Что такое масштаб рендера в играх. Что такое

Цепная реакция деления всегда сопровождается выделением энергии огромной величины. Практическое использование этой энергии – основная задача ядерного реактора.

Ядерный реактор – это устройство, в котором осуществляется контролируемая, или управляемая, ядерная реакция деления .

По принципу работы ядерные реакторы делят на две группы: реакторы на тепловых нейтронах и реакторы на быстрых нейтронах.

Как устроен ядерный реактор на тепловых нейтронах

В типичном ядерном реакторе имеются:

Активная зона и замедлитель;
Отражатель нейтронов;
Теплоноситель;
Система регулирования цепной реакции, аварийная защита;
Система контроля и радиационной защиты;
Система дистанционного управления.

1 - активная зона; 2 - отражатель; 3 - защита; 4 - регулирующие стержни; 5 - теплоноситель; 6 - насосы; 7 - теплообменник; 8 - турбина; 9 - генератор; 10 - конденсатор.

Активная зона и замедлитель

Именно в активной зоне и протекает контролируемая цепная реакция деления.

Большинство ядерных реакторов работает на тяжёлых изотопах урана-235. Но в природных образцах урановой руды его содержание составляет всего лишь 0,72%. Этой концентрации недостаточно для того, чтобы цепная реакция развивалась. Поэтому руду искусственно обогащают, доводя содержание этого изотопа до 3%.

Делящееся вещество, или ядерное топливо, в виде таблеток помещается в герметично закрытые стержни, которые называются ТВЭЛы (тепловыделяющие элементы). Они пронизывают всю активную зону, заполненную замедлителем нейтронов.

Зачем нужен замедлитель нейтронов в ядерном реакторе?

Дело в том, что рождающиеся после распада ядер урана-235 нейтроны имеют очень высокую скорость. Вероятность их захвата другими ядрами урана в сотни раз меньше вероятности захвата медленных нейтронов. И если не уменьшить их скорость, ядерная реакция может затухнуть со временем. Замедлитель и решает задачу снижения скорости нейтронов. Если на пути быстрых нейтронов разместить воду или графит, их скорость можно искусственно снизить и увеличить таким образом число захватываемых атомами частиц. При этом для цепной реакции в реакторе понадобится меньшее количество ядерного топлива.

В результате процесса замедления образуются тепловые нейтроны , скорость которых практически равна скорости теплового движения молекул газа при комнатной температуре.

В качестве замедлителя в ядерных реакторах используется вода, тяжёлая вода (оксид дейтерия D 2 O ), бериллий, графит. Но наилучшим замедлителем является тяжелая вода D 2 O.

Отражатель нейтронов

Чтобы избежать утечки нейтронов в окружающую среду, активную зону ядерного реактора окружают отражателем нейтронов . В качестве материала для отражателей часто используют те же вещества, что и в замедлителях.

Теплоноситель

Тепло, выделяющееся во время ядерной реакции, отводится с помощью теплоносителя. В качестве теплоносителя в ядерных реакторах часто используют обычную природную воду, предварительно очищенную от различных примесей и газов. Но поскольку вода закипает уже при температуре 100 0 С и давлении 1 атм, то для того чтобы повысить температуру кипения, повышают давление в первом контуре теплоносителя. Вода первого контура, циркулирующая через активную зону реактора, омывает ТВЭЛы, нагреваясь при этом до температуры 320 0 С. Далее внутри теплообменника она отдаёт тепло воде второго контура. Обмен проходит через теплообменные трубки, поэтому соприкосновения с водой второго контура не происходит. Это исключает попадание радиоактивных веществ во второй контур теплообменника.

А далее всё происходит так, как на тепловой электростанции. Вода во втором контуре превращается в пар. Пар вращает турбину, которая приводит в движение электрогенератор, который и вырабатывает электрический ток.

В тяжеловодных реакторах теплоносителем служит тяжёлая вода D 2 O, а в реакторах с жидкометаллическими теплоносителями - расплавленный металл.

Система регулирования цепной реакции

Текущее состояние реактора характеризует величина, называемая реактивностью.

ρ = ( k -1)/ k ,

k = n i / n i -1 ,

где k – коэффициент размножения нейтронов,

n i - количество нейтронов следующего поколения в ядерной реакции деления,

n i -1 , - количество нейтронов предыдущего поколения в этой же реакции.

