Choć terminy „renderowanie 3D” i „wizualizacja 3D” są czasami używane zamiennie, renderowanie to w istocie ostatni etap procesu wizualizacji. Poniżej opisano bardziej szczegółowo wizualizację 3D i jej ostatni etap — renderowanie 3D.
Przewodnik po renderowaniu 3D
Wizualizację 3D stosuje się wszędzie — od prostych reklam po rozbudowaną rzeczywistość wirtualną. Architekci, projektanci produktów, autorzy wzorów przemysłowych i agencje prasowe renderują piękne, realistyczne kompozycje 3D. Dowiedz się, co to jest i na czym polega renderowanie 3D. Poznaj funkcje oprogramowania firmy Adobe umożliwiające tworzenie własnych projektów i środowisk 3D.
Co to jest renderowanie 3D?
Proces renderowania 3D polega na generowaniu fotorealistycznych obrazów płaskich z modeli 3D. Renderowanie 3D jest ostatnim etapem procesu wizualizacji opartego na grafice 3D. Wcześniej są tworzone modele obiektów, nakłada się na nie tekstury i rozmieszcza się oświetlenie sceny.
Oprogramowanie do renderowania 3D gromadzi wszystkie dane związane z modelem 3D i renderuje obraz dwuwymiarowy. Dzięki nowym funkcjom teksturowania i oświetlania powstające obrazy 2D mogą być trudne do odróżnienia od fotografii, a także stylizowane na wiele sposobów. Leży to w gestii artysty i zależy od celu wizualizacji.
Jak działa renderowanie 3D?
1. Tworzenie obiektów 3D (modeli) przy użyciu oprogramowania do modelowania
Istnieje szereg sposobów tworzenia modeli i scen 3D. Niektóre aplikacje umożliwiają tworzenie zasobów 3D przez budowanie i kształtowanie złożonych wielokątów. Ta metoda modelowania jest szczególnie przydatna podczas pracy nad zasobami naturalnymi — na przykład roślinami czy postaciami — gdyż umożliwia swobodną interpretację nie zawsze regularnych kształtów.
Są też inne sposoby. Narzędzia do modelowania zamiast obsługi wielokątów mogą być oparte na krawędziach i powierzchniach, które są układane w przestrzeni 3D. Tworzenie zasobów 3D w ten sposób pozwala utrzymać doskonałą, matematyczną precyzję. Narzędzia tego typu są często używane we wzornictwie przemysłowym i w modelowaniu komputerowym (CAD).
Istnieją również specjalne narzędzia do skanowania rzeczywistych przedmiotów. Tak uzyskane dane pozwalają odtwarzać obiekty w przestrzeni 3D. Modele mogą być generowane proceduralnie. Oprogramowanie buduje takie obiekty zgodnie z pewnymi wcześniej zdefiniowanymi wzorami matematycznymi.
Niezależnie od tego, jak model 3D zostanie utworzony, następnie trzeba wykonać teksturowanie.
2. Dodawanie materiałów do obiektów 3D
Ogólne kształty obiektów 3D zależą od wielokątów, ale to jeszcze nie określa kolorów ani szczegółów powierzchni. Artyści mogą przypisywać tekstury do każdego wielokąta obiektu 3D. Jako tekstura może posłużyć zarówno jednolity kolor, jak i symulacja praktycznie dowolnej powierzchni — od materiałów naturalnych (takich jak kamienie czy drewno) po przemysłowe (takie jak metal czy plastik).
Na pojedynczy obiekt 3D mogą składać się tysiące, a nawet miliony, wielokątów. Czasami obiekt jest gładki jak nowoczesny robot kuchenny, a czasami nierówny jak skóra słonia. Zawsze jednak podstawowymi elementami są wielokąty i puste obszary. Odpowiednie materiały pozwalają uzyskać iluzję głębi w trzech wymiarach. Tekstury nie tylko generują odbicia czy kolor. Pozwalają też dodawać do obiektów drobne szczegóły, takie jak szwy na tkaninie czy rzędy nitów na metalowej płycie urządzenia przemysłowego.Ręczne dodawanie drobnej geometrii takich elementów byłoby niezwykle czasochłonne.
3. Dodawanie oświetlenia w środowisku 3D
Obiekty 3D muszą sprawiać wrażenie, jakby znajdowały się w prawdziwym świecie. Jest to kluczowe zwłaszcza w przypadku renderowania i wizualizacji architektury, gdzie rysunki techniczne zmieniają się w czytelne wizje przyszłych budynków.
Realistyczne źródła światła mają ogromny wpływ na realistyczny wygląd każdego zbioru obiektów zbudowanych z wielokątów. Artyści pracujący z grafiką 3D zazwyczaj nie malują światła i cieni odręcznie. Zamiast tego scena 3D zawiera ustawienia kierunku, natężenia i typu źródeł światła padającego na obiekty.
Tekstury utworzone przy użyciu zestawu narzędzi Adobe Substance 3D domyślnie są ograniczone prawami fizyki, dlatego wyglądają realistycznie w każdym oświetleniu. Drewniany stół przypomina prawdziwe drewno na jasnym tarasie, w pokoju czy głęboko pod wodą.
Niektóre powierzchnie i materiały zakrzywiają światło lub odbijają je w specyficzne sposoby. Szkło i lód są przezroczyste, dlatego jednocześnie odbijają i załamują światło. Światło odbija się od powierzchni wody i innych płynów, a pryzmaty generują tęczę, gdy odpowiednio pada na nie światło. Jeśli scena zawiera odpowiednie tekstury i efektowne światło, jest atrakcyjna i dramatyczna.
4. Renderowanie obrazu 3D
Po utworzeniu obiektów 3D, nałożeniu na nie tekstur i oświetleniu środowiska rozpoczyna się proces renderowania grafiki 3D. W ramach tego procesu komputer generuje migawkę sceny z dowolnie wybranego punktu widzenia. Powstaje w ten sposób płaski (dwuwymiarowy) obraz sceny 3D.
Programy do renderowania mogą tworzyć pojedyncze obrazy lub serie obrazów, które sprawiają wrażenie prawdziwego ruchu.
Renderowanie to niejednorodny proces. Są dostępne różne algorytmy — zarówno działające w czasie rzeczywistym, jak i polegające na śledzeniu promieni — które mają wpływ na jakość renderingu. Więcej informacji o funkcjach GPU i procesorów znajdziesz na stronie wymagań sprzętowych mechanizmów 3D firmy Adobe.
