Рендеринг Фотореалистичное изображение, созданное POV-Ray 3.6. Модели кувшина, стаканов и пепельницы созданы при помощи Rhinoceros 3D, модель игральной кости — в cinema 4D. Ре́ндеринг (англ. rendering — «визуализация») — термин в компьютерной графике, обозначающий процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы. Здесь модель — это описание любых объектов или явлений на строго определённом языке или в виде структуры данных. Такое описание может содержать геометрические данные, положение точки наблюдателя, информацию об освещении, степени наличия какого-то вещества, напряжённость физического поля и пр. Примером визуализации могут служить радарные космические снимки, представляющие в виде изображения данные, полученные посредством радиолокационного сканирования поверхности космического тела, в диапазоне электромагнитных волн, невидимых человеческим глазом. Часто в компьютерной графике (художественной и технической) под рендерингом (3Dрендерингом) понимают создание плоского изображения (картинки) по разработанной 3Dсцене. Изображение — это цифровое растровое изображение. Синонимом в данном контексте является Визуализация. Визуализация — один из наиболее важных разделов в компьютерной графике, и на практике он тесным образом связан с остальными. Обычно программные пакеты трехмерного моделирования и анимации включают в себя также и функцию рендеринга. Существуют отдельные программные продукты, выполняющие рендеринг. В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и рендеринг в режиме реального времени, применяемый в компьютерных играх. Последний часто использует 3Dускорители. Компьютерная программа, производящая рендеринг, называется рендером (англ. render) или рендерером (англ. renderer). Методы рендеринга (визуализации На текущий момент разработано множество алгоритмов визуализации. Существующее программное обеспечение может использовать несколько алгоритмов для получения конечного изображения. Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо долгое время. Даже трассирование малого количества лучей, достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерно применяется аппроксимация (семплирование). много времени, если не Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену: Растеризация (англ. rasterization) совместно с методом сканирования строк (Scanline rendering (англ.)). Визуализация производится проецированием объектов сцены на экран без рассмотрения эффекта перспективы относительно наблюдателя. Ray casting (рейкастинг) (англ. ray casting). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из определённой точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. При этом лучи прекращают своё распространение (в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого объекта сцены либо её фона. Возможно использование каких-либо очень простых способов добавления оптических эффектов. Эффект перспективы получается естественным образом в случае, когда бросаемые лучи запускаются под углом, зависящим от положения пикселя на экране и максимального угла обзора камеры. Трассировка лучей (англ. ray tracing) похожа на метод бросания лучей. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает своё распространение, а разделяется на три луча-компонента, каждый из которых вносит свой вклад в цвет пиксела на двумерном экране: отражённый, теневой и преломлённый. Количество таких компонентов определяет глубину трассировки и влияет на качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным особенностям, метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения, однако из-за большой ресурсоёмкости процесс визуализации занимает значительное время. Трассировка пути (англ. path tracing) использует похожий принцип трассировки распространения лучей, однако этот метод является наиболее приближённым к физическим законам распространения