3D 렌더링

3D rendering
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3차원(3D)
컴퓨터 그래픽스
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주요 용도
관련 토픽

3D 렌더링은 3D 모델을 컴퓨터에서 2D 이미지로 변환하는 3D 컴퓨터 그래픽 프로세스입니다. 3D 렌더링은 사실적인 효과나 비사실적인 스타일을 포함할 수 있습니다.

렌더링 방법

방사성 렌더링, DOF 및 절차 재료를 사용하여 6개의 컴퓨터 팬을 사실적으로 3D 렌더링합니다.

렌더링은 준비된 장면에서 실제 2D 영상 또는 애니메이션을 만드는 마지막 프로세스입니다.이는 실제 [1]설정이 완료된 후 사진을 찍거나 장면을 촬영하는 것과 비교할 수 있습니다.여러 가지 다른 렌더링 방법(종종 전문화)이 개발되었습니다.여기에는 명확하게 사실적이지 않은 와이어프레임 렌더링부터 폴리곤 기반 렌더링까지, 스캔라인 렌더링, 레이 트레이스, 무선성 등의 고급 기술이 포함됩니다.1개의 이미지/프레임으로 렌더링하는 데 몇 초에서 며칠이 걸릴 수 있습니다.일반적으로 사실적인 렌더링 또는 실시간 [2]렌더링에는 다른 방법이 더 적합합니다.

실시간

주요 기사: 실시간 컴퓨터 그래픽스
프레임을 실시간으로 렌더링하는 2003년 온라인 가상 세계 Second Life의 스크린샷

게임이나 시뮬레이션과 같은 인터랙티브 미디어의 렌더링은 초당 약 20~120프레임의 속도로 실시간으로 계산되어 표시됩니다.실시간 렌더링의 목표는 눈이 처리할 수 있는 정보를 1초 안에 최대한 많이 보여주는 것입니다(일명 "한 프레임 내에서").30프레임/초 애니메이션의 경우 프레임은 30분의 1초를 포함합니다).

주된 목표는 허용 가능한 최소 렌더링 속도(일반적으로 초당 24프레임, 사람의 눈이 움직임의 착각을 성공적으로 일으키기 위해 볼 수 있는 최소값)로 가능한 한 높은 수준의 광현실주의를 달성하는 것입니다.사실, 착취는 눈이 세상을 '감시'하는 방식으로 적용될 수 있고, 그 결과, 제시된 최종 이미지는 반드시 실제 세계의 것이 아니라 인간의 눈이 용인할 수 있을 만큼 충분히 가까운 것이다.

렌더링 소프트웨어는 렌즈 플레어, 피사계 깊이 또는 모션 블러와 같은 시각적 효과를 시뮬레이션할 수 있습니다.카메라와 사람의 눈의 광학적인 특성으로 인한 시각적 현상을 시뮬레이션하기 위한 시도입니다.이러한 효과는 비록 효과가 단지 카메라의 시뮬레이션된 인공물일지라도 장면에 사실적인 요소를 제공할 수 있다.이것은 게임, 인터랙티브 월드 및 VRML에서 사용되는 기본적인 방법입니다.

컴퓨터의 처리 능력이 급속히 향상됨에 따라 HDR 렌더링과 같은 기술을 포함한 실시간 렌더링에서도 점차 높은 수준의 사실성이 실현되었습니다.실시간 렌더링은 많은 경우 다각형이며 컴퓨터의 [3]GPU에 의해 지원됩니다.

비실시간

Gilles Tran이 작성한 컴퓨터 생성 이미지(CGI)

장편 영화나 비디오와 같은 비인터랙티브 미디어용 애니메이션은 [4]렌더링에 훨씬 더 많은 시간이 걸릴 수 있습니다.비실시간 렌더링을 통해 제한된 처리 능력을 활용하여 더 높은 화질을 얻을 수 있습니다.개별 프레임의 렌더링 시간은 복잡한 장면의 경우 몇 초에서 며칠까지 다를 수 있습니다.렌더링된 프레임은 하드 디스크에 저장된 후 동영상 필름이나 광학 디스크와 같은 다른 매체로 전송됩니다.그런 다음 이러한 프레임은 이동 착각을 실현하기 위해 일반적으로 24, 25 또는 30 프레임/초(fps)의 높은 프레임률로 순차적으로 표시됩니다.

