицировать по различным критериям, включая время выполнения визуализации и используемые техники. Это разделение помогает определить подход к рендерингу в зависимости от целей проекта, требований к качеству и доступных ресурсов.
Онлайн-рендеринг
Или рендеринг в реальном времени. Используется в ситуациях, когда изображение или анимация должны быть сгенерированы немедленно. Часто такой подход нужен в видеоиграх или интерактивных приложениях виртуальной реальности.
Этот вид рендеринга требует оптимизации ресурсов и алгоритмов, чтобы обеспечить высокую скорость обработки без значительной потери качества изображения. Здесь важно соблюдать баланс между детализацией и производительностью.
Офлайн-рендеринг
Или предварительный рендер. Применяется, когда время на обработку не ограничено. Этот метод часто используется в создании визуальных эффектов для кино и телевидения, где требуется высочайшее качество изображений. Предварительный рендеринг позволяет использовать сложные техники освещения и теней, взаимодействие материалов и продвинутую обработку изображений.
Способы преобразования 3D-моделей
Выбор метода рендеринга зависит от целей проекта и требований к визуальному качеству. Среди наиболее распространенных подходов выделяются растеризация, трассировка лучей, рейкастинг и трассировка пути.
Растеризация
Процесс преобразования 3D-модели в изображение, при котором вершины проецируются на экран. Этот метод часто используется в реальном времени благодаря своей эффективности, хотя и имеет ограничения в воспроизведении сложного освещения и теней.
![Растеризация](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/04/rasterizaciya.jpg)
Рейкастинг
Простой способ визуализации, где из точки наблюдения к объектам сцены направляются лучи, определяющие цвет пикселей на экране. В отличие от более сложной трассировки лучей рейкастинг не учитывает дополнительные эффекты, такие как отражения или преломления, но позволяет достичь естественного эффекта перспективы.
![Рейкастинг](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/04/reykasting.jpg)
Трассировка лучей
Углубляет визуализацию, позволяя лучам света интерактивно взаимодействовать с объектами сцены. Этот метод создает изображения с высоким уровнем реализма за счет точного моделирования отражений, теней и преломлений, однако требует значительных вычислительных мощностей.
![Трассировка лучей](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/04/trassirovka-luchey.jpg)
Трассировка пути
Один из самых продвинутых методов рендеринга, максимально приближенных к физическим законам распространения света. Трассировка пути обеспечивает исключительную фотореалистичность, хотя и является наиболее ресурсоемкой техникой.
![Трассировка пути](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/04/trassirovka-puti.jpg)
Уравнение рендеринга
Сложная математическая модель, описывающая процесс взаимодействия света с объектами в сцене, включая прямое и косвенное освещение.
![Уравнение рендеринг](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/04/uravnenie-renderinga.jpg)
Передовое программное обеспечение часто комбинирует эти техники для получения оптимального сочетания качества и скорости рендеринга.
Принципы визуализации
Что нужно знать для работы с рендерингом.
Взаимодействие света с материалами
Понимание того, как свет отражается, поглощается или преломляется при взаимодействии с различными материалами, важно для создания изображений.
Глобальное и локальное освещение
Глобальное освещение учитывает взаимодействие света со всеми поверхностями в сцене. Локальное освещение рассматривает источники света в определенной области.
Законы оптики
Применение физических законов оптики, таких как законы отражения и преломления, улучшает визуальное восприятие сцены.
Симуляция камеры
Позволяет имитировать физические параметры настоящих камер, такие как глубина резкости и перспектива, и придает сценам и изображениям естественность.
Обработка изображений
В постпродакшене позволяет доработать и улучшить визуальное качество рендеров.
Программы для рендеринга
Выбор подходящего программного обеспечения является решающим фактором в процессе создания качественных визуализаций и зависит от конкретных задач визуализации. Также существуют программы для 3D-моделирования со встроенными решениями для рендеринга, которые позволяют создавать детализированные модели и выполнять рендеринг в одной и той же среде. Рассмотрим подробнее некоторые из наиболее популярных ПО и программ.
![](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2023/08/1280x800.png)
Arnold
Один из ведущих рендер-движков. Arnold от Autodesk поддерживает множество плагинов и интегрируется с основными 3D-пакетами, такими как Maya, Cinema 4D и Houdini. Его алгоритмы глобального освещения и трассировки лучей позволяют достичь высокой степени реализма.
