Что такое 3d-графика и как она устроена

3d моделирование: что это такое?

Достаточно часто мы слышим сочетание 3d, даже не задумываясь над смыслом. На самом деле, 3d – это сокращение английского 3-dimensional, что переводится как «три размера». Однако, сокращение не используется отдельно, обязательно добавляются поясняющие слова: звук, видео, шоу, принтер и так далее.

Основной смысл этого термина: переход из схематического, плоского пространства в трехмерное, более реалистическое. Такая визуализация нашла свое применение в создании объемных образов.

Таким образом, 3д моделирование – это создание объемных объектов при помощи компьютерных программ. Если же модели должны двигаться, то пользователю необходимо написать соответствующий компьютерный код.

Полигональное

Это классический вид моделирования, который основан на ручном вводе координат X, Y и Z для определения ключевых точек в пространстве. Такие точки соединяются ребрами и создают многоугольники (полигоны). Каждый полигон имеет уникальную текстуру, форму, цвет. Любой объект можно смоделировать, соединив группы полигонов.

Следует помнить основной недостаток этого вида моделирования. Чтобы края объекта не имели ограненный вид, количество полигонов должно быть большим. Кроме этого, сами полигоны должны быть очень маленькими. Именно так достигается реалистичность при полигональном моделировании.

Однако, если не предполагается увеличение объекта при приближении, то количество полигонов может быть не большим.

Сплайновое

Этот вид отличается тем, что здесь моделируются не отдельные кусочки объекта, а кривые для создания геометрии поверхности. Модель создается на основе сплайнового каркаса. А уже затем формируется трехмерная поверхность, которая огибает этот каркас.

Моделирование трехмерной кривой может быть основано на геометрических и функциональных отношениях или же произвольным. Во втором случае кривые определяются математическими уравнениями.

Такие поверхности применяются для моделирования сложных объектов, которые не имеют граней. Например, при создании моделей автомобилей, животных или людей.

Скульптуринг

Это относительно новый вид трехмерного моделирования. При создании цифровой модели пользователь взаимодействует с виртуальным объектом точно так же, как скульптор с реальной глиной. Виртуальный материал точно так же можно тянуть, толкать, скручивать или сжимать для создания модели.

Большинство инструментов для скульптуринга позволяют деформировать полигональную поверхность модели. Процесс напоминает чеканку по металлу. Поверхность можно сделать вогнутой или выпуклой.

Однако, есть инструменты, которые работают по другому принципу. Объемность зависит от используемого пиксельного изображения.

В скульптуринге есть возможность добавлять новые или убирать лишние слои. Различные инструменты помогают деформировать модель так, чтобы процесс был максимально комфортным для пользователя.

В программах для скульптуринга есть возможность сохранять несколько уровней детализации объектов. Все уровни взаимосвязаны. Поэтому при изменении поверхности какого-то одного уровня, все остальные уровни так же изменятся. И это следует учитывать при корректировке геометрии на более низком уровне.

Основные особенности рендер ферм

До выбора рендер фермы и запуска рендера, рекомендую уделить внимание особенностям работы, а иногда даже стоит вчитаться в пользовательское соглашение при регистрации. Вот несколько основных моментов, заслуживающих внимания:

1

Хранение данных на рендер ферме не предусматривает длительных сроков. Обычно через какое-то время после рендера (от пары дней до нескольких недель) ваши проекты и результаты будут удалены

Важно уточнить срок хранения данных, есть ли ограничения по объемам и нет ли дополнительных платежей за место

1. Хранение данных на рендер ферме не предусматривает длительных сроков. Обычно через какое-то время после рендера (от пары дней до нескольких недель) ваши проекты и результаты будут удалены

Важно уточнить срок хранения данных, есть ли ограничения по объемам и нет ли дополнительных платежей за место

2. Средства на счету онлайн сервиса обычно действуют бессрочно, но некоторые фермы могут и обнулять баланс спустя какое-то время. Лучше уточнить.

3. Политика возврата денег у различных ферм отличается, но по моему опыту, чаще рендер фермы не возвращают средства после покупки кредитов и пополнения счета.

4. Правила использования кредитов и бонусных средств для тестирования сервиса тоже отличаются значительно, но, обычно, при регистрации вам сервис начисляет какое-то количество средств бесплатно, а потратить вы можете только на тестовые кадры. Такие кадры будут иметь водяные знаки и/или будут сделаны в меньшем разрешении.

5. Все онлайн сервисы работают 24/365, в идеале, техническая поддержка тоже должна быть круглосуточной.