света. Также является самым ресурсоёмким. Передовое программное обеспечение обычно совмещает в себе несколько техник, чтобы получить достаточно качественное и фотореалистичное изображение за приемлемые затраты вычислительных ресурсов. Математическое обоснование Реализация механизма рендеринга всегда основывается на физической модели. Производимые вычисления относятся к той или иной физической или абстрактной модели. Основные идеи просты для понимания, но сложны для применения. Как правило, конечное элегантное решение или алгоритм более сложны и содержат в себе комбинацию разных техник. Основное уравнение Основная статья: Уравнение рендеринга Ключом к теоретическому обоснованию моделей рендеринга служит уравнение рендеринга. Оно является наиболее полным формальным описанием части рендеринга, не относящейся к восприятию конечного изображения. Все модели представляют собой какое-то приближённое решение этого уравнения. Неформальное толкование таково: Количество светового излучения (Lo), исходящего из определённой точки в определённом направлении есть собственное излучение и отражённое излучение. Отражённое излучение есть сумма по всем направлениям приходящего излучения (Li), умноженного на коэффициент отражения из данного угла. Объединяя в одном уравнении приходящий свет с исходящим в одной точке, это уравнение составляет описание всего светового потока в заданной системе. Программное обеспечение (визуализаторы) для рендеринга — 3Delight AIR Arnold Renderer ART AQSIS Angel BMRT (Blue Moon Rendering Tools) (распространение прекращено) Brazil R/S BusyRay Entropy (продажи прекращены) finalRender Fryrender Gelato (разработка прекращена в связи с покупкой NVIDIA, mental ray) Holomatix Renditio (интерактивный рейтрейсер) Hypershot Indigo Renderer Kerkythea Keyshot mental ray LuxRender Mantra renderer Maxwell Render Meridian POV-Ray Pixie RenderDotC RenderMan (PhotoRealistic RenderMan, Pixar’s RenderMan или PRMan) Sunflow рендеры Turtle V-Ray YafaRay Octane Render Arion Renderer Рендереры, работающие в реальном (или почти в реальном) времени. Arion VrayRT FinalRender iray Shaderlight Showcase Rendition Brazil IR Artlantis Render Cycles Пакеты трёхмерного моделирования, имеющие собственные рендереры Autodesk 3ds Max (Scanline) Autodesk Maya (Software Hardware, Vector) Blender NewTek LightWave 3D Maxon Cinema 4D (Advanced Render) SketchUp Daz3D Bryce Luxology Modo e-on Software Vue SideFX Houdini Terragen, Terragen 2 Таблица сравнения свойств рендереров Re nd er M an Br azi l R/ S T u r tl e Ma xwe ll Re nde r Fr yr en de r Ind igo Re nde rer L ux Re nd er Ker kyt hea Да Да Yaf aRa y VRa y fin al Re nd er Да, через встро Нет MaxM ен an Да Да Да Нет Да Да Да Да Да, через совмес Rende встро тим Нет rMan ен сMaya Artist Tools Да Да Нет Да Да Да Да Да Да совмес тим сSofti mage Да Нет Нет Нет Да Да Да Да Нет совмес тим с3ds Max m en tal ra y Ge lat o (ра зра бо тк а пр ек ра ще на) Да, через встро Нет XSIM ен an совмес тим Да сHoud ini Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Нет Нет совмес тим Нет сLight Wave Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Нет Нет Нет совмес тим Нет сBlend er Нет Да в разраб Нет отке Нет Нет Нет Нет Да Да Да Нет совмес тим Нет сSketc hUp Нет Нет Да Нет Нет Нет Да Да Да Нет Да Нет Нет Да Да Нет Нет Да Да Да Да Нет Нет, заморо Да совмес Да тим (начи Re nd er M an m en tal ra y Yaf aRa y VRa y fin al Re nd er Br azi l R/ S T u r tl e Ma xwe ll Re nde r Fr yr en de r Ind igo Re nde rer L ux Re nd er сCine ная с ma 4D 11-ой верси и) жен платф орма Micros oft Windo ws,Linu x, Mac OS X Micros oft Windo ws, M ac OS X Micros oft Windo ws,Linu x, Mac OS X физич еская коррек Нет тность модел и Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да Да scanlin Да e Да Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Нет Да Да Да Да Да