Если k ˃ 1 , цепная реакция нарастает, система называется надкритическо й. Если k < 1 , цепная реакция затухает, а система называется подкритической . При k = 1 реактор находится в стабильном критическом состоянии , так как число делящихся ядер не меняется. В этом состоянии реактивность ρ = 0 .

Критическое состояние реактора (необходимый коэффициент размножения нейтронов в ядерном реакторе) поддерживается перемещением регулирующих стержней . В материал, из которого они изготовлены, входят вещества-поглотители нейтронов. Выдвигая или вдвигая эти стержни в активную зону, контролируют скорость реакции ядерного деления.

Система управления обеспечивает управление реактором при его пуске, плановой остановке, работе на мощности, а также аварийную защиту ядерного реактора. Это достигается изменением положения управляющих стержней.

Если какой-нибудь из параметров реактора (температура, давление, скорость нарастания мощности, расход топлива и др.) отклоняется от нормы, и это может привести к аварии, в центральную часть активной зоны сбрасываются специальные аварийные стержни и происходит быстрое прекращение ядерной реакции.

За тем, чтобы параметры реактора соответствовали нормам, следят системы контроля и радиационной защиты .

Для защиты окружающей среды от радиоактивного излучения реактор помещают в толстый бетонный корпус.

Системы дистанционного управления

Все сигналы о состоянии ядерного реактора (температуре теплоносителя, уровне излучения в разных частях реактора и др.) поступают на пульт управления реактора и обрабатываются в компьютерных системах. Оператор получает всю необходимую информацию и рекомендации по устранению тех или иных отклонений.

Реакторы на быстрых нейтронах

Отличие реакторов этого типа от реакторов на тепловых нейтронах в том, что быстрые нейтроны, возникающие после распада урана-235 не замедляются, а поглощаются ураном-238 с последующим превращением его в плутоний-239. Поэтому реакторы на быстрых нейтронах используют для получения оружейного плутония-239 и тепловой энергии, которую генераторы атомной станции преобразуют в электрическую энергию.

Ядерным топливом в таких реакторах служит уран-238, а сырьём уран-235.

В природной урановой руде 99,2745 % приходятся на долю урана-238. При поглощении теплового нейтрона он не делится, а становится изотопом урана-239.

Через некоторое время после β-распада уран-239 превращается в ядро нептуния-239:

239 92 U → 239 93 Np + 0 -1 e

После второго β-распада образуется делящийся плутоний-239:

239 9 3 Np → 239 94 Pu + 0 -1 e

И, наконец, после альфа-распада ядра плутония-239 получают уран-235:

239 94 Pu → 235 92 U + 4 2 He

ТВЭЛы с сырьём (обогащённым ураном-235) располагаются в активной зоне реактора. Эта зона окружена зоной воспроизводства, которая представляет собой ТВЭЛы с топливом (обедненным ураном-238). Быстрые нейтроны, вылетающие из активной зоны после распада урана-235, захватываются ядрами урана-238. В результате образуется плутоний-239. Таким образом, в реакторах на быстрых нейтронах производится новое ядерное топливо.

В качестве теплоносителей в ядерных реакторах на быстрых нейтронах применяют жидкие металлы или их смеси.

Классификация и применение ядерных реакторов

Основное применение ядерные реакторы нашли на атомных электростанциях. С их помощью получают электрическую и тепловую энергию в промышленных масштабах. Такие реакторы называют энергетическими .

Широко используются ядерные реакторы в двигательных установках современных атомных подводных лодок, надводных кораблей, в космической технике. Они снабжают электрической энергией двигатели и называются транспортными реакторами .

Для научных исследований в области ядерной физики и радиационной химии используют потоки нейтронов, гамма-квантов, которые получают в активной зоне исследовательских реакторов. Энергия, вырабатываемая ими, не превышает 100 Мвт и не используется в промышленных целях.

Мощность экспериментальных реакторов ещё меньше. Она достигает величины лишь нескольких кВт. На этих реакторах изучаются различные физические величины, значение которых важно при проектировании ядерных реакций.