![Рендеринг в Arnold](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/Arnold.jpg)
Redshift
Высокопроизводительный 3D-рендер-движок с GPU ускорением (процессором для быстрой обработки данных).
Redshift сочетает высокую производительность с гибкой интеграцией и подробной настройкой, обеспечивает эффективную работу с тяжелыми сценами и текстурами и мгновенное отображение изменений через интерактивную область просмотра RenderView.
Octane
Позволяет работать со сложными материалами и алгоритмами устранения шума на основе искусственного интеллекта.
OctaneRender поддерживает широкий спектр плагинов для различных инструментов разработки контента и обеспечивает доступ к дополнительным ресурсам через облачные системы.
Рынок предлагает и другие программы для 3D-моделирования со встроенными рендерами, такие как Blender, Houdini и LightWave 3D, каждая из которых предназначена для определенных задач визуализации.
Autodesk Maya
Поддерживает несколько операционных систем, включая Windows, macOS и Linux, и имеет обширный набор инструментов для моделирования, анимации, симуляции и рендеринга.
![Рендеринг в Autodesk Maya](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/Autodesk-Maya.jpg)
Широко используется в кинематографе, телевидении и игровой индустрии благодаря своей мощности и гибкости.
3ds Max
Популярная программа для 3D-моделирования и анимации. Подходит только для Windows.
![Рендеринг в 3Ds Max](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/3d-Max.jpg)
Cinema 4D
Предлагает встроенный рендер, а также тесную интеграцию с рендером Redshift для создания высококачественных изображений и анимаций.
![Рендеринг в Cinema 4D](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/Cinema-4d.jpg)
Blender
Blender — бесплатное открытое программное обеспечение с мощными возможностями для моделирования, рендеринга, анимации и композитинга.
Houdini
Houdini от SideFX имеет продвинутые инструменты для симуляции динамических эффектов, таких как жидкости, огонь и дым.
![Рендеринг в Blender](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/Blender-3d.jpg)
Выбор программного обеспечения зависит от специфических потребностей проекта, желаемого уровня детализации и реализма, а также от предпочтений в рабочем процессе.
Курс «Cinema 4D: 15 шагов к daily render»
Пройдете все этапы работы: от разбора интерфейса до создания проекта и финального рендера. Узнаете, как создавать кинетическую типографику и объемных персонажей.
Сферы применения
3D-дизайн
В 3D-дизайне рендеринг используется для создания изображений трехмерных объектов и сцен.
![Рендеринг в дизайне интерьеров](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/dizayn-interera.jpg)
Применяется в продуктовом дизайне, архитектурной визуализации, дизайне интерьеров и многом другом.
Видеоигры
В работе над играми рендеринг необходим для создания как игровых ассетов, так и динамических сцен в реальном времени. Он обеспечивает визуализацию сложных трехмерных миров, персонажей и эффектов.
![Рендеринг на примере видеоигры](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/videoigry.jpg)
Современные игры часто требуют продвинутых техник для достижения фотореалистичности или погружения игрока в фантастическую среду.
Монтаж видео
Рендерить видео можно для обработки и объединения различных аудиовизуальных элементов в единую законченную продукцию. Позволяет добавлять спецэффекты, переходы, титры и другие графические элементы к видео и преобразует все компоненты в один непрерывный видеофайл, который может быть воспроизведен на различных устройствах и платформах.
![Пример монтажа видео](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/montazh-video.jpg)
Рендеринг также важен для обеспечения правильного формата и качества видео.
Дополнительные области применения
Широко применяется и в медицине для создания детализированных трехмерных изображений внутренних органов и структур тела на основе данных МРТ и КТ, что важно для диагностики и планирования лечения.
![Визуализация данных в биологии](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/vizualizaciya-dannyh.jpg)
Технические аспекты
Скорость и оптимизация процесса
Одним из основных факторов, определяющих эффективность рабочего процесса в 3D-визуализации и анимации, является скорость рендеринга. Она напрямую влияет на продолжительность проекта и может значительно увеличить затраты на производство при недостаточной оптимизации. Оптимизация процесса включает в себя несколько стратегий.
Упрощение сцен. Удаление невидимых объектов, оптимизация полигонов и текстур могут существенно снизить время, необходимое для процесса визуализации.