Нет Нет Нет Нет очень raytrac медле Да e нный алгори тмыGl obal Illumi nation или свои алгори тмы Camer Да a - Ker kyt hea Ge lat o (ра зра бо тк а пр ек ра ще на) Light Cash, Photo Photon n, Photon Map, Final map, Irradia Gathe pathtrac nce r ing, Map, (Quas Bidirect Brute iional, Force Monte SPPM (Quasi carlo) Monte carlo) Hyper Global Illumi nation, Adapti ve QuasiMonte carlo, Image, Quasi Monte -Carlo QuasiMonte carlo, Photo nMap ping Metro polis Phot Light Metrop Metro Metrop on Trans olis polis olis Map, port, Light Light Light Final Bidire Transp Trans Transp Gath ctiona ort port ort er l Path Tracin g Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Нет Нет Да Да Да Да Re nd er M an m en tal ra y Ge lat o (ра зра бо тк а пр ек ра ще на) Br azi l R/ S T u r tl e Ma xwe ll Re nde r Fr yr en de r Ind igo Re nde rer L ux Re nd er Да Да Да Да Да Да быстр ый быстр ый Yaf aRa y VRa y fin al Re nd er Да Да Да Displa быстр Да cement ый Да медле нный, медлл Нет 2d и енный 3d быст Да рый Да Да Да Area Light Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Glossy Reflect Да /Refra ct Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да SubSu rface Scatter Да ing (SSS) Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Да Standa Да lone Да Нет 2005 года (с Нет ырая) Нет Нет Да Да Да Да 1.91 1.0.9 v1.0RC4 Ker kyt hea Depth of Field (DOF) Camer a очень Motio быстр Да n Blur ый (vector pass) текущ 13.5,2, ая 3.10 2 версия 0.1.1 (0.1.2 Beta 5a) 2.40.0 3 (3ds Stage2 Max) 2 4.01 1.61 Да Kerkyth ea 2008 2.2 Echo Re nd er M an m en tal ra y Yaf aRa y VRa y fin al Re nd er Br azi l R/ S T u r tl e Ma xwe ll Re nde r 2002 2000 2003 2007 (? 2006 ( 2006 ) ?) Fr yr en de r Ind igo Re nde rer L ux Re nd er Ker kyt hea Ge lat o (ра зра бо тк а пр ек ра ще на) 2011 2008 2003 2.0 (Maya ) 1.6 (Sketc hUp) 1.5 (Rhino ) год выпус 1987 ка 1986 библи отека Нет матер иалов 2300+ 33 My в 113 о vray- 30 оф. menta разрабо ф. Нет materi сайт lRay тке сайт als 2005 2000 основа н на технол огии 110 о 80 оф. 61 оф ф. сайт . сайт сайт Да Да IBL/H DRI Lighti ng Да Да Physic al sky/su n Да Да офици альны й сайт vray.c om YafaRa chaosg y.org roup.c om страна произв Герма США Корея одител ния ь 195 Да Да Да Maxwel Fryre Indigo LuxRe kerkyth lRender nder.c Render nder.n ea.net .com om er.com et Болгар Герма Шве Испан США ия ния ция ия 800беспла 1385 тное, 1000 LGPL (в 2.1 зависи мости Нет Metrop olis Light Transp ort liqui dligh t normal mappi ng стоим 3500 ость $ 3200+ оф. сайт 735 1500 995 Испа ния 1200 США 295€ беспл беспла беспла атное, тное тное GNU Re nd er M an m en tal ra y Yaf aRa y VRa y fin al Re nd er Br azi l R/ S T u r tl e Ma xwe ll Re nde r Fr yr en de r Ind igo Re nde rer L ux Re nd er Ker kyt hea Ge lat o (ра зра бо тк а пр ек ра ще на) от 3Dпакета ) имеют ся версии для образо ватель ных учреж дений основ ное преим ущест во компа ния произв Pixar одител ь беспла тное Baki ng высо кая скор ость (не очен ь высо кое каче ство ) menta l Illu image YafaRa Chaos Splutt mina Next s (c Cebas y Group erFish te Limit 2008 Labs NVID IA) См. также Ray tracing Шейдер Алгоритмы использующие z-буфер и Z-буферизация Нефотореалистичный рендеринг Алгоритм художника Алгоритмы построчного сканирования like Reyes Алгоритмы глобального освещения Излучательность беспл беспла атное тное Fever soft NVIDI A Отсечение Текст как изображение Рендер-ферма Хронология важнейших публикаций 1968 Ray casting (Appel, A. (1968). Some techniques for shading machine renderings of solids. Proceedings of the Spring Joint Computer Conference 32, 37—49.) 1970 Scan-line algorithm (Bouknight, W. J. (1970). A procedure for generation of threedimensional half-tone computer graphics presentations.Communications of the ACM) 1971 Gouraud shading (Gouraud, H. (1971). Computer display of curved surfaces. IEEE Transactions on Computers 20 (6), 623—629.) 