포토 리얼리즘이 목적이라면, 광선 트레이스, 패스 트레이스, 광자 매핑, 또는 방사성과 같은 기술이 채용된다.이것은 디지털 미디어와 예술 작품에서 사용되는 기본적인 방법이다.기법은 빛과 다양한 형태의 물질의 상호작용과 같은 다른 자연 발생 효과를 시뮬레이션하기 위해 개발되었습니다.그러한 기술의 예로는 입자 시스템(비, 연기 또는 화재를 시뮬레이션할 수 있는), 체적 표본 추출(안개, 먼지 및 기타 공간적 대기 효과 시뮬레이션을 위한), 가성(수영장 바닥에서 볼 수 있는 빛의 잔물결과 같은 불규칙한 빛 굴절 표면에 의해 초점을 맞춘 빛의 시뮬레이션을 위한), 지하 산란(대) 등이 있다.사람의 피부와 같은 고체 물체의 체적 안에서 반사되는 빛을 시뮬레이션한다.)

렌더링 프로세스는 시뮬레이션되는 복잡한 물리적 프로세스를 고려할 때 계산 비용이 많이 듭니다.컴퓨터 처리 능력은 수년간 급속히 향상되어 점점 더 높은 수준의 사실적인 렌더링이 가능해졌습니다.컴퓨터로 제작한 애니메이션을 제작하는 필름 스튜디오는 일반적으로 렌더 팜을 사용하여 이미지를 적시에 생성합니다.그러나 하드웨어 비용 감소는 렌더링 [5]팜을 사용할 때 발생하는 비용을 고려할 때 가정용 컴퓨터 시스템에서 소량의 3D 애니메이션을 만드는 것이 완전히 가능하다는 것을 의미합니다.렌더러 출력은 종종 완성된 영화 장면의 작은 일부로서만 사용됩니다.많은 재료 층을 개별적으로 렌더링하고 합성 소프트웨어를 사용하여 최종 샷에 통합할 수 있습니다.

반사 및 음영 모델

반사/산란 및 음영 모델은 표면의 외관을 설명하는 데 사용됩니다.이러한 문제들은 그 자체로 문제처럼 보일 수 있지만, 거의 전적으로 렌더링의 맥락에서 연구됩니다.현대의 3D 컴퓨터 그래픽은 Phong 반사 모델이라고 불리는 단순화된 반사 모델에 크게 의존합니다(Phong shading과 혼동하지 마십시오).빛의 굴절에서 중요한 개념은 굴절률입니다. 대부분의 3D 프로그래밍 구현에서 이 값은 "굴절률"(일반적으로 IOR로 줄임)이라고 합니다.

쉐이딩은 두 가지 다른 기법으로 나눌 수 있으며, 이러한 기법은 종종 독립적으로 연구됩니다.

  • 서페이스 쉐이딩 - 빛이 서페이스에 퍼지는 방법(비디오 게임에서 실시간 3D 렌더링을 위한 스캔 라인 렌더링에 주로 사용됨)
  • 반사/산란 - 특정 지점에서 빛이 표면과 상호작용하는 방식(주로 CGI 스틸 3D 영상과 CGI 비인터랙티브 3D 애니메이션 모두에서 비실시간 사진 및 예술적인 3D 렌더링에 사용됨

표면 쉐이딩 알고리즘

3D 컴퓨터 그래픽스에서 널리 사용되는 표면 쉐이딩 알고리즘은 다음과 같습니다.

  • 플랫 쉐이딩: 폴리곤의 "정규"와 광원의 위치와 강도에 따라 물체의 각 폴리곤을 음영하는 기술
  • Guraud 쉐이딩: 1971년 H. Guraud에 의해 발명되었습니다.매끄러운 쉐이딩 표면을 시뮬레이션하기 위해 사용되는 빠르고 자원을 의식하는 정점 쉐이딩 기술입니다.
  • Phong shading: Bui Tuong Phong이 발명한 것으로, 경사진 하이라이트와 부드러운 음영 표면을 시뮬레이션하기 위해 사용됩니다.