Соглашение о неразглашении

Как и любые облачные сервисы, рендер фермы предпринимают значительные меры по защите данных пользователей и соглашение о неразглашении – важная часть пользовательского соглашения. Если вам нужны дополнительные гарантии, можно запросить подписание отдельного соглашения с фермой.

Скидки на рендер фермах

Если вы собираетесь рендерить большой проект или постоянно использовать какой-то конкретный сервис, будет полезно подробно изучить скидки за единоразовые крупные пополнения и политику специальных акций и предложений. Все что сэкономлено, то заработано!

Выводы:

Первый опыт с рендер фермами может быть довольно противоречивым. Существует много разных сервисов, с разными подходами и инструментами и требуется время, чтобы посмотреть, протестить и разобраться в них. И только потом придут удобство, простота и экономия времени.

Первым делом нужно проверять поддерживается ли ваш софт, какие у фермы цены. Можно сравнить несколько ферм по калькуляторам, но многие факторы, влияющие на реальную стоимость, все же будут упущены. В любые предварительные оценки и прогнозы я советую закладывать дополнительно 20-30% смело.

Неплохая идея – делать тесты не только с финальными версиями сцены, но и в процессе работы. Это поможет пораньше узнать о возможных проблемах и исправить, избежать их в дальнейшем. В итоге это сильно облегчит финальную фазу чистовых рендеров, когда давит дедлайн и градус напряженности растет.

Sony Vegas

Программа с известным на весь мир именем от одноименной компании представляет собой удобный интерфейс для работы с видео. Рендеринг видео — не самый простой процесс, поэтому для него необходим софт, позволяющий удобно располагать кадры относительно друг друга, добавлять эффекты и внедрять 3D-элементы, расставлять свет и преобразовывать готовую картинку. Практически все профессионалы, имеющие дело с видеороликами, работают в Sony Vegas.

Также существует конкурирующий аналог этой программы — Adobe After Effects, но работать в нем тяжелее. И если вы никогда ранее не имели опыта с видеомонтажем, то советуем продукт от Sony. Огромное множество кинолент пропущены через архитектуру этой программы и являются эталонными в медиасфере.

Программы для рендеринга.

Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.

Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:

• 3ds Max;
• Maya;
• Blender;
• Cinema 4d и др.

Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки.  К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:

• V-ray;
• Mental ray;
• Corona renderer и др.

Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.

Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.

Как производится 3D моделирование для промышленных целей

Промышленное 3Д моделирование выполняется всегда на основании технического задания (ТЗ) выданного заказчиком. Включая в задание раздел трехмерное моделирование, заказчик указывает степень деталировки и количество вариантов с разными текстурами или цветом.

Проектированием инженерных систем в программах 3D моделирования решается задача автоматизации трудоемких процессов, например, таких, как создание рабочих чертежей линейно вытянутых объектов.

Средствами 3D-моделирования производится конструирование и тестирование деталей разнообразных устройств, механизмов, в том числе высокотехнологичных. Распечатав их на принтере в натуральную величину и оттестировав, конструкторы могут приступать к заводскому производству.  Трехмерные технологии остро востребованы в автомобильной промышленности, где создаются 3D модели не только деталей, но и корпуса машин. Только так можно выпускать на рынок инновации и передовые решения – конструктивные и для целей автодизайна.

Огромный спрос на объемное 3D-моделирование наблюдается в фармацевтическом секторе и, особенно, в области протезирования.  Современные протезы проектируются так, чтобы они прекрасно подходили анатомически и полноценно выполняли бы функции потерянных конечностей.

И, конечно, апогеем в промышленном 3D проектировании является упаковка. Тщательная проработка формы, функциональности и дизайна посредством 3д позволяет колоссально влиять на продажи товаров, а с ними на прибыль предприятий.  Иногда превосходная упаковка (даже посредственных товаров) становится локомотивом продаж.

Преднастройка рендерера

Меню Target предлагает на выбор 5 типов рендеринга:

1. Production – полноценный финальный рендер со всеми настройками
2. Iterative – игнорирует некоторые настройки для быстрого рендера – наброска.
3. ActiveShade – в какой-то мере это интерактивный рендер. Но у него есть более серьезные аналоги, встроенные в Corona и Vray.
4. A360 Cloud – рендеринг в сервисе облачной визуализации. К сожалению, этот сервис имеет много ограничений.
5. Network rendering — позволяет рендерить на нескольких компьютерах, объединенных в сеть.

Свиток Preset позволяет создавать, загружать и использовать готовые настройки рендера, сохраненные ранее.

Большая кнопка Render запустит расчет сцены.