К промышленным реакторам относят реакторы для получения радиоактивных изотопов, используемых для медицинских целей, а также в различных областях промышленности и техники. Реакторы для опреснения морской воды также относятся к промышленным реакторам.

Deferred Lighting (отложенного освещения). См. для технической информации об отложенном освещении.

Note : Deferred Lighting is considered a legacy feature starting with Unity 5.0, as it does not support some of the rendering features (e.g. Standard shader, reflection probes). New projects should consider using Deferred Shading rendering path instead.

NOTE: Deferred rendering is not supported when using Orthographic projection. If the camera’s projection mode is set to Orthographic, the camera will always use Forward rendering.

Обзор

Тип рендеринга Deferred Lighting имеет высочайшее качество освещения и теней. При таком типе не существует ограничений на количество источников света, влияющих на один объект и всё источники света просчитывается попиксельно, что позволяет им корректно работать с картами нормалей и т.д. Кроме того, все источники света могут иметь тени и cookie текстуры.

Преимущество отложенного освещение в том, что потребление ресурсов при просчёте освещения пропорционально количеству освещаемых пикселей. Оно определяется размером светового объёма в сцене и не зависит от количества освещаемых объектов. Поэтому, можно использовать небольшие источники освещения для улучшения производительности. Также отложенное освещение имеет очень логичное и предсказуемое поведение. Результат работы каждого источника освещения просчитывается попиксельно, поэтому тут не производится расчётов освещения, которые “запинаются” на больших треугольниках и т.д.

С другой стороны, отложенное освещение не имеет настоящей поддержки anti-aliasing’а (сглаживание изображения) и не может обрабатывать полупрозрачные объекты (такие объекты должны отрисовываться с помощью упреждающего рендеринга). Также не поддерживается опция Receive Shadows (получать тени) компонента Mesh Renderer и culling masks (маски выборочного рендеринга по слоям) поддерживаются только в ограниченной форме. Если быть точнее, то вы можете использовать не более четырёх culling масок. Следовательно, culling маска слоёв должна содержать как минимум все слои минус 4 произвольных слоя, то есть, к примеру, должно быть установлено 28 слоёв из 32. Иначе могут появиться графические артефакты.

Требования

It requires a graphics card with Shader Model 3.0 (or later), support for Depth render textures and two-sided stencil buffers. Most PC graphics cards made after 2004 support deferred lighting, including GeForce FX and later, Radeon X1300 and later, Intel 965 / GMA X3100 and later. On mobile, all OpenGL ES 3.0 capable GPUs support deferred lighting, and some of OpenGL ES 2.0 capable ones support it too (the ones that do support depth textures).

Вопросы производительности

Потребление ресурсов источниками динамического освещения при отложенном освещении пропорционально количеству освещаемых пикселе и не зависит от сложности сцены. Так что для рендеринга небольших точечных или прожекторных источников света требуется не много ресурсов, а если они полностью или частично закрыты другими объектами в сцене - то требуется ещё меньше.

Конечно, источники света с тенями требуют намного больше ресурсов, чем источники света без теней. При отложенном освещении, объекты, отбрасывающие тени, всё ещё должны отрисовываться один или более раз для каждого источника освещения с отбрасываемыми тенями. Более того, шейдер освещения, применяющий тени, имеет большее потребление ресурсов при отрисовке, чем в случае с отключенными тенями.

Детали реализации

При включенном отложенном освещении, процесс отрисовки в Unity происходит в 3 прохода:-

Базовый проход: объекты рендерятся для создания буферов экранного пространства с глубиной, нормалями и степенью зеркальности.
Проход освещения: буферы, созданные на предыдущем шаге, используются для расчёта освещения в другой буфер экранного пространства.
Финальный проход: объекты снова рендерятся. Они получают рассчитанное освещение, объединяют его с цветными текстурами и добавляют любое излучаемое освещение или освещение окружения.

Объекты, шейдеры которых не могут работать с отложенным освещением, рендерятся после того, как завершатся эти проходы, с помощью упреждающего типа рендеринга .

Базовый проход

Базовый проход рендерит каждый объект один раз. Нормали экранного пространства и степень зеркальности рендерятся в одну ARDB32 Render Texture (с нормалями в RGB каналах и степенью зеркальности в A). Если платформа и оборудование позволяют считывать содержимое Z-буфера в виде текстуры, тогда глубина рендерится неявно. Если к Z-буферу нет доступа в качестве текстуры, тогда глубина рендерится в дополнительном проходе рендеринга с помощью замены шейдера .

