Фулсайз рендер что это
Что такое рендер или рендеринг
Что такое рендер ( render / rendering )?
Сфера применения
Рендеринг сцен используется в: компьютерных видеоиграх, симуляторах, фильмах, рекламных роликах, телевизионных спецэффектах и архитектурной 3D визуализации. Каждая сфера деятельности использует различный баланс функций и методов просчета. Рассмотрим пару примеров применения рендеринга более детально:
В этой рекламе производитель заменил настоящую пачку чипсов на 3d модель с последующим рендером. Это позволило сэкономить много времени при производстве рекламного ролика на разные рынки сбыта. Поскольку пачка чипсов для разных стран будет выглядеть по-разному, нет необходимости снимать сотни дублей с разными вариантами пачки. Достаточно одного ролика, а пачку теперь можно сделать любую.
Теперь на телеэкране реальным можно сделать все и всех. Нет необходимости в макетах, манекенах, париках, гриме. 3d модель с последующим рендерингом экономит время и средства необходимые на производство спец-эффектов.
Рендер студии Viarde, сделанный для одной из мебельных фабрик. Производителям мебели, света, техники т.п., больше нет необходимости оплачивать дорогостоящие фото студии, чтобы наилучшим образом представить свои продукты. За несколько дней и с намного меньшей стоимостью это сделают студии занимающиеся 3d визуализацией.
Системы рендеринга
Системы рендеринга которые используются 3D редакторами для просчета (отрисовки) визуализации бывают встроенные в программу или внешние подключаемые (устанавливаться отдельно). Чаще внешние системы рендеринга имеют лучше качество визуализации чем встроенные, потому что они разрабатываться не зависимо от 3D редактора, и команда разработчиков работает только над усовершенствованием своего продукта не отвлекаясь на работу с 3D редактором. У команд разрабатывающих внешние рендеры больше времени и возможностей на то, чтобы сделать свой продукт лучшим на рынке. Но из-за этого чаще всего, в отличие от встроенных рендер систем за них придется заплатить дополнительно.
Внутри рендеринг представляет собой тщательно разработанную программу, основанную на выборочной смеси дисциплин, связанных с: физикой света, визуальным восприятием, математикой и разработкой программного обеспечения.
В случае 3D-графики рендеринг может выполняться медленно, как в режиме предварительного рендеринга (pre-rendering), так и в режиме реального времени (real time rendering).
Рендеринг в реальном времени: выдающаяся техника рендеринга, используемая в интерактивной графике и играх, где изображения должны создаваться в быстром темпе. Поскольку взаимодействие с пользователем в таких средах является высоким, требуется создание изображения в реальном времени. Выделенное графическое оборудование и предварительная компиляция доступной информации повысили производительность рендеринга в реальном времени.
Рендеринг в архитектурной 3D визуализации
На сегодняшний день самыми популярными и качественными системами для архитектурной 3d визуализации являются Vray и Corona Renderer. Обе системы принадлежат одному разработчику Chaos Group (Болгария).
Vray появился еще в 2000 году и хорошо себя зарекомендовал во многих сферах визуализации благодаря своей гибкости и широкому набору инструментов для включения в рабочий процесс различных студий, будь то анимационные или архитектурные компании.
Основные достоинства V-Ray:
1. Поддерживает сетевой рендер несколькими компьютерами.
2. Очень широкий спектр настроек для разных задач связанных с трехмерной графикой.
3. Огромный набор материалов.
4. Поддерживает большой набор пассов для композинга картинки или видео.
Главное достоинство Corona Renderer это очень реалистичная визуализация при простых настройках системы. Она отлично подойдет для новичков, перед которыми стоят простые задачи.
Скорость рендера
Рендер системы при работе как все остальные программы установленные на компьютер требует для просчета изображения определенные ресурсы вашего ПК. В основном требуется мощность процессора и количество оперативной памяти. Такие рендер системы называются CPU Rendering. Есть еще GPU Rendering, это рендер системы просчитывающие изображения с помощью видеокарты ( процессора ). Например Vray имеет возможность рендерить и CPU и GPU.
Время рендеринга зависит от некоторых основных факторов: сложности сцены, количества источников света, наличия высокополигональных моделей, прозрачных или отражающих материалов.
