Что такое рендеринг: виды, техники, программы

За эффектными фильмами, реалистичными играми и точными архитектурными проектами стоит рендеринг — технология, которая превращает абстрактные цифровые данные в изображения на экране.

• Что такое рендеринг
• Основные понятия
• Виды рендеринга
• Где используют
• 3D-дизайн
• Моушн-дизайн и видео
• Геймдев
• Кино
• Техники рендеринга
• Растеризация
• Трассировка лучей
• Физически корректный рендеринг (PBR)
• Программы для рендера
• Redshift
• Arnold
• Octane

Что такое рендеринг

Рендеринг (от англ. rendering — «визуализация») — преобразование 3D-моделей и сцен в изображения и видео. 

Представьте, что вы готовите сложное блюдо: все ингредиенты на столе, но их еще нужно сварить, обжарить и смешать. Рендеринг — это финальный этап «готовки». Компьютер берет все «ингредиенты» — модели, эффекты, свет — и превращает их в готовую картинку или клип.

Основные понятия

Чтобы понять, как создают трехмерное изображение, разберемся, что такое рендер и другие ключевые элементы в дизайне:

1. Рендер — трансформация данных в картинку или видеоклип. Например, есть полное цифровое описание детализированного трона: цвет, материалы, размеры, его освещение. На этапе рендера набор параметров превращается в полноценное изображение трона.
2. 3D-модель — цифровой каркас или «скелет» будущего объекта. Это виртуальный макет, собранный из полигонов — множества точек, линий и граней. Модель задает форму объекта, будь то человек, автомобиль или чашка.
3. Материалы — внешний вид модели. Если макет — это геометрия, то материалы — ее «кожа». Они определяют, будет ли объект выглядеть как матовый пластик, блестящий металл, прозрачное стекло или шероховатый камень. 
4. Текстуры — изображения, которые накладывают на материал. Они нужны для детализации: узор на дереве, царапины на краске и т. п.
5. Освещение имитирует поведение света и задает настроение, глубину и реалистичность изображения.
   Источники света бывают разными: резкий и прямой свет от прожектора, мягкий и рассеянный — от солнца. Объекты бликуют и отбрасывают тени, картинка становится объемнее и «живее».
6. Камера — точка зрения, виртуальный объектив, через который смотрят на готовую сцену. Художник настраивает ее угол и параметры, как оператор в реальном мире. От нее зависит композиция кадра: что попадет в поле зрения, а что останется за кадром, какой объект будет крупным на переднем плане, а какой — мелким на заднем.
7. Каустика — световые узоры, которые возникают при отражении или преломлении света на искривленных поверхностях: например, блики на дне бассейна.
8. Фоггинг — атмосферная дымка или туман. Придает сцене глубину и настроение.
9. Прозрачность — свойство материала, позволяющее свету проходить через него без искажений (как чистое стекло).
10. Полупрозрачность — частичное рассеивание света при прохождении через материал, как у матового стекла или листа бумаги.
11. Непрямое освещение — свет, отраженный от поверхностей. Техника создает мягкое естественное освещение.
12. Преломление — изменение направления светового луча при переходе между средами разной плотности: например, в воде или стекле.
13. Дифракция — огибание светом препятствий: например, радужные разводы на CD-диске.
14. Бамп-мэппинг — имитация рельефа поверхности с помощью черно-белой текстуры, без изменения геометрии.
15. Эмбиент — базовый рассеянный свет, который равномерно освещает все объекты в сцене без явного источника.
16. Оклюжен — затемнение участков, куда свет проникает с трудом для усиления реализма: например, углы или щели.
17. Кеинг — удаление или замена фона цветным полотном: например, хромакей.

Виды рендеринга

Выбор метода рендеринга зависит от задачи: нужно ли изображение прямо сейчас или можно подождать ради высокого качества.

Где используют

Рендеринг — не узкоспециальная технология, а неотъемлемая часть многих творческих и технических областей. Его задача — преобразовать набор данных в финальное изображение.

