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3d渲染-凯发官方

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3d渲染是处理转换的3d模型到2d图像一个上计算机。3d渲染可以包括逼真效果还是非真实感风格。

渲染方法

渲染是从准备好的场景中创建实际2d图像或动画的最终过程。这可以与现实生活中的设置完成后拍照或拍摄场景进行比较。已经开发了几种不同且通常是专门的渲染方法。这些范围从明显不真实的线框渲染到基于多边形的渲染,再到更高级的技术,例如:扫描线渲染、或光能传递。对于单个图像/帧,渲染可能需要几分之一秒到几天的时间。一般来说,不同的方法更适合照片级渲染或实时渲染.

实时

交互式媒体(例如游戏和模拟)的渲染以大约每秒20到120帧的速率实时计算和显示。在实时渲染中,是尽可能多地显示眼睛可以在几分之一秒内处理的信息(也就是“在一帧中”:在每秒30帧的动画的情况下,一帧包含30分之一秒)。

主要目标是以可接受的最低渲染速度(通常为每秒24帧,因为这是人眼成功创建运动错觉所需的最低速度)实现尽可能高的照片级真实感。事实上,可以在眼睛“感知”世界的方式上进行剥削,因此,最终呈现的图像不一定是真实世界的图像,而是接近人眼所能承受的图像。

渲染软件可以模拟镜头光晕、景深或运动模糊等视觉效果。这些尝试模拟由和人眼的光学特性产生的视觉现象。这些效果可以为场景增添真实感,即使效果只是相机的模拟人工制品。这是游戏、交互式世界和vrml中采用的基本方法。

计算机处理能力的快速提升使得即使对于实时渲染(包括hdr渲染等技术)也具有越来越高的真实感。实时渲染通常是多边形的,并由计算机的gpu辅助。

非实时

非交互式媒体(例如故事片和视频)的动画可能需要更多时间来渲染。非实时渲染可以利用有限的处理能力来获得更高的图像质量。对于复杂场景,单个帧的渲染时间可能从几秒到几天不等。渲染的帧存储在上,然后传输到其他媒体,如或光盘。然后以高帧速率(通常为每秒24、25或30帧(fps))顺序显示这些帧,以实现运动错觉。

当目标是照片真实感时,会采用光线追踪、路径追踪、光子映射或光能传递等技术。这是和艺术作品中采用的基本方法。已经开发出用于模拟其他自然发生效应的技术,例如光与各种形式的物质的相互作用。此类技术的示例包括粒子系统(可以模拟雨、烟或火)、体积采样(模拟雾、灰尘和其他空间大气效果)、焦散(模拟光通过不均匀的光折射表面聚焦,例如在游泳池底部看到的光波纹)和次表面散射(模拟光在固体物体的体积内反射,例如人体皮肤)。

到被模拟的物理过程复杂多样,渲染过程的计算成本很高。多年来,计算机处理能力迅速提高,从而实现了更高程度的逼真渲染。制作计算机生成动画的电影制片厂通常使用渲染农场及时生成图像。然而,考虑到使用渲染农场所涉及的成本,硬件成本的下降意味着完全有可能在家用计算机系统上创建少量的3d动画。渲染器的输出通常仅用作完整电影场景的一小部分。可以使用合成将许多层材料单独渲染并集成到最终镜头中软件。

反射和着色模型

反射/散射和阴影模型用于描述表面的外观。尽管这些问题本身似乎都是问题,但它们几乎完全是在渲染的背景下研究的。现代3d计算机图形严重依赖于称为phong反射模型的简化反射模型(不要与phong着色混淆)。在光的折射中,一个重要的概念是折射率;在大多数3d编程实现中,该值的术语是“折射率”(通常缩写为ior)。

着色可以分解为两种不同的技术,它们通常是独立研究的:

  • 表面着色-光如表面上传播(主要用于视频游戏中实时3d渲染的扫描线渲染)
  • 反射/散射-光如何在给定点与表面相互作用(主要用于光线追踪渲染,用于cgi静止3d图像和cgi​​非交互式3d动画中的非实时逼真和艺术3d渲染)

表面着色算法

3d计算机图形中流行的表面着色算法包括:

  • 平面着色:一种根据多边形的“法线”以及光源的位置和强度对对象的每个多边形进行着色的技术
  • gouraudshading:由h.gouraud于1971年发明;一种快速且注重资源的顶点着色技术,用于模拟平滑着色的表面
  • phongshading:buituongphong发明;用于模拟镜面高光滑的阴影表面

反射

反射或散射是给定点的入射和出射之间的关系。散射的描述通常根据双向散射分布函数或bsdf给出。

阴影

着色处理不同类型的散射如何分布在表面上(即,哪个散射函数应用于何处)。此类描述通常使用称为着色器的程序来表示。着色的一个简单示例是映射,它使用图像指定表面上每个点的漫反射,使其具有更明显的细节。

一些着色技术包括:

  • 凹凸贴图:由jimblinn发明,一种用于模拟皱纹表面的法线扰动技术。
  • celshading:一种用于模仿手绘动画外观的技术。

运输

传输描述了场景中的照明如何从一个地方到达另一个地方。能见度是光传输的主要组成部分。

投影

阴影的三维物体必须被展平,这样显示设备——即监视器——只能以二维方式显示它,这个过程称为3d投影。这是使用投影完成的,对于大多数应用程序,使用透视投影。透视投影背后的基本思想是,与离眼睛较近的物体相比,距离较远的物体变小。程序通过将膨胀常数乘以与观察者的距离的负数次方来产生透视图。膨胀常数为1意味着没有透视。高膨胀常数会导致“鱼眼”效应,其中开始出现图像失真。正射投影主要用于cad或科学建模需要精确测量和保存三维的cam应用程序。

渲染引擎

渲染引擎可以一起使用或与软件集成,但也有独立的软件。一些渲染引擎与多种3d软件兼容,而有些则是一种独有的。


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词条目录
  1. 什么是3d渲染
  2. 渲染方法
  3. 实时
  4. 非实时
  5. 反射和着色模型
  6. 表面着色算法
  7. 反射
  8. 阴影
  9. 运输
  10. 投影
  11. 渲染引擎

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