Поэтому рендеринг требует больших мощностей. Обычный офисный ПК не подойдет для этой задачи. Если вы собираетесь рендерить, вам нужна особая сборка компьютера, что бы этот процесс проходил быстро. Все рендер системы имеют разные настройки, где-то больше где, то меньше. Их можно менять что бы получить картинку быстрее, но при этом придется экономить на ее качестве.
Лучший способ для того чтобы, сократить время просчета картинки это использовать сетевой рендеринг или готовую рендер ферму в интернете. Можно распределить рендер между разными компьютерами через локальную сеть или интернет. Для этого все компьютеры участвующие в процессе должны иметь такую же программу для рендеринга, такой же 3д редактор и такие же плагины, как и основной компьютер с которого запускается рендер.
История и основы вычислительных процессов рендеринга
Самое современное программное обеспечение сочетает в себе два или более методов просчета света для получения достаточно хороших результатов при разумных затратах времени.
Scanline rendering и растеризация
Высокоуровневое представление изображения обязательно содержит элементы, отличные от пикселей. Эти элементы называются примитивами. Например, на схематическом рисунке отрезки и кривые могут быть примитивами. В графическом пользовательском интерфейсе окна и кнопки могут быть примитивами. В 3D-рендеринге треугольники и многоугольники в пространстве могут быть примитивами.
Если pixel-by-pixel подход к визуализации нецелесообразен или слишком медленен для какой-либо задачи, тогда primitive-by-primitive подход к визуализации может оказаться полезным. Здесь каждый просматривает каждый из примитивов, определяет, на какие пиксели изображения он влияет, и соответственно модифицирует эти пиксели. Это называется растеризацией, и это метод рендеринга, используемый всеми современными видеокартами.
Растеризация часто быстрее, чем pixel-by-pixel рендеринг. Во-первых, большие области изображения могут быть пустыми от примитивов; Растеризация будет игнорировать эти области, но рендеринг pixel-by-pixel должен проходить через них. Во-вторых, растеризация может улучшить когерентность кэша и уменьшить избыточную работу, используя тот факт, что пиксели, занятые одним примитивом, имеют тенденцию быть смежными в изображении. По этим причинам растеризация обычно является подходящим выбором, когда требуется интерактивный рендеринг; однако, pixel-by-pixel подход часто позволяет получать изображения более высокого качества и является более универсальным, поскольку он не зависит от такого количества предположений об изображении, как растеризация.
Ray casting
Ray casting в основном используется для моделирования в реальном времени, такого как те, которые используются в трехмерных компьютерных играх и мультипликационных анимациях, где детали не важны или где более эффективно вручную подделывать детали, чтобы получить лучшую производительность на этапе вычислений. Обычно это тот случай, когда нужно анимировать большое количество кадров. Результаты имеют характерный «плоский» внешний вид, когда никакие дополнительные приемы не используются, как если бы все объекты на сцене были окрашены матовым покрытием или слегка отшлифованы.
Моделируемая геометрия анализируется попиксельно (pixel-by-pixel), построчно (line by line), с точки зрения наружу, как если бы лучи отбрасывались от точки взгляда. Там, где объект пересекается, значение цвета в точке может быть оценено с использованием нескольких методов. В самом простом случае значение цвета объекта в точке пересечения становится значением этого пикселя. Цвет можно определить по текстурной карте. Более сложный метод заключается в изменении значения цвета с помощью коэффициента освещения, но без расчета отношения к моделируемому источнику света. Чтобы уменьшить артефакты, количество лучей в слегка разных направлениях может быть усреднено.
Может быть дополнительно использовано грубое моделирование оптических свойств: обычно очень простое вычисление луча от объекта к точке зрения. Другой расчет сделан для угла падения световых лучей от источника(ов) света. И из этих и указанных интенсивностей источников света вычисляется значение пикселя. Или можно использовать освещение, построенное по алгоритму radiosity. Или их сочетание.
Radiosity
Оптическая основа симуляции состоит в том, что некоторый рассеянный свет из данной точки на данной поверхности отражается в большом спектре направлений и освещает область вокруг него.