Результатом базового прохода является Z-буфер, заполненный содержимым сцены и Render Texture с нормалями и степенью зеркальности.

Проход освещения

Проход освещения рассчитывает освещение, основанное на глубине, нормалях и степени зеркальности. Освещение рассчитывается в экранном пространстве, так что время, требуемое на расчёты не зависит от сложности сцены. Буфер освещения - это одна ARGB32 Render Texture, с диффузным освещением в RGB каналах и монохромным зеркальным освещением в канале A. Значения освещения кодируются логарифмически, для обеспечения большего динамического диапазона, чем обычно доступно при использовании ARGB32 текстуры. Единственная модель освещения, доступная при отложенном освещении - это Blinn-Phong.

Точечные и прожекторные источники света, не пересекающие ближайшую плоскость камеры, рендерятся как 3D формы, с включенным тестом Z-буфера против сцены. Это позволяет тратить немного ресурсов на рендеринг частично или полностью скрытых точечных и прожекторных источников света. Если направленные источники света и точечные/прожекторные источники света пересекают ближайшую плоскость камеры, то они рендерятся в виде полноэкранных квадов.

The above doesn’t apply to directional lights, which are always rendered as fullscreen quads.

Если у источника света включены тени, то они тоже рендерятся и применяются в этом проходе. Учтите, что тени не даются “даром”; требуется рендеринг отбрасывающих тень объектов и к ним должен применяться шейдер с более сложным расчётом освещения.

Единственная доступная модель освещения - Blinn-Phong. Если вы желаете использовать другую модель, вы можете изменить шейдер прохода освещения, разместив изменённую версию файла Internal-PrePassLighting.shader из набора в папке с именем “Resources” в вашей папке “Assets”.

Финальный проход

Финальный проход производит итоговое отрисованное отображение. Здесь все объекты отрисовываются ещё раз шейдерами, которые получают освещение, совмещают его с текстурами и добавляют излучаемое освещение. Карты освещения также применяются в финальном проходе. Вблизи камеры используется динамическое освещение и добавляется только запечённое непрямое освещение. Это переходит в полностью запечённое освещение вдали от камеры.

Детали упреждающего типа рендеринга

Подробности способа рендеринга вершинного освещения

If you"re a developer of 3D games, then you"ve probably come across the terms forward rendering and deferred rendering in your research of modern graphics engines. And, often, you"ll have to choose one to use in your game. But what are they, how do they differ, and which one should you pick?

Deferred Rendering for many lights (Image courtesy of Hannes Nevalainen)

Modern Graphics Pipelines

To begin, we need to understand a little bit about modern, or programmable, graphics pipelines.

Back in the day, we were limited in what the video card graphics pipeline had. We couldn"t change how it drew each pixel, aside from sending in a different texture, and we couldn"t warp vertices once they were on the card. But times have changed, and we now have programmable graphics pipelines . We can now send code to the video card to change how the pixels look, giving them a bumpy appearance with normal maps , and adding reflection (and a great deal of realism).

This code is in the form of geometry , vertex , and fragment shaders , and they essentially change how the video card renders your objects.

Simplified view of a programmable graphics pipeline

Forward Rendering

Forward rendering is the standard, out-of-the-box rendering technique that most engines use. You supply the graphics card the geometry, it projects it and breaks it down into vertices, and then those are transformed and split into fragments, or pixels, that get the final rendering treatment before they are passed onto the screen.

Forward rendering: Geometry shader to vertex shader to fragment Shader

It is fairly linear, and each geometry is passed down the pipe one at a time to produce the final image.

Deferred Rendering

In deferred rendering, as the name implies, the rendering is deferred a little bit until all of the geometries have passed down the pipe; the final image is then produced by applying shading at the end.

Now, why would we do that?

Deferred rendering: Geometry to vertex to fragment shaders. Passed to multiple render targets, then shaded with lighting.

Deferred lighting is a modification of deferred rendering that reduces the size of the G-buffer by using more passes on the scene.

Lighting Performance

Lighting is the main reason for going one route versus the other. In a standard forward rendering pipeline, the lighting calculations have to be performed on every vertex and on every fragment in the visible scene, for every light in the scene.