3D-дизайн

Дизайнер создает модель будущего продукта — от чайника до небоскреба — или полностью обставляет виртуальную квартиру, подбирая материалы мебели и отделки. Фотореалистичный рендер позволяет оценить эстетику и эргономику объекта, показать клиенту точный вид проекта и избежать ошибок на этапе производства или ремонта.

Моушн-дизайн и видео

Художники работают с графикой, анимацией, эффектами и цветокоррекцией. Все элементы — отдельные слои. Рендеринг склеивает их в единое целое. Итоговый видеофайл можно транслировать на экране любого размера без потери качества и плавности воспроизведения.

Геймдев

Движок постоянно рассчитывает изображение и мгновенно реагирует на действия игрока. Задача — найти идеальный баланс между визуальной насыщенностью и производительностью, чтобы игра была одновременно красивой и плавной. От качества рендеринга зависит реализм виртуального мира и погружение.

Кино

Визуализация нужна для спецэффектов, цифровых двойников и целых миров, которые невозможно или слишком дорого снять в реальности. На это уходят миллионы часов вычислительного времени на мощных серверных фермах. В итоге получаются кадры, где полностью стерта граница между реальностью и компьютерной графикой.

Техники рендеринга

Чтобы преобразовать трехмерную сцену в двумерное изображение, используют разные методы. На выбор влияют скорость и реализм будущей картинки.

Растеризация

Самый быстрый и распространенный метод. Его используют для визуализации компьютерных игр.

Сцену разбивают на мелкие многоугольники. Затем их преобразуют в пиксели на экране. Современные алгоритмы с помощью буферов и шейдеров быстро формируют тени, отражения и блики, обеспечивая высокую скорость отрисовки. 

Трассировка лучей

Более сложная методика, которая имитирует естественное поведение света. Алгоритм прослеживает путь каждого луча от источника освещения до камеры, учитывает его отражения и преломления. Это позволяет добиться правдоподобных оптических эффектов. 

Раньше трассировку применяли только в кинопроизводстве, потому что техника достаточно сложная и требует много ресурсов.

Физически корректный рендеринг (PBR)

Метод, который точно моделирует поведение света. В отличие от художественных приближений, PBR обеспечивает реалистичное взаимодействие материалов с освещением: они выглядят одинаково естественно при любом свете. 

Технология популярна в кино, играх и архитектурной визуализации.

Как сделать рендер? Рекомендуем пройти обучение, потому что визуализация и моделирование — это сложно, если не знаете базовых азов. Ищите курсы по моушн-дизайну, 3D-визуализации, рендерингу. Выбирайте понравившуюся онлайн-школу среди партнеров Халвы и оплачивайте обучение в рассрочку*.

Программы для рендера

Их несколько. Одни подходят для архитекторов, другие — для кинематографистов или геймдев-разработчиков.

Redshift

Движок для создания высококачественных визуализаций и анимации. Работает по методу трассировки лучей. Предназначен для художников, дизайнеров и студий компьютерной графики. 

Благодаря высокопроизводительным алгоритмам, Redshift быстро генерирует реалистичные изображения и сцены даже на мощных графических картах. 

Подходит для киноиндустрии, архитектуры, дизайна интерьеров и компьютерных игр.

Arnold

Рендер-движок, создающий высококачественные изображения и анимацию.

Основное преимущество — высокая скорость и точность расчетов света и теней. Благодаря этому финальное изображение выглядит как реальный сфотографированный объект.

Популярна среди профессиональных студий и художников для создания фильмов, рекламы и игр.

Octane

Движок для быстрого рендеринга изображений и видео. Позволяет создавать фотореалистичные визуализации благодаря технологии трассировки лучей в режиме реального времени. 

Его часто используют дизайнеры, архитекторы и художники для подготовки презентаций проектов, архитектурных объектов и других сложных сцен.

Учитесь и пробуйте на практике. Возможно, однажды ваши работы появятся в проектах крупных киностудий.