Техника симуляции может варьироваться по сложности. Многие изображения имеют очень приблизительную оценку радиуса, просто слегка освещая всю сцену с помощью фактора, известного как окружение. Однако, когда расширенная оценка Radiosity сочетается с высококачественным алгоритмом Ray tracing, изображения могут демонстрировать убедительный реализм, особенно для интерьерных сцен.
В расширенной симуляции radiosity рекурсивные, конечно-элементные алгоритмы «отражают» свет назад и вперед между поверхностями в модели, пока не будет достигнут некоторый предел рекурсии. Таким образом, окраска одной поверхности влияет на окраску соседней поверхности, и наоборот. Результирующие значения освещенности по всей модели (иногда в том числе для пустых пространств) сохраняются и используются в качестве дополнительных входных данных при выполнении расчетов в модели наведения луча или трассировки лучей.
Из-за итеративного/рекурсивного характера техники сложные объекты особенно медленно подражают. Расширенные расчеты radiosity могут быть зарезервированы для расчета атмосферы комнаты, от света, отражающегося от стен, пола и потолка, без изучения вклада, который сложные объекты вносят в radiosity, или сложные объекты могут быть заменены в вычислении radiosity более простым объекты одинакового размера и текстуры.
Если в сцене наблюдается незначительная перегруппировка объектов radiosity, одни и те же данные radiosity могут повторно использоваться для ряда кадров, что делает radiosity эффективным способом улучшения плоскостности приведения лучей без серьезного влияния на общее время рендеринга на кадр. Из-за этого, radiosity стал ведущим методом рендеринга в реальном времени, и был использован для начала и создания большого количества известных недавних полнометражных анимационных 3D-мультфильмов.
Ray tracing
Ray tracing является продолжением той же технологии, которая была разработана при Scanline и Ray casting. Как и те, он хорошо обрабатывает сложные объекты, и объекты могут быть описаны математически. В отличие от Scanline и Ray casting, Ray tracing почти всегда является методом Монте-Карло, который основан на усреднении числа случайно сгенерированных образцов из модели.
В этом случае сэмплы представляют собой воображаемые лучи света, пересекающие точку обзора от объектов в сцене. Это в первую очередь полезно, когда сложный и точный рендеринг теней, преломление или отражение являются проблемами.
В конечном итоге, при качественном рендеринге работы с трассировкой лучей несколько лучей обычно снимаются для каждого пикселя и прослеживаются не только до первого объекта пересечения, но, скорее, через ряд последовательных «отскоков», используя известные законы оптики, такие как «угол падения равен углу отражения» и более продвинутые законы, касающиеся преломления и шероховатости поверхности.
Как только луч либо сталкивается с источником света, или, более вероятно, после того, как было оценено установленное ограничивающее количество отскоков. Тогда поверхностное освещение в этой конечной точке оценивается с использованием методов, описанных выше, и изменения по пути через различные отскоки оцениваются для оценить значение, наблюдаемое с точки зрения. Это все повторяется для каждого сэмпла, для каждого пикселя.
В некоторых случаях в каждой точке пересечения может быть создано несколько лучей.
Как метод грубой силы, Ray tracing была слишком медленной, чтобы рассматривать ее в режиме реального времени, и до недавнего времени она была слишком медленной, чтобы даже рассматривать короткие фильмы любого уровня качества. Хотя она использовалась для последовательностей спецэффектов и в рекламе, где требуется короткая часть высококачественного (возможно, даже фотореалистичного) материала.
Однако усилия по оптимизации для уменьшения количества вычислений, необходимых для частей работы, где детализация невелика или не зависит от особенностей трассировки лучей, привели к реалистической возможности более широкого использования Ray tracing. В настоящее время существует некоторое оборудование с аппаратной ускоренной трассировкой лучей, по крайней мере, на этапе разработки прототипа, и некоторые демонстрационные версии игр, в которых показано использование программной или аппаратной трассировки лучей в реальном времени.
Пара интересных фактов про рендеринг
Например фильм «Аватар» Джеймса Камерона рендерился на 34 стойках HP с 32 блейдами HP Proliant BL2x220c в каждой 40 000 процессорных ядер и 104 Тб RAM. При такой мощности на один кадр уходило около 50-ти часов.
