3D-gjengivelse er prosessen med en datamaskin som tar råinformasjon fra en 3D-scene (polygoner, materialer og belysning) og beregner det endelige resultatet. Utdataene er vanligvis et enkelt bilde eller en serie bilder gjengis og kompilert sammen.
Gjengivelse er vanligvis den siste fasen av 3D-opprettingsprosessen, med unntak av hvis du tar gjengivelsen inn i Photoshop for etterbehandling.
Hvis du gjengir en animasjon vil den bli eksportert som en videofil eller en sekvens av bilder som senere kan sys sammen. Ett sekund med animasjon har vanligvis minst 24 bilder, så et minutt med animasjon har 1440 bilder å gjengi. Dette kan ta ganske lenge.
Det er generelt sett på to typer gjengivelse: CPU-gjengivelse og GPU (sanntids) gjengivelse.
Forskjellen mellom de to ligger i forskjellen mellom de to datamaskinkomponentene selv.
CPU-er er ofte optimalisert for å kjøre flere mindre oppgaver samtidig, mens GPU-er generelt kjører mer komplekse beregninger bedre.
De er begge veldig viktige for hvordan en datamaskin fungerer, men vi vil bare diskutere dem fra et 3D-gjengivelsesperspektiv i denne artikkelen.
Vanligvis er GPU-gjengivelse mye raskere enn CPU-gjengivelse. Dette er det som gjør at moderne spill kan kjøre med rundt 60 FPS. CPU-gjengivelse er bedre til å få mer nøyaktige resultater fra belysning og mer komplekse teksturalgoritmer.
Men i moderne gjengivelsesmotorer er de visuelle forskjellene mellom disse to metodene nesten umerkelige bortsett fra i de mest komplekse scenene.
CPU-gjengivelse
CPU-gjengivelse (noen ganger referert til som «pre-rendering») er når datamaskinen bruker CPU-en som den primære komponenten for beregninger.
Det er teknikken som generelt favoriseres av filmstudioer og arkitektoniske visualiseringskunstnere.
Dette er på grunn av dens nøyaktighet når du lager fotorealistiske bilder og gjengivelsestider er ikke et betydelig problem for disse bransjene.
Selv om gjengivelsestidene kan variere voldsomt og kan bli veldig lange.
En scene med flat belysning og materialer med enkle former kan gjengis i løpet av sekunder. Men en scene med kompleks HDRI belysning og modeller kan ta timer å gjengi.
Et ekstremt eksempel på dette er i Pixars film fra 2001 Monster bedriften.
Hovedpersonen Sully hadde rundt 5,4 millioner hår, noe som betydde scener med ham på skjermen tok opptil 13 timer å gjengi per ramme!
For å bekjempe disse lange gjengivelsestidene bruker mange større studioer en gi gård.
En renderfarm er en stor bank med kraftige datamaskiner eller servere som lar flere rammer gjengis samtidig, eller noen ganger er et bilde delt opp i seksjoner som gjengis av hver del av gården. Dette bidrar til å redusere den totale gjengivelsestiden.
Det er mulig å gjengi mer avanserte effekter ved hjelp av CPU også.
Disse inkluderer teknikker som:
Ray Tracing
Det er her hver piksel i det endelige bildet beregnes som en lyspartikkel som simuleres som interaksjon med objekter i scenen din.
Det er utmerket på å lage realistiske scener med avansert refleksjon og skygger, men det krever en mye av beregningskraft.
Men på grunn av nylige fremskritt innen GPU-teknologi i NVIDIAs 2000-seriekort, kan ray tracing som en gjengivelsesmetode komme inn i mainstream-spill via GPU-gjengivelse i de kommende årene.
Banesporing
Banesporing beregner det endelige bildet ved å bestemme hvordan lyset vil treffe et bestemt punkt på en overflate i scenen din, og deretter hvor mye av det som vil reflekteres tilbake til visningsportkameraet.