Галочка Save File позволяет автоматически сохранить картинку после рендеринга. Ниже есть меню Render Output, где можно задать место сохранения файла, создать список сохраненных файлов или выводить на стороннее устройство.

View to Render позволяет выбрать, какое из окон с проекциями нужно рендерить. Но при переходе из одного в другое меняется и область рендеринга. Для этого воспользуйтесь замком рядом. Он заблокирует переключения между окнами.

Что такое рендер и рендеринг?

С таким понятием, как рендер или рендеринг часто можно столкнуться в компьютерных играх или видеомонтаже. При этом художники также сталкиваются с рендером, когда создают свои работы на компьютере. Благодаря этому процессу, графика, которая изображена на ПК, не отличается от реальной фотографии. Но для этого используются тяжелые алгоритмы и большая вычислительная мощность системы.

Для начала необходимо разобраться, в чем различие между рендером и рендерингом. В большинстве случаев это одно понятие. Но иногда рендерингом называют сам процесс, а уже рендером – готовый результат.

Этот метод визуализации помогает создать готовое статическое изображение или набор кадров, анимацию, из предварительно подготовленных 3D объектов. Здесь учитывается множество факторов, текстура, свет, положение и т.д.

Чтобы создать анимацию в фильме или видеоигре, для начала создается 3D объект. После этого определяются все материалы, из которых он изготовлен. Также, стоит учитывать и свет, как именно падает тень, какие детали видны.

Все эти параметры задаются пользователем. После этого начинается процесс рендеринга. Здесь уже участвует компьютер. Используются различные алгоритмы и методы, которые создают готовое изображение. Благодаря точной настройке, готовую картинку часто тяжело отличить от реальной фотографии.

Лучшая материнская плата для 3d моделирования и рендеринга

Материнская плата гораздо меньше других комплектующих влияет на конечную производительность компьютера при рендеринге и работе в 3d приложениях, но важно убедиться, что выбранная мать поддерживает все что нужно: • Поддержка нужного CPU сокета: у разных процессоров разные сокеты для подключения, поэтому важно убедиться, что выбранная материнская плата имеет требуемый слот для процессора. • Поддержка максимального количества памяти: разные материнские платы имеют ограничения по количеству суммарной оперативной памяти, которая может быть в системе и по количеству слотов под нее

Стоит убедиться, что слотов хватит для набора RAM, который вы собираетесь установить. • Поддержка M.2 (NVME дисков): если собираетесь ставить M.2 диск, материнская плата должна иметь поддержку дисков этого типа. Подробнее о дисках мы расскажем чуть позже. • Размер материнской платы: материнские платы имеют разные размеры и стоит убедиться в совместимости по форм-фактору материнки и корпуса.

Методы рендеринга

Существует большое количество методов рендеринга, но наиболее известными являются следующие три:

1. Растеризация (Scanline). Данный метод подразумевает, что расчет происходит не попиксельно, а целыми гранями, полигонами и крупными участками поверхности. При этом в рисунке никак не учитывается эффект перспективы относительно наблюдателя или рядом находящихся объектов. Иными словами, при растеризации формируются только те полигоны, которые ближе всего по оси Y. Поэтому никаких динамических теней, отражений и прочего не предусмотрено (только зашитая статика окраски полигона). Однако, данный метод позволяет очень быстро генерировать изображения, поэтому он используется во многих играх.

2. Трассировка лучей (Raytracing). Данный метод подразумевает, что расчет цвета пикселей происходит следующим образом. Существует условный экран с 2D-изображением и точка фокуса относительно этого экрана. Из точки фокуса «как бы» выпускаются лучи в сторону сцены (каждого пикселя этого условного экрана). Если встретился 3D-объект, то используется его цвет. Если же объекта в сцене нет, то используется цвет фона. При этом каждый луч отскакивает от трехмерных объектов некоторое количество раз и тем самым корректируются цвета остальных пикселей (чем больше отскоков, тем выше качество картинки и ее реалистичность). Данный метод требует достаточно много вычислительных мощностей, поэтому он чаще всего применяется для предварительного рендера, нежели для визуализации в реальном времени.

Примечание: Облеченным методом является Raycasting, при котором лучи не отскакивают. Расчет происходит только для первого столкновения с 3D-объектом.

3. Расчет отраженного луча (Radiosity). Данный метод подразумевает, что каждый пиксель или небольшой участок наделяются определенным цветом. Каждый их этих пикселей (участков) может излучать, поглощать или отражать лучи. Затем для каждого пикселя (участка) происходит учет накопления лучей и формируется более реалистичный цвет (вторичные отражения, мягкие тени и прочее). Таким образом, картинка становится более качественной (чем больше итераций подсчета, тем выше качество). Данный метод требует очень много вычислительных ресурсов, поэтому он применяется в предварительной визуализации.