А известная мультипликационная компания Pixar, которая сделала такие мультфильмы как «Волли» и «Тачки», разработала для своих проектов собственную рендер систему которая называется Pixars RenderMan. Этот рендер направлен на быстрый просчет сложных анимационных эффектов, таких как: вода, облака, шерсть, волосы и другое.
С каждым днем рендер системы используются все больше в разных сферах деятельности. Для фильмов, мультфильмов, архитектуры, рекламы, промышленности, автомобилестроения и многие другое. Так что если вы видите где, то статическое изображение или анимацию, вполне возможно что это результат рендеринга.
Рендер и обработка в Blender
Привет, меня зовут Сергей Мингулин, я — 3D-художник и преподаватель курса по созданию стилизованных 3D-персонажей в XYZ. Посмотреть на мои проекты можно здесь. Это — третья статья из цикла о визуализации в Blender.
Последняя наша тема, — это настройка рендера и обработка: рассмотрим инструменты, которые есть в самой программе и в Photoshop. Также я расскажу об особенностях настоящего плёночного снимка и способах их имитации, и покажу, какие функции Photoshop может спокойно заменить Blender.
Настройка рендера
Как я уже рассказывал в предыдущем материале, чтобы сохранить volume иллициев и избежать некорректного отображения, мы рендерим в Cycles.
Заходим во вкладку Render Properties. В разделе Sampling мы можем контролировать качество финального рендера, изменяя числовое значение в строке Render. Но это прямо влияет на производительность и скорость рендера, так что в своей работе я обычно выставляю значение для Render — на 1200. При этом настройки Max Bounces в разделе Light Paths остаются практически без изменений.
Единственный параметр, который мы незначительно меняем — это Volume (ставим «2» вместо «0»). Это сильнее нагрузит систему, но улучшит отображение тумана и свечения.
Вторая вкладка, которая нас интересует, — Output Properties. Выставляем разрешение «2000». Этого будет достаточно для портфолио на Artstation, с учётом того, что алгоритмы сайта «пожмут» итоговую картинку.
Наконец, перед рендером включаем во вкладке View Layer Properties необходимые renderpass`ы в разделах Data, Light, Cryptomatte. И вместо Denoising, который находится в самом низу этой же вкладке, активируем Denoising Data из раздела Data.
После того, как изображение отрендерилось, переходим во вкладку Compositing и ставим галочку на Use Nodes и Backdrop в выдвигающейся панели справа. Перед нами появились отрендеренная картинка и ноды, с которыми мы теперь можем работать, редактируя изображение прямо в программе.
По умолчанию будет доступен только нод Render Layers, в котором активны ранее выбранные нами аутпуты. Для этого мы и включали все те настройки на предыдущем этапе.
Обработка в Blender после рендера
Помимо того, что количество сэмплов влияет на скорость рендера, от него зависит «шумность» картинки. Вот так, к примеру, выглядит в нашем случае отрендеренное изображение, если установить значение в 300 сэмплов.
Избавиться от шумов можно несколькими способами, самый простой из которых — установить большее значение сэмплов. Оптимальное количество сэмплов зависит от конкретной сцены. В моём случае достаточно 1200.
Чем больше освещён объект, тем меньше шумов. Больше всего их появляется в затенённых местах (см. пример выше).
Конечно, получить качественную картинку без денойза можно, установив, к примеру, 2000 сэмплов. Но всё зависит от ограничений железа и времени, которое вы можете потратить на ожидание.
Второй способ — тот самый денойз. Нажимаем в композиторе «Shift+A» и через поиск вводим «Denoise». Теперь появившийся нод подключаем к Render Layers.
Если нажать «Shift+Ctrl+лкм», изначальное изображение сменится на превью выбранного нода. Так можно просматривать каждый выбранный нод в отдельности, — например, изображение после денойза, АО, тени и т.д.
После того, как избавились от шумов, нужно настроить свечение. Соединяем аутпут Image денойза с нодом Glare, который вызывается также через панель Search. Нажимаем «Shift+Ctrl+лкм», и теперь можем настраивать, ориентируясь на превью.
