Cosa sono i rendering?
Se hai recentemente iniziato a lavorare sul 3D, potresti esserti chiesto cosa si intende esattamente per rendering.
Un'analisi del termine da un punto di vista matematico e scientifico andrebbe oltre lo scopo. Pertanto, ci occuperemo del ruolo del rendering nella computer grafica in modo più dettagliato di seguito.
Il processo mostra analogie con lo sviluppo del film.
Il rendering è l'aspetto tecnicamente più complesso della produzione 3D, ma può essere facilmente compreso nel contesto di un'analogia: proprio come un fotografo cinematografico deve sviluppare e stampare le sue foto prima che possano essere visualizzate, gli artisti di computer grafica sono esposti a un'esigenza simile.
Quando un artista di computer grafica lavora su una scena 3D, i modelli che manipola sono in realtà una rappresentazione matematica di punti e superfici (più precisamente, angoli e poligoni) nello spazio tridimensionale.
Il termine rendering si riferisce ai calcoli eseguiti dal motore di rendering di un pacchetto software 3D per tradurre la scena da un'approssimazione matematica a un'immagine 2D finita. Le informazioni spaziali, materiche e luminose dell'intera scena vengono combinate per determinare il valore di colore di ciascun pixel nell'immagine appiattita.
Esistono due diversi tipi di rendering:
Esistono due tipi principali di rendering, la cui principale differenza è la velocità con cui le immagini vengono calcolate e sviluppate.
Il rendering in tempo reale è più comunemente usato nei giochi e nella grafica interattiva, dove le immagini devono essere calcolate dalle informazioni 3D a velocità incredibilmente elevate.
Interattività: poiché è impossibile prevedere esattamente come un giocatore interagirà con l'ambiente di gioco, le immagini devono essere rese in "tempo reale".
Domande sulla velocità: affinché il movimento appaia regolare, almeno 18-20 fotogrammi al secondo devono essere visualizzati sullo schermo. Nient'altro non sembrerebbe ottimale.
I metodi: il rendering in tempo reale viene drasticamente migliorato dall'hardware grafico dedicato (GPU) e precompilando quante più informazioni possibili. Gran parte delle informazioni di illuminazione in un ambiente di gioco sono pre-calcolate e tradotte direttamente nei file di trama dell'ambiente per aumentare la velocità di rendering.
Rendering offline o pre-rendering: il rendering offline viene utilizzato in situazioni in cui la velocità è meno problematica e i calcoli vengono generalmente eseguiti con CPU multi-core e non con hardware grafico dedicato.
Prevedibilità: il rendering offline è più comunemente usato in animazioni ed effetti in cui la complessità visiva e il realismo fotografico sono di livello molto più elevato. Poiché non vi è alcuna imprevedibilità su ciò che apparirà in ciascun fotogramma, è noto che i grandi studi impiegano fino a 90 ore per il rendering dei singoli fotogrammi.
Realismo fotografico: dal momento che il rendering offline avviene in un intervallo di tempo aperto, è possibile generare immagini più realistiche rispetto al rendering in tempo reale. I personaggi, gli ambienti e le trame e le luci associate sono generalmente consentiti nei poligoni e nei file di trama superiori con una risoluzione di 4k (o superiore).
Esistono tre diverse tecniche di rendering.
In pratica, vengono generalmente utilizzate tre diverse tecniche di rendering, presentate di seguito. Ognuno ha i propri vantaggi e svantaggi, in modo che tutte e tre le opzioni possano essere implementate in determinate situazioni.
Il rendering Scanline è una buona scelta se desideri che i rendering vengano creati il più rapidamente possibile. Invece di renderizzare un'immagine pixel per pixel, i renderer scanline calcolano su base poligonale. Le tecniche di Scanline combinate con l'illuminazione precalcolata (al forno) possono raggiungere una velocità di 60 fotogrammi al secondo o superiore su una scheda grafica di fascia alta.
Con il ray tracing, uno o più raggi di luce vengono tracciati dalla telecamera al successivo oggetto 3D per ciascun pixel della scena. Il raggio di luce viene quindi guidato attraverso un numero definito di cosiddetti "rimbalzi", che possono includere la riflessione o la rifrazione, a seconda del materiale della scena 3D. Il colore di ciascun pixel viene calcolato in modo algoritmico in base all'interazione del raggio luminoso con gli oggetti nel suo percorso tracciato. Il ray tracing è in grado di produrre più fotorealismo rispetto alla scanline, ma è esponenzialmente più lento.
Contrariamente al ray tracing, la radiosità viene calcolata indipendentemente dalla telecamera e non è orientata pixel per pixel ma orientata alla superficie. La funzione principale della radiosity è quella di simulare il colore della superficie in modo più preciso prendendo in considerazione l'illuminazione indiretta (luce diffusa compressa). La radiosity è tipicamente caratterizzata da ombre morbide e graduate e da un sanguinamento di colore, in cui la luce proveniente da oggetti colorati "sanguina" sulle superfici vicine.
In pratica, radiosity e ray tracing sono spesso usati in combinazione. Su questa base, è possibile creare rendering impressionanti e fotorealistici.
I motori di rendering più utilizzati.
Sebbene il rendering si basi su calcoli incredibilmente sofisticati, il software di oggi offre parametri facilmente comprensibili. Su questa base, un utente non ha a che fare con la matematica sottostante per poter ottenere risultati fotorealistici. Un motore di rendering è incluso in ogni pacchetto software 3D e la maggior parte include pacchetti di materiale e illuminazione che consentono di raggiungere valori impressionanti di fotorealismo.
Mental Ray (Autodesk Maya) è incredibilmente versatile, relativamente veloce e probabilmente il miglior renderer per immagini di personaggi che necessitano di scattering sotterraneo. Il raggio mentale utilizza una combinazione di ray tracing e illuminazione globale (radiosity).
V-Ray, d'altra parte, è in genere utilizzato con 3ds Max. Questa combinazione non ha rivali per visualizzazioni architettoniche e rendering ambientale. I principali vantaggi di V-Ray rispetto alle alternative sono gli strumenti di illuminazione e la vasta libreria di materiali per arch-viz.
Questa era solo una breve panoramica delle basi del rendering. È un argomento tecnico, ma può essere molto interessante se dai un'occhiata più da vicino ad alcune delle tecniche più comuni.