If you have a scene with 100 geometries, and each geometry has 1,000 vertices, then you might have around 100,000 polygons (a very rough estimate). Video cards can handle this pretty easily. But when those polygons get sent to the fragment shader, that"s where the expensive lighting calculations happen and the real slowdown can occur.

Developers try to push as many lighting calculations into the Vertex shader as possible to reduce the amount of work that the fragment shader has to do.

The expensive lighting calculations have to execute for each visible fragment of every polygon on the screen, regardless if it overlaps or is hidden by another polygon"s fragments. If your screen has a resolution of 1024x768 (which is, by all means, not very high-res) you have nearly 800,000 pixels that need to be rendered. You could easily reach a million fragment operations every frame. Also, many of the fragments will never make it to the screen because they were removed with depth testing, and thus the lighting calculation was wasted on them.

If you have a million of those fragments and suddenly you have to render that scene again for each light, you have jumped to x 1,000,000 fragment operations per frame! Imagine if you had a town full of street lights where each one is a point-light source...

The formula for estimating this forward rendering complexity can be written, in big O notation , as O(num_geometry_fragments * num_lights) . You can see here that the complexity is directly related to the number of geometries and number of lights.

Fragments are potential pixels that will end up on the screen if they do not get culled by the depth test.

Now, some engines optimize this, by cutting out lights that are far away, combining lights, or using light maps (very popular, but static). But if you want dynamic lights and a lot of them, we need a better solution.

Deferred Rendering to the Rescue

Deferred Rendering is a very interesting approach that reduces the object count, and in particular the total fragment count, and performs the lighting calculations on the pixels on the screen, thereby using the resolution size instead of the total fragment count.

The complexity of deferred rendering, in big O notation, is: O(screen_resolution * num_lights) .

You can see that it now doesn"t matter how many objects you have on the screen that determines how many lights you use, so you can happily increase your lighting count. (This doesn"t mean you can have unlimited objects-they still have to be drawn to the buffers to produce the final rendering result.)

Let"s see how it works.

The Guts of Deferred Rendering

Every geometry is rendered, but without light shading, to several screen space buffers using multiple render targets . In particular, the depth, the normals, and the color are all written to separate buffers (images). These buffers are then combined to provide enough information for each light to light the pixels.

Color , Depth , and Normal buffers. (Images by astrofa, via Wikimedia Commons.)

Final lighting (shading) result generated using the three buffers. (Image by astrofa , via Wikimedia Commons.)

By knowing how far away a pixel is, and its normal vector, we can combine the color of that pixel with the light to produce our final render.

Which to Pick?

The short answer is, if you are using many dynamic lights then you should use deferred rendering. However, there are some significant drawbacks:

This process requires a video card with multiple render targets. Old video cards don"t have this, so it won"t work on them. There is no workaround for this.
It requires high bandwidth. You"re sending big buffers around and old video cards, again, might not be able to handle this. There is no workaround for this, either.
You can"t use transparent objects. (Unless you combine deferred rendering with Forward Rendering for just those transparent objects; then you can work around this issue.)
There"s no anti-aliasing. Well, some engines would have you believe that, but there are solutions to this problem: edge detection , FXAA .
Only one type of material is allowed, unless you use a modification of deferred rendering called Deferred Lighting .
Shadows are still dependent on the number of lights, and deferred rendering does not solve anything here.

If you don"t have many lights or want to be able to run on older hardware, then you should stick with forward rendering and replace your many lights with static light maps. The results can still look amazing.

Conclusion

I hope that has shed some light on the subject. Your options are there to solve your rendering problems, but it is very important to choose the right one at the start of your game development to avoid difficult changes later on.

02Окт

Что такое Рендер (Рендеринг)

Рендер (Рендеринг) — это процесс создания финального изображения или последовательности из изображений на основе двухмерных или трехмерных данных. Данный процесс происходит с использованием компьютерных программ и зачастую сопровождается трудными техническими вычислениями, которые ложатся на вычислительные мощности компьютера или на отдельные его комплектующие части.

