渲染

2016-03-18 11:44:23
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渲染(Render)在電腦繪圖中是指:用軟件從模型生成圖像的過程。模型是用嚴格定義的語言或者數據結構對于三維物體的描述,它包括幾何、視點、紋理以及照明信息。圖像是數字圖像或者位圖圖像。

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       概念

  渲染(Render)在電腦繪圖中是指:用軟件從模型生成圖像的過程。模型是用嚴格定義的語言或者數據結構對于三維物體的描述,它包括幾何、視點、紋理以及照明信息。圖像是數字圖像或者位圖圖像。渲染這個術語類似于“藝術家對于場景的渲染”。另外渲染也用于描述:計算視頻編輯文件中的效果,以生成最終視頻輸出的過程。

  渲染是三維計算機圖形學中的最重要的研究課題之一,并且在實踐領域它與其它技術密切相關。在圖形流水線中,渲染是最后一項重要步驟,通過它得到模型與動畫最終顯示效果。自從二十世紀七十年代以來,隨著計算機圖形的不斷復雜化,渲染也越來越成為一項重要的技術。

  渲染的應用領域有:計算機與視頻游戲、模擬、電影或者電視特效以及可視化 設計,每一種應用都是特性與技術的綜合考慮。作為產品來看,現在已經有各種不同的渲染工具產品,有些集成到更大的建模或者動畫包中,有些是獨立產品,有些 是開放源代碼的產品。從內部來看,渲染工具都是根據各種學科理論,經過仔細設計的程序,其中有:光學、視覺感知、數學以及軟件開發。

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  渲染的基本過程

  首先,必須定位三維場景中的攝像機,這和真實的攝影是一樣的。一般來說,三維軟件已經提供了四個默認的攝像機,那就是軟件中四個主要的窗口,分為頂視圖、正視圖、側視圖和透視圖。我們大多數時候渲染的是透視圖而不是其它視圖,透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理,所以我們看到的結果才會和真實的三維世界一樣,具備立體感。接下來,為了體現空間感,渲染程序要做一些“特殊”的工作,就是決定哪些物體在前面、哪些物體在后面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關系是不能完美再現的,很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環境霧、景深效果都是有著密切聯系的。 渲染程序通過攝像機獲取了需要渲染的范圍之后,就要計算光源對物體的影響,這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟件都有默認的光源,否則,我們是看不到透視圖中的著色效果的,更不要說渲染了。因此,渲染程序就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是,渲染程序往往要計算大量的輔助光源。在場景中,有的光源會照射所有的物體,而有的光源只照射某個物體,這樣使得原本簡單的事情又變得復雜起來。在這之后,還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影?這往往取決于在場景中是否使用了透明材質的物體計算光源投射出來的陰影。

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     另外,使用了面積光源之后,渲染程序還要計算一種特殊的陰影--軟陰影(只能使用光線追蹤),場景中的光源如果使用了光源特效,渲染程序還將花費更多的系統資源來計算特效的結果,特別是體積光,也稱為燈光霧,它會占用代量的系統資源,使用的時候一定要注意。 在這之后,渲染程序還要根據物體的材質來計算物體表面的顏色,材質的類型不同,屬性不同,紋理不同都會產生各種不同的效果。而且,這個結果不是獨立存在的,它必須和前面所說的光源結合起來。如果場景中有粒子系統,比如火焰、煙霧等,渲染程序都要加以“考慮”。

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  渲染軟件

  渲染軟件既有獨立的軟件,也有3D模型自帶的渲染器(插件)。3D模型設計軟件自帶的渲染器一般用于模型比較簡單、材質單一的渲染,而單獨的渲染軟件用于模型復雜、材質豐富、場景宏大的模型渲染中。

  常見的有以下幾種:Lightscape,Artlantis,Render,Brazil,SolidWorks,AccuRender,VRay,Cinema4D,ZBrush 4R7.

