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Was ist 3D-Rendering?
Virtuelle Fotografie
3D-Rendering ist der Prozess der Umwandlung eines dreidimensionalen Modells in zweidimensionale Bilder (z. B. auf einem Computerbildschirm). Die Fotos werden mithilfe von Datensätzen erstellt, die Farbe, Textur und Material jedes Objekts im Bild angeben.
1960 zeichnete William Fetter ein Rendering eines Piloten, um den Platzbedarf eines Cockpits nachzubilden. 1963, noch am MIT, erfand Ivan Sutherland Sketchpad, das erste 3D-Modellierungswerkzeug. Für seine bahnbrechenden Arbeiten ist er als „Vater der Computergrafik“ bekannt.
Der Forscher Martin Newell produzierte 1975 die „Utah Teapot“, ein 3D-Testmodell, das zu einem typischen Test-Rendering wurde. Diese Teekanne, auch Newell Teapot genannt, ist so ikonisch geworden, dass sie als das Computerprogrammierungsäquivalent von "Hello World" angesehen wird.
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Wie funktioniert es?
3D-Rendering ähnelt im Konzept dem 2D-Rendering. 3D-Rendering ist konzeptionell mit der Fotografie vergleichbar. Um ein Foto zusammenzustellen, bewegt ein Rendering-Programm beispielsweise eine Kamera im Wesentlichen auf ein Objekt zu. Daher ist die digitale Beleuchtung entscheidend für ein umfassendes und realistisches Rendering.
Im Laufe der Zeit wurden verschiedene Rendering-Ansätze entwickelt. Unabhängig davon besteht der Zweck jedes Renderings darin, ein Bild basierend auf der Interaktion von Licht mit Objekten aufzunehmen, ähnlich wie im wirklichen Leben.
Rasterung ist die erste Rendering-Technik.
Die Rasterung ist eine der ersten Rendering-Technologien und funktioniert, indem das Modell als ein Netz von Polygonen betrachtet wird. Die Scheitelpunkte dieser Polygone enthalten Informationen wie Position, Textur und Farbe. Danach werden die Scheitelpunkte auf eine Ebene projiziert, die senkrecht zur Perspektive (d. h. der Kamera) steht.
Die verbleibenden Pixel werden mit den richtigen Farben gefüllt, da die Scheitelpunkte als Ränder fungieren. Stellen Sie sich vor, Sie malen, indem Sie zuerst einen Umriss für jede Farbe zeichnen, die Sie verwenden möchten – das ist Rasterung in Aktion.
Die Rasterung ist eine schnelle Art des Renderings. Es wird auch heute noch häufig verwendet, insbesondere für Echtzeit-Rendering (z. B. Computerspiele, Simulation und interaktive GUI). Höhere Auflösung und Anti-Aliasing, eine Technik zum Glätten der Kanten von Objekten und zum Einblenden in die umgebenden Pixel, haben den Prozess in letzter Zeit verbessert.
Ray Casting ist die zweite Rendering-Technik.
Obwohl die Rasterung effektiv ist, treten bei überlappenden Objekten Probleme auf: Wenn sich zwei oder mehr Oberflächen überlappen, wird die zuletzt gezeichnete Oberfläche beim Rendern gespiegelt, was zum Rendern des falschen Elements führt. Für die Rasterung wurde das Konzept eines Z-Puffers erfunden, um dieses Problem anzugehen. Ein Tiefensensor wird verwendet, um zu bestimmen, welche Oberfläche sich in einem bestimmten Blickwinkel unter oder über befindet.
Mit der Erfindung des Ray Castings wurde dies jedoch obsolet. Im Gegensatz zur Rasterung hat Raycasting kein Potenzial für überlappende Oberflächen.
Ray Casting wirft, wie der Name schon sagt, Strahlen aus der Perspektive der Kamera auf das Modell. Jedes Pixel auf der Bildebene wird mit Strahlen nachgezogen. Beim Rendern wird nur die erste Oberfläche angezeigt, auf die es trifft, und alle nachfolgenden Schnittpunkte danach werden ignoriert.
Raytracing ist die dritte Rendering-Technik.
Trotz seiner Vorteile war Raycasting nicht in der Lage, Schatten, Reflexionen und Brechungen genau nachzubilden. Als Ergebnis wurde Raytracing erstellt.
Raytracing ähnelt dem Raycasting, ist jedoch bei der Darstellung von Licht effektiver. Um Sekundärstrahlen zu erzeugen, werden die Primärstrahlen aus der Sicht der Kamera auf die Modelle geworfen. Je nach Beschaffenheit der Oberfläche werden nach dem Auftreffen auf ein Modell Schatten-, Reflexions- oder Brechungsstrahlen emittiert.
Wenn der Weg des Schattenstrahls zur Lichtquelle von einer anderen Oberfläche blockiert wird, wird ein Schatten auf diese Oberfläche geworfen. Wenn die Oberfläche reflektierend ist, wird der nachfolgende Reflexionsstrahl schräg abgestrahlt und beleuchtet jede andere Oberfläche, mit der er in Kontakt kommt, die dann ihre eigenen Strahlen aussendet. Daher ist rekursives Raytracing eine andere Bezeichnung für diesen Ansatz. Wenn der Sekundärstrahl auf eine transparente Oberfläche trifft, wird ein refraktiver Strahl emittiert.