Процесс рендеринга так или иначе присутствует в разных сферах профессиональной деятельности, будь то киноиндустрия, индустрия видеоигр или же видеоблогинг. Зачастую, рендер является последним или предпоследним этапом в работе над проектом, после чего работа считается завершенной или же нуждается в небольшой постобработке. Также стоит отметить, что нередко рендером называют не сам процесс рендеринга, а скорее уже завершенный этап данного процесса или его итоговый результат.

слова «Рендер».

Слово Рендер (Рендеринг) — это англицизм, который зачастую переводится на русский язык словом “Визуализация ”.

Что такое Рендеринг в 3D?

Чаще всего, когда мы говорим о рендере, то имеем в виду рендеринг в 3D графике. Сразу стоит отметить, что на самом деле в 3D рендере нету трех измерений как таковых, которые мы зачастую можем увидеть в кинотеатре надев специальные очки. Приставка “3D” в название скорее говорит нам о способе создание рендера, который и использует 3-х мерные объекты, созданные в компьютерных программах для 3D моделирования. Проще говоря, в итоге мы все равно получаем 2D изображение или их последовательность (видео) которые создавались (рендерелись) на основе 3-х мерной модели или сцены.

Рендеринг — это один из самых сложных в техническом плане этапов в работе с 3D графикой. Чтоб объяснить эту операцию простым языком, можно привести аналогию с работами фотографов. Для того, чтоб фотография предстала во всей красе, фотографу нужно пройти через некоторые технические этапы, например, проявление пленки или печать на принтере. Примерно такими же техническими этапами и обременены 3d художники, которые для создания итогового изображения проходят этап настройки рендера и сам процесс рендеринга.

Построение изображения.

Как уже говорилось ранее, рендеринг — это один из самых сложных технических этапов, ведь во время рендеринга идут сложные математические вычисления, выполняемые движком рендера. На этом этапе, движок переводит математические данные о сцене в финальное 2D-изображение. Во время процесса идет преобразование 3d-геометрии, текстур и световых данных сцены в объединенную информацию о цветовом значение каждого пикселя в 2D изображение. Другими словами, движок на основе имеющихся у него данных, просчитывает то, каким цветом должен быть окрашено каждый пиксель изображения для получения комплексной, красивой и законченной картинки.

Основные типы рендеринга:

В глобальном плане, есть два основных типа рендеринга, главными отличиями которых является скорость, с которой просчитывается и финализируется изображение, а также качество картинки.

Что такое Рендеринг в реальном времени?

Рендеринг в реальном времени зачастую широко используется в игровой и интерактивной графике, где изображение должно просчитываться с максимально большой скоростью и выводиться в завершенном виде на дисплей монитора моментально.

Поскольку ключевым фактором в таком типе рендеринга есть интерактивность со стороны пользователя, то изображение приходится просчитывать без задержек и практически в реальном времени, так как невозможно точно предсказать поведение игрока и то, как он будет взаимодействовать с игровой или с интерактивной сценой. Для того, чтоб интерактивная сцена или игра работала плавно без рывков и медлительности, 3D движку приходится рендерить изображение со скоростью не менее 20-25 кадров в секунду. Если скорость рендера будет ниже 20 кадров, то пользователь будет чувствовать дискомфорт от сцены наблюдая рывки и замедленные движения.

Большую роль в создание плавного рендера в играх и интерактивных сценах играет процесс оптимизации. Для того, чтоб добиться желаемой скорости рендера, разработчики применяют разные уловки для снижения нагрузки на рендер движок, пытаясь снизить вынужденное количество просчетов. Сюда входит снижение качества 3д моделей и текстур, а также запись некоторой световой и рельефной информации в заранее запеченные текстурные карты. Также стоит отметить, что основная часть нагрузки при просчете рендера в реальном времени ложиться на специализированное графическое оборудование (видеокарту -GPU), что позволяет снизить нагрузку с центрального процессора (ЦП) и освободить его вычислительные мощности для других задач.

Что такое Предварительный рендер?

К предварительному рендеру прибегают тогда, когда скорость не стоит в приоритете, и нужды в интерактивности нет. Данный тип рендера используется чаще всего в киноиндустрии, в работе с анимацией и сложными визуальными эффектами, а также там, где нужен фотореализм и очень высокое качество картинки.