  Lightscape

  Lightscape是一種先進的光照模擬和可視化設計系統,用于對三維模型進行精確的光照模擬和靈活方便的可視化設計。Lightscape是世界上唯一同時擁有光影跟蹤技術、光能傳遞技術和全息技術的渲染軟件;它能精確模擬漫反射光線在環境中的傳遞,獲得直接和間接的漫反射光線;使用者不需要積累豐富實際經驗就能得到真實自然的設計效果。LIGHTSCAPE可輕松使用一系列交互工具進行光能傳遞處理、光影跟蹤和結果處理。LIGHTSCAPE3.2是LIGHTSCAPE公司被AUTODESK公司收購之后推出的第一個更新版本。

  Lightscape現已合并到3DMAX里面。

  Artlantis渲染器

  Artlantis 是法國Advent公司重量級渲染引擎, 也是SKETCHUP的一個天然渲染伴侶,它是用于建筑室內和室外場景的專業渲染軟件,其超凡的渲染速度與質量,無比友好和簡潔的用戶界面令人耳目一新, 被譽為建筑繪圖場景、建筑效果圖畫和多媒體制作領域的一場革命,其渲染速度極快,ARTLANTIS與SKETCHUP、3DMAX、ArchiCAD等 建筑建模軟件可以無縫鏈接,渲染后所有的繪圖與動畫影像呈現讓人印象深刻。

  Artlantis中許多高級的專有功能為任意的三維空間工程提供真實的基于硬件和燈光現實仿真技術。對于許多主流的建筑 CAD 軟件,如 ArchiCAD、 VectorWorks、SketchUp、AutoCAD、Arc+等,Artlanits 可以很好的支持輸入通用的 CAD文件格式:DXF、DWG、3DS等。

  理念的誕生造就了Artlantis 渲染軟件的成功, 擁有80多個國家超過65000之多的用戶群。 雖然在國內,還沒有更多的朋友接觸它、使用它。但是 Artlantis 的高科技創新在任何的 3D 建模軟件中是不可否認的同伴,其操作理念、超凡的速度及相當好的質量證明它是一個難得的渲染軟件。

  Brazil渲染器(巴西渲染器)

  在SIGGRAPH 2005(第32屆國際計算機圖形圖像交流大會)上,高端3D渲染軟件供應商SplutterFish LLC將與Orphanage及包括Autodesk,,McNeel & Assoc和Archvision等在內的領先的軟件制造商在大會的展臺上開展合作。SplutterFish團隊將主要展示他們最新版本的Brazil 渲染器2.0。

  這個最新發行的渲染軟件展現給用戶的全新特征包括:3D motion blur、渲染時間置換、3dsmax肌理渲染支持、加強的GI特征如渲染隱蔽處(發光處、區域高光、 表層下的散射等)、加強的核心性能(存儲器、CPU等)及許多其他內容。Brazil渲染器2.0的目標是成為最易操縱的高性能渲染器,保持高質量高產 量,以及成為以藝術為中心的頂級CG專業人士之選。Brazil渲染器2.0針對3ds max,VIZ和Rhinoceros的版本將在晚些時候推出。

  SolidWorks

  SolidWorks為達索系統(Dassault Systemes S.A)下的子公司,專門負責研發與銷售機械設計軟件的視窗產品。達索公司是負責系統性的軟件供應,并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務。該集團提供涵蓋整個產品生命周期的系統,包括設計、工程、制造和產品數據管理等各個領域中的最佳軟件系統,著名的CATIAV5就出自該公司之手,達索的CAD產品市場占有率居世界前列。

  Maxwell

  NextLimit 發布Maxwell Render,Maxwell Render 是一款可以不依附其他三維軟件可以獨立運行的渲染軟件,采用了光譜的計算原理,打破了長久以來光能傳遞等渲染技術,使結果更逼真。

  Maxwell是一個基于真實光線物理特性的全新渲染引擎,按照完全精確的算法和公式來重現光線的行為。 Maxwell中所有的元素,比如燈光發射器,材質,燈光等等,都是完全依靠精確的物理模型產生的。可以紀錄場境內所有元素之間相互影響的信息,所有的光線計算都是使用光譜信息和高動態區域數據來執行的。主要功能:

  1、內部沒有采用傳統的RGB色彩空間,而是用光譜來定義光線的顏色。完全把光線當作攜帶能量的電磁波來看待。

  2、聲稱可以避免傳統的Photon Map、Radiocity等算法的缺點。

  3、內置真實的攝影機鏡頭算法,而不用Post的 Camera Shader。直接可以計算白光色散等光學現象

  3、先進的Caustics算法

  4、嚴格的光源定義,不允許沒有面積的光源,并且支持眾多數量的光源。

  5、完全真實的Motion Blur

  6、未來的廣泛的支持,涉及各種主流軟件。包括sketchup4-5,3dsmax6-7-8,cinema4d8.5-9.x,formz5.5,lightwave7.5-8.2,maya6-7,rhino3,soliworks2006都有其插件接口。