반사

녹색 조명이 있는 유타 주전자

반사 또는 산란이란 주어진 지점에서 들어오는 조명과 나가는 조명 사이의 관계입니다.산란 설명은 보통 양방향 산란분포함수 또는 [6]BSDF의 관점에서 주어진다.

음영

차광은 표면에 분산되는 다양한 유형의 산란(즉, 어떤 산란 기능이 어디에 적용되는지)을 다룬다.이러한 종류의 설명은 일반적으로 [7]셰이더라고 불리는 프로그램으로 표현됩니다.음영 처리의 간단한 예로는 텍스처 매핑을 들 수 있습니다.이 매핑은 이미지를 사용하여 표면의 각 점에서 확산 색상을 지정하여 보다 명확한 세부 정보를 제공합니다.

일부 음영 기술은 다음과 같습니다.

  • 범프 매핑:Jim Blinn에 의해 발명된, 주름진 [8]표면을 시뮬레이션하기 위해 사용되는 일반적인 퍼터베이션 기술입니다.
  • 셀 셰이딩: 손으로 그린 애니메이션의 모양을 모방하는 기술입니다.

운송

트랜스포트란, 씬(scene)의 조명이 어떻게 한 장소에서 다른 장소로 이동하는지를 나타냅니다.가시성은 경운송의 주요 구성요소이다.

투영

Perspective 투영

그래서 표시 장치-즉 모니터-2차원에서만 보여 줄 수 있는데 이 과정 3D프로젝션이라 불리는 그 회색으로 3차원의 물체를 평평하게 만들어야 한다.이 프로젝션을 사용하여, 대부분 애플리케이션, 투시 투영을 위해 한 것은.투시 투영 뒤에 그 기본적인 생각은 더 먼 곳에 있는 개체 작은들이 눈에 더 가까운 관련에서 만들어지고 있다.프로그램은 팽창 상수는 관찰자에게서 거리의 부정적의 힘을 곱하여관점을 생산한다.1의 팽창 상수가 없다는 전망이 있다는 것을 의미한다.높은 팽창 상수에 이미지 왜곡 발생하기 시작하는"어안 렌즈를 사용한"효과를 유발할 수 있다.정사영은 과학적 모델 정확한 측정과 3차원의 보존이 필요한 CAD또는 CAM애플리케이션에서 사용된다.

렌더링 엔진

주요 기사:3D렌더링 소프트웨어 목록.

밥 엔진 함께 또는 3D모델링 소프트웨어에 통합할 하지만 독립 실행형 소프트웨어이기도 하다 올지도 모른다.반면 어떤 사람과 배타적이다 어떤 기반해 엔진 다양한 3D소프트웨어와 양립할 수 있다.


참고 항목

주 및 참고 자료

  1. ^ Badler, Norman I. "3D Object Modeling Lecture Series" (PDF). University of North Carolina at Chapel Hill. Archived (PDF) from the original on 2013-03-19.
  2. ^ "Non-Photorealistic Rendering". Duke University. Retrieved 2018-07-23.
  3. ^ "The Science of 3D Rendering". The Institute for Digital Archaeology. Retrieved 2019-01-19.
  4. ^ Christensen, Per H.; Jarosz, Wojciech. "The Path to Path-Traced Movies" (PDF). Archived (PDF) from the original on 2019-06-26.
  5. ^ "How render farm pricing actually works". GarageFarm. 2021-10-24. Retrieved 2021-10-24.
  6. ^ "Fundamentals of Rendering - Reflectance Functions" (PDF). Ohio State University. Archived (PDF) from the original on 2017-06-11.
  7. ^ 셰이더라는 단어는 로컬 기하학적 변동을 설명하는 프로그램에도 사용됩니다.
  8. ^ "Bump Mapping". web.cs.wpi.edu. Retrieved 2018-07-23.

외부 링크