В отличие от Рендера в реальном времени, где основная нагрузка приходилась на графические карты(GPU) В предварительном рендере нагрузка ложится на центральный процессор(ЦП) а скорость рендера зависит от количества ядер, многопоточности и производительности процессора.

Нередко бывает, что время рендера одного кадра занимает несколько часов или даже несколько дней. В данном случаи 3D художникам практически не нужно прибегать к оптимизации, и они могут использовать 3D модели высочайшего качества, а также текстурные карты с очень большим разрешением. В итоге, картинка получается значительно лучше и фото-реалистичней по сравнению с рендером в реальном времени.

Программы для рендеринга.

Сейчас, на рынке присутствует большое количество рендеринг движков, которые отличаются между собой скоростью, качеством картинки и простотой использования.

Как правило, рендер движки являются встроенными в крупные 3D программы для работы с графикой и имеют огромный потенциал. Среди наиболее популярных 3D программ (пакетов) есть такой софт как:

3ds Max;
Maya;
Blender;
Cinema 4d и др.

Многие из этих 3D пакетов имеют уже идущие в комплекте рендер движки. К примеру, рендер-движок Mental Ray присутствует в пакете 3Ds Max. Также, практически любой популярный рендер-движок, можно подключить к большинству известных 3d пакетов. Среди популярных рендер движков есть такие как:

V-ray;
Mental ray;
Corona renderer и др.

Хотелось бы отметить, что хоть и процесс рендеринга имеет очень сложные математические просчеты, разработчики программ для 3D-рендеринга всячески пытаются избавить 3D-художников от работы со сложной математикой лежащей в основе рендер-программы. Они пытаются предоставить условно-простые для понимания параметрические настройки рендера, также материальные и осветительные наборы и библиотеки.

Многие рендер-движки сыскали славу в определенных сферах работы с 3д графикой. Так, например, “V-ray” имеет большую популярность у архитектурных визуализаторов, из-за наличия большого количества материалов для архитектурной визуализации и в целом, хорошего качества рендера.

Методы визуализации.

Большинство рендер движков использует три основных метода вычисления. Каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки, но все три метода имеют право на своё применение в определенных ситуациях.

1. Scanline (сканлайн).

Сканлайн рендер — выбор тех, кто приоритет отдаст скорости, а не качеству. Именно за счет своей скорости, данный тип рендера зачастую используется в видеоиграх и интерактивных сценах, а также во вьюпортах различных 3D пакетов. При наличие современного видеоадаптера, данный тип рендера может выдавать стабильную и плавную картинку в реальном времени с частотой от 30 кадров в секунду и выше.

Алгоритм работы:

Вместо рендеринга «пикселя по пикселю», алгоритм функционирования «scanline» рендера заключается в том, что он определяет видимую поверхность в 3D графике, и работая по принципу «ряд за рядом», сперва сортирует нужные для рендера полигоны по высшей Y координате, что принадлежит данному полигону, после чего, каждый ряд изображения просчитывается за счет пересечения ряда с полигоном, который является ближайшим к камере. Полигоны, которые больше не являются видимыми, удаляются при переходе одного ряда к другому.

Преимущество данного алгоритма в том, что отсутствует необходимость передачи координат о каждой вершине с основной памяти в рабочую, а транслируются координаты только тех вершин, которые попадают в зону видимости и просчета.

2. Raytrace (рейтрейс).

Этот тип рендера создан для тех, кто хочет получить картинку с максимально качественной и детализированной прорисовкой. Рендеринг именно этого типа, имеет очень большую популярность у любителей фотореализма, и стоит отметить что не спроста. Довольно часто с помощью рейтрейс-рендеринга мы можем увидеть потрясающе реалистичные кадры природы и архитектуры, которые отличить от фотографии удастся не каждому, к тому же, нередко именно рейтрейс метод используют в работе над графиков в CG трейлерах или кино.

К сожалению, в угоду качеству, данный алгоритм рендеринга является очень медлительным и пока что не может использоваться в риал-тайм графике.

Алгоритм работы:

Идея Raytrace алгоритма заключается в том, что для каждого пикселя на условном экране, от камеры прослеживается один или несколько лучей до ближайшего трехмерного объекта. Затем луч света проходит определенное количество отскоков, в которые может входить отражения или преломления в зависимости от материалов сцены. Цвет каждого пикселя вычисляется алгоритмически на основе взаимодействия светового луча с объектами в его трассируемом пути.