Использование прокси и LOD (Level of Detail). Применение прокси-объектов и моделей с разными уровнями детализации для удаленных или мелких объектов помогает уменьшить нагрузку на рендер без значительной потери качества.
Эффективное освещение. Оптимизация количества источников света и использование бейкеров освещения (инструментов, используемые для «выпекания» текстур, освещения и теней, которые затем применяются к менее детализированным моделям) могут ускорить расчеты освещения.
Разделение рендера. Разделение сложных сцен на несколько слоев или пассов, которые могут быть срендерены отдельно и объединены на постпродакшене, улучшает контроль над конечным изображением и может сократить общее время рендеринга.
Выбор подходящего рендера. Использование одного рендера, оптимизированного под конкретные задачи проекта.
Рендер-ферма и рендер-станция
Рендер-ферма — сеть компьютеров, объединенных для выполнения задач рендеринга. Используется для распределенного рендеринга больших или особенно сложных проектов, требующих значительных вычислительных мощностей, и позволяет сократить время, поскольку задача разбивается на множество мелких частей, которые обрабатываются параллельно.
Рендер-станция — отдельный мощный компьютер, который может быть настроен под конкретные требования пользователя для максимально эффективной обработки визуализаций.
Использование рендер-ферм и рендер-станций значительно ускоряет процесс рендеринга. Выбор между использованием рендер-фермы и рендер-станции зависит от масштаба проекта, доступного бюджета и временных рамок.
Фотореалистичность
![Пример фотореалистичности в рендеринге](https://bangbangeducation.ru/point/content/images/2024/02/fotorealisticnost.jpg)
Создание изображений и анимаций, которые, благодаря рендерингу, трудно отличить от настоящих фотографий или видео. Достижение фотореалистичности требует внимания ко множеству деталей в процессе визуализации, включая освещение, материалы, текстуры и постобработку.
Рассмотрим ключевые аспекты, на которые следует обратить внимание при работе над фотореалистичными проектами.
Тщательное моделирование. Важно уделить внимание мелким деталям и пропорциям, чтобы объекты выглядели убедительно.
Реалистичные материалы и текстуры. Выбор и создание материалов с правильными свойствами отражения, преломления и рассеяния света критически важен. Использование высококачественных текстур с детализацией до уровня пор и царапин помогает добавить объектам ощущение реализма.
Продвинутое освещение. Использование HDRI (High Dynamic Range Imaging) для окружающего освещения и точное имитирование источников света в реальном мире.
Глубина резкости и перспектива. Помогают получить ощущение пространства и масштаба, приближая изображение к тому, как его воспринимал бы человеческий глаз.
Постобработка. Не всегда финальное изображение рендера готово к использованию и публикации. Часто требуется дополнительная обработка в графических программах для коррекции цвета, контрастности, насыщенности и добавление эффектов.
Вебинар «Как попасть в геймдев: профессия 3D-художник»
Узнаете, какие специализации есть у художников в гейм-индустрии, как устроена эта сфера, что такое пропсы и почему именно с них легче всего начать. Не пропустите, если хотите попасть в геймдев или понять, как создаются видеоигры!
Как научиться рендерить
Рендерингу можно обучиться на курсах.
На нашей годовой программе «3D-художник» вы приобретете навыки 3D-моделирования разнообразных объектов для игр, текстурирования, создания развертки моделей для оптимизации геометрии. Научитесь настраивать свет для создания желаемых эффектов в сценах и приобретете опыт в различных методах рендеринга и интеграции моделей в игровой движок Unreal Engine. Будете учиться на реальных задачах и кейсах компаний под руководством ведущих дизайнеров и основателей студий и добавите в портфолио качественные кейсы. За 10 месяцев вы освоите профессию и сможете брать самостоятельные проекты.
А на курсе «Моушн-дизайнер» научитесь с нуля создавать моушн-графику для брендов, рекламы, ТВ и IT-продуктов. Освоите инструменты для работы с 2D и 3D: After Effects, Cinema 4D, ZBrush и Redshift. Соберете портфолио из 7 работ, из которых 4 проекта — по брифам от реальных заказчиков. Узнаете об особенностях профессии от ведущих экспертов и получите персональный фидбэк от опытных наставников.