Теперь, вы знаете что такое рендер, зачем он нужен и для чего применяется.

• Что такое dll файл (библиотека)?
• Что такое Ethernet?

Сферы использования

Рендеринг используется во многих сферах. Так, применяются разные методы визуализации, в зависимости от того, как должен выглядеть конечный продукт. Однако, здесь необходимо учитывать тот факт, что процесс необходим для создания отельного объекта или при видеомонтаже.

В 3D графике

Если говорить о 3D графике, то она используется практически во всех сферах, где нужно предоставить обзор готового продукта. Весь процесс поделен на несколько этапов. Для начала создается сама модель в трехмерном пространстве. После этого, обозначаются предметы, которые находятся рядом. Затем, следует подобрать удачный ракурс, текстуру и освещение. Только после того, как вся подготовка будет завершена, начинается сам рендеринг.

В Видеомонтаже

Данное понятие часто встречается и в видеомонтаже. Даже, если пользователь не занимался созданием объектов, по завершению ролика, придется заниматься рендером. Здесь речь идет о том, чтобы собрать все дорожки в одно готовое видео.

Процесс не требует участие пользователя. Все, что нужно, это задать параметры, указать все кодеки и форматы. После этого начнется сам рендер. Ему также необходима вычислительная мощность компьютера. Потраченное время будет зависеть от качества ролика и его продолжительности.

Отображение 3D-моделей на экране

Как на двумерном экране показать трёхмерную модель? В этом вопросе столько математики, что может показаться, будто это какая-то магия.

Пространство, в котором находятся объекты, называется сценой. Всё, что на ней, существует пока только в памяти компьютера в виде данных о геометрии, материалах и прочем.

Чтобы компьютер понял, как это всё отобразить, нужен наблюдатель, чьими глазами он будет смотреть на сцену, — камера. А чтобы мы могли хоть что-то разглядеть, нужен источник света.

Вот тут и начинается магия: компьютеру предстоит определить, как бы выглядела эта сцена с точки зрения камеры. Вот так это устроено:

Мы видим только то, что расположено между областями отсечения. Всё остальное, как можно догадаться, отсекается. Компьютер должен понять, какие цвета отобразить на мониторе в каждом из пикселей. Для этого он отправляет из камеры лучи и смотрит, во что они ударяются.

Если луч попадает в объект, то дальше компьютер проверяет, в какой именно полигон было попадание, какой материал у объекта, как падает свет, на каком расстоянии находится объект от камеры и многие другие переменные.

Всё это транслируется на плоскость проекции (англ. viewport) — двумерный квадрат в трёхмерном пространстве. Эта плоскость уже используется для того, чтобы составить изображение, которое будет показано на мониторе.

Кто занимается рендерингом?

Все этапы создания 3D модели

Самая распространенная профессия требующая от вас знания рендеринга это «3D дизайнер». Специалист такого рода может создавать все: от элементарного банера до моделей компьютерных игр.

И, конечно же, 3D дизайнер занимается не только рендерингом, но и всеми предшествующими этапами создания 3D графики, а именно: моделирование, текстурирование, освещение, анимация и только после – визуализация.

Однако, 3D дизайнер не работает с математическими и физическими формулами, описывая их языками программирования. Все это за него делают программы компиляторы (3D Max, Maya, Cinema 4D, Zbrush, Blender и т.д.) и уже написанных библиотек физических свойств (ODE, Newton, PhysX, Bullet и т.п.).

Отдельно среди перечисленных выше программ, позволяющих создавать 3D графику нужно выделить бесплатную программу OGRE 3D – графические движки специально для рендеринга, с помощью которого можно не только создавать «картинки», но и реализовать целую, а главное полноценную компьютерную игру. К примеру «Torchlight» в качестве игрового движка использует именно OGRE.

Ну, а для обработки такого количества и качества графических сцен настольного компьютера будет не достаточно, поэтому в последнее время для рендеринга делают не только программы но и сервисы для обработки их процессов, такие как «рендер ферма». И стоит заметить, что удовольствие это не из дешевых, не смотря на низкие цены рендер фермы цена рендеринга получается довольно внушительной – 3,9 центов / ГГц-час.

На этом экскурс по рендерингу подошёл к концу, и если вас это привлекает – занимайтесь, ведь зарплаты у хорошего 3D дизайнера не маленькие, а игровая индустрия это та отрасль, что вряд ли когда-то станет невостребованной.