Метод Raycasting.

Алгоритм работает на основе «бросания» лучей как будто с глаз наблюдателя, сквозь каждый пиксель экрана и нахождения ближайшего объекта, который преграждает путь такого луча. Использовав свойства объекта, его материала и освещения сцены, мы получаем нужный цвет пикселя.

Нередко бывает, что «метод трассировки лучей» (raytrace) путают с методом «бросания лучей» (raycasting). Но на самом деле, «raycasting» (метод бросания луча) фактически является упрощенным «raytrace» методом, в котором отсутствует дальнейшая обработка отбившихся или заломленных лучей, а просчитывается только первая поверхность на пути луча.

3. Radiosity.

Вместо «метода трассировки лучей», в данном методе просчет работает независимо от камеры и является объектно-ориентированным в отличие от метода «пиксель по пикселю». Основная функция “radiosity” заключается в том, чтобы более точно имитировать цвет поверхности путем учета непрямого освещения (отскок рассеянного света).

Преимуществами «radiosity» являются мягкие градуированные тени и цветовые отражения на объекте, идущие от соседних объектов с ярким окрасом.

Достаточно популярна практика использования метода Radiosity и Raytrace вместе для достижения максимально впечатляющих и фотореалистичных рендеров.

Что такое Рендеринг видео?

Иногда, выражение «рендерить» используют не только в работе с компьютерной 3D графикой, но и при работе с видеофайлами. Процесс рендеринга видео начинается тогда, когда пользователь видеоредактора закончил работу над видеофайлом, выставил все нужные ему параметры, звуковые дорожки и визуальные эффекты. По сути, все что осталось, это соединить все проделанное в один видеофайл. Этот процесс можно сравнить с работой программиста, когда он написал код, после чего все что осталось, это скомпилировать весь код в работающую программу.

Как и у 3D дизайнера, так и у пользователя видеоредактора, процесс рендеринга идет автоматически и без участия пользователя. Все что требуется, это задать некоторые параметры перед стартом.

Скорость рендеринга видео зависит от продолжительности и качества, которое требуется на выходе. В основном, большая часть просчета ложиться на мощность центрального процессора, поэтому, от его производительности и зависит скорость видео-рендеринга.

Категории: , / / от

Рендеринг (rendering) – завершающий этап обработки сцен, полученных в результате 3d-визуализации. Различают две основных стадии этого процесса – в реальном времени, используют преимущественно в компьютерных играх, и пре-рендеринг. Именно он нашел применение в бизнесе. В первом случае большее значение имеет скорость выполнения расчетов, только при соблюдении этого условия качество изображений останется высоким. При предварительном рендеринге в приоритете реалистичность рисунка.

Пре-рендеринг

Для выполнения рендеринга этого типа используют особое программное обеспечение. Продолжительность обработки зависит от ее сложности. Процесс состоит из наложения света и образуемых им теней, добавления цвета, иных эффектов. Главная задача моделлеров – добиться, чтобы результат был предельно правдивым, для чего необходимо ориентироваться в одном из самых сложных разделов физики – оптике. Грамотно выполненный рендеринг особенно важен в 3d-моделировании интерьеров – надо точно просчитать, как будет выглядеть помещение при естественном и искусственном освещении, подобрать оттенки предметов обстановки, иные нюансы. Основные методы финальной обработки при объемном проектировании:

Принято использовать комбинацию нескольких методов, что позволяет снизить затраты ресурсов и обеспечить требуемое качество.

Особенности рендеринга

На доведение предварительного эскиза до совершенства понадобится много времени – продолжительность обработки сложных изображений компьютером может достигать нескольких часов. За этот период происходит:

раскраска;
детализация мелких элементов;
проработка световых эффектов – отражения потоков, теней и прочих;
отображение климатических условий;
реализация иных деталей, позволяющих повысить реалистичность.

Сложность обработки влияет на формирование цены 3d-визуализации , чем больше потребуется времени, тем дороже обойдется работа над проектом. По возможности моделлеры упрощают процесс рендеринга, к примеру, просчитывают отдельные моменты или используют другие инструменты, позволяющие сократить время визуализации без ухудшения ее качества.