Den gjentar dette for hver piksel i den endelige gjengivelsen.
Det regnes som den beste måten å få fotorealisme i det endelige bildet ditt.
Fotonkartlegging
Datamaskinen skyter «fotoner» (lysstråler i dette tilfellet) fra både kameraet og eventuelle lyskilder som brukes til å beregne den endelige scenen.
Dette bruker tilnærmingsverdier for å spare beregningskraft, men du kan justere mengden fotoner for å få mer nøyaktige resultater.
Å bruke denne metoden er bra for å simulere kaustikk ettersom lys brytes gjennom gjennomsiktige overflater.
Radiositet
Radiositet ligner på banesporing, bortsett fra at den bare simulerer lysbaner som reflekteres fra en diffus overflate inn i kameraet.
Det tar også hensyn til lyskilder som allerede har reflektert fra andre overflater i scenen. Dette gjør at belysningen lettere fyller en hel scene og simulerer realistiske myke skygger.
GPU-gjengivelse
GPU-gjengivelse (brukes for sanntidsgjengivelse) er når datamaskinen bruker en GPU som den primære ressursen for beregninger.
Denne gjengivelsestypen brukes vanligvis i videospill og andre interaktive applikasjoner der du trenger å gjengi alt fra 30 til 120 bilder i sekundet for å få en jevn opplevelse.
For å oppnå dette resultatet kan ikke sanntidsgjengivelse bruke noen av de avanserte beregningsalternativene nevnt før. Så mye av det legges til i etterbehandling ved hjelp av tilnærminger.
Andre effekter brukes til å lure øyet til å få ting til å se jevnere ut, for eksempel bevegelsesuskarphet.
På grunn av den raske utviklingen innen teknologi og utviklere som lager beregningsmessig billigere metoder for gode gjengivelsesresultater, begynner begrensningene for GPU-gjengivelse raskt å bli historie.
Det er derfor spill og lignende medier blir bedre for hver nye konsollgenerasjon. Ettersom brikkesett og utviklerkunnskap forbedres, blir de grafiske resultatene også bedre.
GPU-gjengivelse gjør det ikke alltid må brukes i sanntid, da det også er gyldig for å lage lengre gjengivelser.
Det er bra for å kaste ut tilnærminger av endelige gjengivelser relativt raskt, slik at du kan se hvordan sluttscenen ser ut uten å måtte vente i timevis på en endelig gjengivelse. Dette gjør det til et veldig nyttig verktøy i 3D-arbeidsflyten mens du setter opp belysning og teksturer.
Render motorer
Det finnes dusinvis av render-motorer på markedet, og det kan være vanskelig å bestemme seg for hvilke du skal bruke.
Uansett hvilken 3D-programvare du bruker for arbeidsflyten din, kommer den med sin egen gjengivelsesmotor innebygd.
Disse er vanligvis fine for å lære det grunnleggende om gjengivelse, og kan brukes til å få noen fine sluttresultater. Men de kan være begrensende sammenlignet med mange utrolige tredjeparts gjengivelsesmotorer.
Her er noen eksempler som er verdt å se nærmere på:
V-Ray er en veldig vanlig motor. Den er i stand til å bruke både CPU- og GPU-gjengivelse, så den er veldig fleksibel, og den er tilgjengelig for Maya, Blender og nesten alle andre 3D-suiter der ute.
Corona er en annen motor som brukes mye av arkitektoniske visualisatorer. Den er veldig kraftig, men kun tilgjengelig for 3DS Max og Cinema 4D.
RenderMan er utviklet og brukt av Pixar-studioene for alle deres filmer. Den brukes også av mange andre store filmstudioer. Den kan brukes som en plug-in direkte med Maya, eller som et frittstående produkt på Windows-, Mac- og Linux-datamaskiner.
Du trenger vanligvis bare å lære én gjengivelsesmotor, og når du først forstår arbeidsflyten kan den brukes til å oppnå hvilken som helst effekt du ønsker.