По умолчанию в Glare стоит Streaks — режим, в котором свет тянется от источника полосами. Переключаемся на Fog Glow и получаем более-менее правдоподобное свечение.
Здесь же есть следующие настройки:
4. Size — интенсивность излучения (от 6 до 9)
Cryptomatte — ещё один полезный нод, который представляет собой аналог PhotoShop в блендере и работает по принципу масок. Чтобы его использовать, необходимо перед рендером активировать соответствующие настройки в панели справа.
Далее вызываем нод через Search и подключаем к Render Layers (CryptoMaterial и Image).
Здесь у нас есть 3 режима:
Image — изображение, полученное на выходе с рендера;
Matte — показ выбранной области;
Pick — выбор;
Переключаемся между ними, нажимая «Shift+Ctrl+лкм».
В режиме Pick выбираем инструмент «пипетка» (Add) и щёлкаем область, которую хотим изменить. Теперь переходим в режим Matte: выбранный нами фон отобразился серым и мы можем работать с ним, например, подкрутив контраст (RGB Curves) или настроив цвет (Hue Saturation Value, Color ).
Закончив, миксуем итоговый Image с рендером. Вот так, например, выглядит изменённый фон:
Особенности плёночного изображения
Теперь поговорим об отличиях плёночной фотографии от цифрового рендера и инструментах, с помощью которых можно добиться ощущения реалистичной фотографии.
Плёночное фото имеет:
1) меньший динамический диапазон в сравнении с рендером;
2) искажения, связанные с особенностями оптики;
3) искажения, появившиеся во время проявки и сканирования.
Кроме того, любая оптика имеет своё фокусное расстояние и светосилу, от которых зависит глубина резкости кадра.
Чтобы кадр вышел достоверным в воспроизведении плёночного снимка, возвращаемся на этап до рендера и в настройках камеры выставляем нужное значение Focal Lenght (фокусное расстояние), активируем Depth of Field.
В Depth of Field нас интересует настройка Distance, которую мы можем изменить вручную в попытке поймать в фокус нужный объект или зону кадра, либо выбрать пипеткой конкретный объект, который должен остаться резким.
Ещё один способ настроить фокус на части объекта — создать объект Empty и разместить в нужной точке, после чего выбрать его в Focus Object.
На размытие также влияет параметр F-Stop (светосила): чем ближе значение к единице, тем сильнее размытие.
Итак, у плёночных фотоаппаратов динамический диапазон меньше, чем у цифрового кадра. Это значит, что в тени и на свету изображение не будет таким же проработанным, как в рендере. Кроме того, точки чёрного и белого в случае плёнки смещены.
Добиться аналогичного эффекта можно через compositor в самом Blender с помощью RGB Curves, или же в Photoshop.
Кроме того, плёночный фотоаппарат неизбежно даёт ряд искажений. Чтобы сымитировать их, вызываем в композиторе Lens Distortion и подключаем Image.
Нас интересуют следующие настройки:
Jitter — даёт эффект зернистости плёнки.
На просторах интернета можно найти целые библиотеки шумов, в которых можно подобрать имитацию конкретной плёнки. Но если нет цели добиться максимального сходства, можно просто поставить галочку в программе.
В Photoshop, чтобы добиться зернистости, действуем следующим образом:
Distort — настройка искажения «линзы».
С ней нужно быть аккуратными. Чтобы добиться эффекта съёмки на плёночную камеру, ставим совсем небольшие значения («0,005»), иначе рискуем получить эффект рыбьего глаза. Соответственно, выставляя отрицательное значение параметра, получаем противоположный эффект.
Dispersion — эффект рассеивания света; разложение пучка белого света на пучки различных цветов. Эта настройка поможет воссоздать хроматическую аберрацию, свойственную изображениям, полученным с камеры.
Хроматическая аберрация может быть более или менее выраженной в зависимости от качества оптики. Фотографы, как правило, стараются свести её к минимуму. Нам такое искажение нужно, наоборот, для придания большего реализма. И здесь мы тоже имеем дело с небольшими значениями ( «0,02»).
Важно: настройка Dispersion также даёт небольшое искажение «линзы», растягивая каналы. Применяя этот эффект, не забываем брать изображение с «запасом» по краям.