GD Star Rating
Рейтинг: 8.9 из 10 (13 голоса)

Как использовать интерактивный рендеринг?

Примечание: Интерактивный рендеринг в Corona Renderer не может быть включен с помощью
опции 3ds Max «Active Shade»!

В Corona Renderer есть два режима интерактивного рендеринга:

1. Прикрепленный во вьюпорте

Чтобы включить его, щелкните правой кнопкой мыши на названии выбранного вами видового экрана (например, ,
или ) и выберите Extended Viewports > Corona Interactive:

Это установит текущий видовой экран как окно интерактивного рендеринга:

Чтобы начать рендеринг, просто щелкните левой кнопкой мыши в любом месте этого окна. Вы можете изменить размер
интерактивного окна, изменив размер макета области просмотра.

Чтобы остановить Интерактивный рендеринг во вьюпорте:

Нажмите на кнопку «Переключить видовой экран» в правом верхнем углу и выберите другой вид:

Или щелкните правой кнопкой мыши в любом месте окна и выберите «Остановить»:

Примечание 1: вы также можете нажать «V» во вьюпорте
интерактивного рендеринга, чтобы вызвать меню «Переключить
вид», как и в любом другом вьюпорте.

Примечание 2: вы также можете нажать «C», чтобы скопировать
содержимое интерактивного окна в 3ds Max VFB — это
полезно, например, когда вы хотите сохранить изображение, отрендеренное в интерактивном окне:

2. Undocked (плавающее окно)

Чтобы включить его, перейдите в Render Setup > Scene > General Settings и нажмите
кнопку »
Start interactive».
Откроется Corona VFB с запущенным интерактивным рендерингом. Чтобы изменить его размер, просто измените размер окна
VFB — окно интерактивного рендеринга не зависит от размера вывода, указанного в настройках рендеринга, но его
пропорции фиксируются на основе этого.

Чтобы остановить рендеринг, просто закройте VFB или используйте кнопку Stop:

Методы просчета сцены

Выбор способов получения изображения зависит от конкретной задачи и часто от личных предпочтений и опыта визуализатора. Разрабатываются всё новые системы рендера – или узкоспециализированные, или универсальные. Сегодня в основе самых распространенных программ-рендеров лежат три основных вычислительных метода:

• Растеризация (Scanline) – метод, при котором изображение создается просчетом не отдельных точек-пикселей, а целых граней-полигонов и крупных участков поверхностей. Текстуры, определяющие свойства объектов, как и свет в сцене, зафиксированы в виде неизменных данных. Получаемое изображение часто не отражает перспективных изменений освещенности, глубины резкости и т. д. Чаще применяется в системах для просчета сцен в играх и в видеопродакшене.
• Трассировка лучей (Raytracing) – физика сцены просчитывается на основе лучей, исходящих из объектива виртуальной камеры и анализа взаимодействия каждого луча с объектами, с которыми он встречается в сцене. В зависимости от количества и качества таких «отскоков» имитируется отражение или преломление света, его цвет, насыщенность и т. д. Качество получаемой картинки по сравнению с растеризацией значительно выше, но за её реалистичность приходится платить повышенным расходом ресурсов.

Методы рендеринга [ править ]

Фотореалистический 3D визуализация 6 компьютерных вентиляторы с помощью излучательности рендеринга, DOF и процедурных материалы

Рендеринг — это заключительный процесс создания фактического 2D-изображения или анимации из подготовленной сцены. Это можно сравнить с фотографированием или съемкой сцены после завершения настройки в реальной жизни. Было разработано несколько различных и часто специализированных методов визуализации. Они варьируются от явно нереалистичного каркасного рендеринга через рендеринг на основе полигонов до более продвинутых методов, таких как рендеринг строк развертки , трассировка лучей или излучение . Рендеринг может занять от долей секунды до дней для одного изображения / кадра. В общем, разные методы лучше подходят как для фотореалистичного рендеринга, так и для рендеринга в реальном времени..

Что такое рендеринг?

Рендеринг 3D модели

В широком смысле слова: Рендеринг – это термин компьютерной графики, которым обозначают процесс визуализации, или построения изображения, модели с помощью компьютерной программы. А такое странное название русский язык позаимствовал у английского, таким образом, значительно усложнив нам жизнь, ведь если бы мы называли «rendering» «визуализацией», что так и переводится на русский язык, все было бы значительно понятней.

Однако в контексте под рендерингом могут иметь ввиду совсем другие вещи. Например, принимая вас на роботу, под данным требованием могут подразумевать навыки создания 3D графики, тогда как это только последний этап её создания.