1974 Texture mapping (Catmull, E. (1974). A subdivision algorithm for computer display of curved surfaces. PhD thesis, University of Utah.) 1974 Z-buffer (Catmull, E. (1974). A subdivision algorithm for computer display of curved surfaces. PhD thesis) 1975 Phong shading (Phong, B-T. (1975). Illumination for computer generated pictures. Communications of the ACM 18 (6), 311—316.) 1976 Environment mapping (Blinn, J.F., Newell, M.E. (1976). Texture and reflection in computer generated images. Communications of the ACM 19, 542—546.) 1977 Shadow volumes (Crow, F.C. (1977). Shadow algorithms for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1977) 11 (2), 242—248.) 1978 Shadow buffer (Williams, L. (1978). Casting curved shadows on curved surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 12 (3), 270—274.) 1978 Bump mapping (Blinn, J.F. (1978). Simulation of wrinkled surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1978) 12 (3), 286—292.) 1980 BSP trees (Fuchs, H. Kedem, Z.M. Naylor, B.F. (1980). On visible surface generation by a priori tree structures. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1980) 14 (3), 124—133.) 1980 Ray tracing (Whitted, T. (1980). An improved illumination model for shaded display. Communications of the ACM 23 (6), 343—349.) 1981 Cook shader (Cook, R.L. Torrance, K.E. (1981). A reflectance model for computer graphics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1981) 15(3), 307—316.) 1983 Mipmaps (Williams, L. (1983). Pyramidal parametrics. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1983) 17 (3), 1—11.) 1984 Octree ray tracing (Glassner, A.S. (1984). Space subdivision for fast ray tracing. IEEE Computer Graphics & Applications 4 (10), 15—22.) 1984 Alpha compositing (Porter, T. Duff, T. (1984). Compositing digital images. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 253—259.) 1984 Distributed ray tracing (Cook, R.L. Porter, T. Carpenter, L. (1984). Distributed ray tracing. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 137—145.) 1984 Radiosity (Goral, C. Torrance, K.E. Greenberg, D.P. Battaile, B. (1984). Modelling the interaction of light between diffuse surfaces. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1984) 18 (3), 213—222.) 1985 Hemi-cube radiosity (Cohen, M.F. Greenberg, D.P. (1985). The hemi-cube: a radiosity solution for complex environments. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1985) 19 (3), 31—40.) 1986 Light source tracing (Arvo, J. (1986). Backward ray tracing. SIGGRAPH 1986 Developments in Ray Tracing course notes) 1986 Rendering equation (Kajiya, J.T. (1986). The rendering equation. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1986) 20 (4), 143—150.) 1987 Reyes algorithm (Cook, R.L. Carpenter, L. Catmull, E. (1987). The reyes image rendering architecture. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1987) 21 (4), 95—102.) 1991 Hierarchical radiosity (Hanrahan, P. Salzman, D. Aupperle, L. (1991). A rapid hierarchical radiosity algorithm. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1991) 25 (4), 197—206.) 1993 Tone mapping (Tumblin, J. Rushmeier, H.E. (1993). Tone reproduction for realistic computer generated images. IEEE Computer Graphics & Applications13 (6), 42—48.) 1993 Subsurface scattering (Hanrahan, P. Krueger, W. (1993). Reflection from layered surfaces due to subsurface scattering. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1993) 27 (), 165— 174.) 1995 Photon mapping (Jensen, H.J. Christensen, N.J. (1995). Photon maps in bidirectional monte carlo ray tracing of complex objects. Computers & Graphics19 (2), 215—224.) 1997 Metropolis light transport (Veach, E. Guibas, L. (1997). Metropolis light transport. Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 1997) 16 65—76.)