Il processo di rendering gioca un ruolo cruciale nel ciclo di sviluppo della grafica per computer.
Come lo sviluppo del film
Il rendering è l'aspetto tecnicamente più complesso della produzione 3D, ma può essere compreso abbastanza facilmente nel contesto di un'analogia: proprio come un fotografo cinematografico deve sviluppare e stampare le sue foto prima che possano essere visualizzate, i professionisti della computer grafica sono gravati da una simile necessità.
Quando un artista lavora su una scena 3D, i modelli che manipola sono in realtà una rappresentazione matematica di punti e superfici (più specificamente, vertici e poligoni) nello spazio tridimensionale.
Il termine rendering si riferisce ai calcoli eseguiti dal motore di rendering di un pacchetto software 3D per tradurre la scena da un'approssimazione matematica a un'immagine 2D finalizzata. Durante il processo, le informazioni spaziali, tessiturali e di illuminazione dell'intera scena vengono combinate per determinare il valore del colore di ciascun pixel nell'immagine appiattita.
Due tipi di rendering
Esistono due tipi principali di rendering, la loro principale differenza è la velocità con cui le immagini vengono calcolate e finalizzate.
- Rendering in tempo reale: Il rendering in tempo reale viene utilizzato in modo predominante nei giochi e nella grafica interattiva, in cui le immagini devono essere calcolate dalle informazioni 3D ad un ritmo incredibilmente rapido. Poiché è impossibile prevedere esattamente come un giocatore interagirà con l'ambiente di gioco, le immagini devono essere visualizzate in "tempo reale" mentre l'azione si svolge.
- La velocità conta: Affinché il movimento appaia fluido, è necessario visualizzare sullo schermo un minimo di 18 o 20 fotogrammi al secondo. Qualunque cosa in meno e l'azione apparirà mossa.
- I metodi: Il rendering in tempo reale viene drasticamente migliorato dall'hardware grafico dedicato e pre-compilando quante più informazioni possibili. Una grande quantità di informazioni sull'illuminazione di un ambiente di gioco è pre-calcolata e "cotta" direttamente nei file di texture dell'ambiente per migliorare la velocità di rendering.
- Offline o Pre-rendering: Il rendering offline viene utilizzato in situazioni in cui la velocità è meno problematica, con calcoli eseguiti in genere utilizzando CPU multi-core anziché hardware grafico dedicato. Il rendering offline è visto più frequentemente in animazione e gli effetti funzionano dove la complessità visiva e il fotorealismo sono mantenuti a un livello molto più alto. Dato che non c'è imprevedibilità su ciò che apparirà in ogni fotogramma, è noto che i grandi studi dedicano fino a 90 ore di rendering a singoli fotogrammi.
- fotorealismo: Poiché il rendering offline avviene all'interno di una cornice temporale aperta, è possibile ottenere livelli più elevati di fotorealismo rispetto al rendering in tempo reale. Caratteri, ambienti e le loro trame e luci associate sono generalmente consentiti conteggi di poligoni più alti e file di texture con risoluzione 4k (o superiore).
Tecniche di rendering
Esistono tre principali tecniche di calcolo utilizzate per la maggior parte del rendering. Ognuno ha il proprio insieme di vantaggi e svantaggi, rendendo tutte e tre le opzioni praticabili in determinate situazioni.
- Scanline (o rasterizzazione): Il rendering di Scanline viene utilizzato quando la velocità è una necessità, il che rende la tecnica di scelta per il rendering in tempo reale e la grafica interattiva. Invece di rendere un'immagine pixel per pixel, i renderizzatori scanline calcolano su un poligono in base al poligono. Le tecniche Scanline utilizzate in combinazione con l'illuminazione precotta (al forno) possono raggiungere una velocità di 60 fotogrammi al secondo o superiore su una scheda grafica di fascia alta.
- raytracing: In raytracing, per ogni pixel nella scena, uno o più raggi di luce vengono tracciati dalla fotocamera all'oggetto 3D più vicino. Il raggio di luce viene quindi passato attraverso un numero stabilito di "rimbalzi", che possono includere riflessione o rifrazione a seconda dei materiali nella scena 3D. Il colore di ogni pixel è calcolato algoritmicamente in base all'interazione del raggio di luce con gli oggetti nel suo percorso tracciato. Raytracing è capace di un maggiore fotorealismo rispetto alla scanline ma è esponenzialmente più lento.
- radiosity: A differenza del raytracing, la radiosity viene calcolata indipendentemente dalla telecamera ed è orientata alla superficie piuttosto che pixel per pixel. La funzione primaria della radiosità è quella di simulare più accuratamente il colore della superficie tenendo conto dell'illuminazione indiretta (luce diffusa rimbalzata). La radiosità è in genere caratterizzata da ombre sfumate morbide e sanguinamento di colore, in cui la luce proveniente da oggetti dai colori vivaci "sanguina" su superfici vicine.
In pratica, la radiosity e il raytracing sono spesso usati in combinazione tra loro, usando i vantaggi di ciascun sistema per raggiungere livelli impressionanti di fotorealismo.
Software di rendering
Sebbene il rendering si basi su calcoli estremamente sofisticati, il software di oggi fornisce parametri di facile comprensione che lo rendono così un artista che non ha mai bisogno di occuparsi della matematica sottostante. Un motore di rendering è incluso in tutte le principali suite di software 3D e la maggior parte include pacchetti di materiale e illuminazione che consentono di raggiungere livelli sbalorditivi di fotorealismo.
I due motori di rendering più comuni:
- Raggio mentale: Confezionato con Autodesk Maya. Mental Ray è incredibilmente versatile, relativamente veloce e probabilmente il più competente per le immagini dei personaggi che necessitano di dispersione subsuperficiale. Il raggio mentale utilizza una combinazione di raytracing e "illuminazione globale" (radiosity).
- V-Ray: In genere si vede V-Ray usato insieme a 3DS Max: insieme, la coppia non ha rivali per la visualizzazione architettonica e il rendering dell'ambiente.I principali vantaggi di VRay rispetto al suo concorrente sono i suoi strumenti di illuminazione e la vasta libreria di materiali per arch-viz.
Il rendering è un argomento tecnico ma può essere piuttosto interessante quando inizi veramente a dare un'occhiata più approfondita ad alcune delle tecniche più comuni.