Die Rendering-Gleichung ist die vierte Rendering-Technik.
Die Berechnung jedes Pixels dauert lange. Weitere Fortschritte beim Rendering führten schließlich zur Erfindung der Rendering-Gleichung, die versucht, genauer nachzuahmen, wie Licht in der Realität emittiert wird. Licht wird bei dieser Technik von allem emittiert, nicht nur von einer einzigen Lichtquelle. Im Gegensatz zum Raytracing, das ausschließlich direkte Beleuchtung verwendet, versucht diese Gleichung, alle Lichtquellen in der Auslosung zu berücksichtigen. Globale Beleuchtung oder indirekte Beleuchtung ist der Algorithmus, der mit dieser Gleichung erstellt wird.
Betrachtungspunkte
Hardware
Die Qualität des Renderings verbessert sich, aber der Prozess ist immer noch langsam, weshalb riesige Firmen viel in Renderfarmen investiert haben. Einzelne Designer und Künstler müssen inzwischen moderne Hardware einsetzen.
Rendering-Software erstellt Renderings mit GPU, CPU oder beidem. Auch Rendering-Apps sind ressourcenintensive Programme. Für ein schnelleres Rendern sind häufig zusätzliche Modifikationen erforderlich. Viele Faktoren tragen zu einem schnellen, hochwertigen Rendering bei, darunter Prozessorgeschwindigkeit, Grafikkartenintegration und -kompatibilität, Treiberkompatibilität und RAM.
Wenn Sie nach Rendering-Software suchen, sehen Sie sich diese umfassende Liste aktueller Rendering-Anwendungen an.
Software
Es gibt kein perfektes Rendering, so schrecklich das auch klingen mag. Dies ist auf das ständige Gleichgewicht verschiedener Elemente zurückzuführen, darunter Fotorealismus, Qualität, Geschwindigkeit, Datengröße und Auflösung.
Trotz ihrer Komplexität können diese grundlegenden Prinzipien verwendet werden, um fotorealistische Darstellungen zu erstellen. Zu Beginn sollte das Modell richtig proportioniert sein. Ein realistisch skaliertes Modell ist von Vorteil. Details können nachjustiert werden, wenn sie im Rendering falsch erscheinen, sodass die Messungen nicht genau sein müssen.
Um realistische Ergebnisse zu erzielen, sollten Modellmaterialien angemessen und hochdetailliert sein. Auch Renderings mit zufälligen Elementen in den Texturen wirken lebensechter.
Natürlich sind Beleuchtungsintensität, Temperatur und Standort wichtige Überlegungen. Die richtige Menge und Platzierung des Lichts macht es einfacher, die Dinge klar zu sehen. Denken Sie auch daran, dass Ihr Rendering möglicherweise durcheinander gebracht wird, wenn die Farbtemperatur nicht richtig eingestellt ist.
Schließlich verleiht die Nachbearbeitung Ihrem Rendering den letzten Schliff. Einfache Retuschen an Ihren Raw-Renderings können sie in atemberaubende lebensechte Bilder verwandeln.
Beliebte Anwendungen
In mehreren Bereichen hat das 3D rendering die Arbeitsabläufe verändert. Traditionelle Blaupausen und Modelle in der Architektur und im Ingenieurwesen werden nach und nach durch gerenderte Darstellungen ergänzt. Rendering ist eine kostengünstigere und zeitsparendere Methode für das Prototyping.
Neue Filme im Filmgeschäft sind heute stark von Renderings abhängig. Hochauflösende Animationsfilme wurden von 3D-Animationsstudios entwickelt. Physische Filmeffekte und Requisiten werden mit hochauflösenden Videoeffekten und computergenerierten Grafiken kombiniert, um die perfekte Aufnahme zu erstellen. Es gibt keine Grenzen, egal wie die Situation ist.
Renderings werden im Marketing verwendet, um fotorealistische Ansichten von Produkten darzustellen. Da Rendering kosteneffektiv ist, verwenden Marketingbranchen es, um Kampagnen zu erstellen, die so realistisch und ansprechend wie möglich sind.
Die Branche profitiert von der Weiterentwicklung der Spiele durch fotorealistisches Rendering und High-Definition. Jedes Jahr streben Spieleentwickler nach realistischeren Elementen, um den Spielern ein noch intensiveres Erlebnis zu bieten.
Die Weiterentwicklung des 3D-Rendering ist endlos. Das Wachstum von Rendering wird in den kommenden Jahren dadurch unterstützt, dass eine Vielzahl von Branchen darauf angewiesen ist.
Das ist alles, was Sie über 3D rendering Computer-3D-Rendering wissen müssen, damit Sie es auslagern oder Ihren aktuellen Prozess mit einem Remote-Studio optimieren können. Wir hoffen, dass Ihnen dieser Beitrag hilfreich war und Sie gefunden haben, wonach Sie gesucht haben.
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