Следующая особенность фотографии связана с фокусным расстоянием. Это боке — размытие объектов, источников света и/или бликов, которые остались вне фокуса. В результате получаем круги или многогранники, размер и форма которых зависят от глубины резкости и количества пластин в диафрагме.
Контроль над формой боке внутри Blender происходит в этой вкладке при выбранном объекте камеры:
Blades отвечает за количество лепестков в диафрагме, Rotation — за поворот этих лепестков, Ratio — за коэффициент искажения, призванный имитировать анаморфный эффект боке. Значение меньше 1 растягивает боке по горизонтали, «1» означает «без искажения», а значение больше единицы приведёт к вертикальному растяжению.
Здесь, как и в случае с зернистостью, можно найти готовые шаблоны в интернете, но в таком случае результат будет малоконтролируемым. А можно, так как мы имеем дело с физически корректным рендером, создать частицы в самом блендере.
Для этого создаём бокс: нажимаем «Shift+A» и выбираем Mesh — Cube. В этом ограниченном объёме мы создадим партиклы, которые и будут отражать свет от источника и размываться в боке.
Следующим шагом, также с помощью хоткея «Shift+A», выбираем и создаём айкосферу (Icosphere). И выставляем «1» в значениях Subdivision и Radius. Большего нам не требуется, так как объект всё равно будет размыт в итоге, а сцена уже тяжёлая сама по себе.
Хотя, даже при таких значениях объект вышел слишком большой. Так что после я выставил «0,01» во всех осях Dimensions. Дальше, при желании, мы можем настроить форму получившегося объекта и сдвинуть вертексы (здесь всё зависит от ваших вкусов и задач).
Теперь заходим во вкладку Particle Properties, включаем Hair и ставим Emit From Volume. Выбираем Render As Object во вкладке Render и назначаем объектом созданную айкосферу.
Параметр Scale отвечает за размер объектов и по своей сути является множителем для заданного изначально объекта. Ставим «0,1».
Scale Randomness определяет степень различия по размеру наших сфер. Тут ставим по-максимуму, чтобы айкосферы не были все как одна.
В этой же панели нас интересуют Emission, от значения Number которого зависит плотность заполнения куба пылью, и в Source — Jittering Amount, который отвечает за равномерность заполнения. Соответственно, чем больше Number, тем плотнее забит куб, а чем выше Jittering Amount, тем более разнообразно расстояние между объектами.
Активируем Rotation: Randomize, Phase и Randomize Phase отвечают за рандомный поворот объектов по всем осям и здесь нам не нужны большие значения. Ставим ненамного отличающиеся от нуля. В Orientation Axis выбираем Normal.
Наш куб заполняется:
Точки на скриншоте не шумы, а заполнившие куб айкосферы.
Наконец, выставляем куб между камерой и объектом так, чтобы на него падал источник света. Фокусное расстояние у нас определено на лицо модели, и чем дальше от фокуса наш куб, тем больше будет эффект боке.
Здесь можно видеть разные этапы обработки и как на них изменялось боке.
Процесс настройки в Blender затратный по времени. Но, если других вариантов нет или если хочется большего контроля над результатом, функционал программы позволяет создавать различные эффекты.
Хотя, есть и такие, которые действительно проще создать в PhotoShop.
Виньетирование — это затемнение по краям кадра, появление которого зависит от размера диафрагмы аппарата. Чем сильнее та открыта, тем больше темноты по краям кадра.
Чтобы его сымитировать, создаём слой и выбираем на панеле слева Gradient Tool, настраиваем цвета и ставим галочку Reverse. После чего задаём радиус нашему затемнению.
Применяем к слою Multiply и уменьшаем прозрачность.
Ещё одна особенность плёночной фотографии — пыль. Она появляется при сканировании и, можно сказать, является такой же отличительной чертой реальной фотографии, как искажение линзы или хроматическая аберрация. Пыль можно также, как и зерно, скачать из интернета и добавить в PhotoShop.
Напоминаю, так в итоге выглядит готовое изображение, большая часть эффектов которого была исполнена в Blender:
Если хочешь научиться создавать стилизованных 3D-персонажей — записывайся на курс STYL. Стартуем 1 октября — если записаться сейчас, успеешь получить скидку.