  AccuRender

  新一代渲染軟件 AccuRender 3.0

  AccuRender3是美國Robert McNeel公司開發的渲染軟件新版本,擁有圖形學最新技術----輻射度算法(Radiosity),與光線跟蹤算法結合;直接從AutoCAD三維模型中生成與照片類似的真實感渲染圖像。

  可精確計算陰影,以及用戶定義的各種材料表面的透明度、漫射、反射和折射 的光學效應。精確計算的光學模擬可以產生包括16,700,000種顏色(24位/象素),無限分辨率,十分逼真的復雜影象。它將用于渲染的全部信息與圖 形一起存盤,由于在AutoCAD內部運行,具有與AutoCAD一致的工作環境,直觀的渲染工作界面,天正建筑提供的快速渲染接口 支持AccuRender2.1;大大簡化了學習過程,帶來了前 所未有的方便。

  HyperShot

  由Bunkspeed公司所出品一款基于luxrender的即時著色渲染軟件hyperShot。hyperShot為一套即時3DRendering,制作即時照片質量的圖象軟件。即時渲染技術,可以讓使用者更加直觀和方便的調節場景的各種效果,在很短的時間內作出高品質的渲染效果圖,甚至是直接在軟件中表達出渲染效果,大大縮短了傳統渲染操作所需要花費的大量時間。

  版本為v1.9.21,可直接以插件的形式支持Pro/ENGINNER、SolidWorks、Rhino及Google SketchUp;即時著色不再需要任何專門技術,任何設計師都可以為他們的3D電腦設計預先做出逼真的著色渲染圖象,而這僅僅需要幾分鐘。節省了大量做實體模型的金錢和時間耗費 ,有個Bunkspeed提供的hyperShot強大功能,渲染已成為創建過程和工作流程(從設計構思到營銷圖象)中一個簡單而必要的部分。

  hyperShot操 作簡單僅僅6個圖標即可操作實現渲染著色,再搭配自行研發申請的專利技術可實現直接渲染,讓你可以實時創作和處理高分辨率3D數字圖象。設計的渲染是動態 進行的,其效果極為真實,并且是在顯示全部圖形細節的狀態下。以前要由相關專業人士進行的工作,團隊中的任何人都可以獨立完成。

  VRay

  VRay是由chaosgroup和asgvis公司出品,中國由曼恒公司負責推廣的一款高質量渲染軟件。VRay是目前業界最受歡迎的渲染引擎。基于V-Ray 內核開發的有VRay for 3ds max、Maya、Sketchup、Rhino等諸多版本,為不同領域的優秀3D建模軟件提供了高質量的圖片和動畫渲染。除此之外,VRay也可以提供單獨的渲染程序,方便使用者渲染各種圖片。

  VRay渲染器提供了一種特殊的材質——VrayMtl。在場景中使用該材質能夠獲得更加準確的物理照明(光能分布),更快的渲染,反射和折射參數調節更方便。使用VrayMtl,你可以應用不同的紋理貼圖,控制其反射和折射,增加凹凸貼圖和置換貼圖,強制直接全局照明計算,選擇用于材質的BRDF。

  Cinema4D

  德國MAXON公司出品的Cinema 4D,是一套整合3D模型、動畫與算圖的高級三維繪圖軟件,一直以高速圖形計算速度著名,并有令人驚奇的渲染器和粒子系統,其渲染器在不影響速度的前提下,使圖像品質有了很大提高,可以面向打印、出版、設計及創造產品視覺效果。今年八月發布最新版本CINEMA 4D R11。

  CINEMA 4D有以下優點:

  · 包含了多種現代3D藝術家所需要的強大易用建模工具,包含 Bones、NURBS和最簡單、易用、有效的燈光選項 。

  · 100多個藝術創作建模工具允許用戶交互的創作甚至是最復雜的模型。

  · 超過50基本元素(立方體、球體等等),這意味著用戶可以只需花很少的經驗去建模。

  · 內置的基本變形參數(扭曲、彎曲等等),允許用戶拖拽鼠標就可以交互控制模型。

  · 強大的材質系統讓建立相片級真實度的材質輕而易舉(如石頭、布料、玻璃等等)。

  · 13個材質通道提供超越需求的特性,讓用戶可以在完美模型上建立完美材質。

  Cinema 4D 軟件是個功能異常強大操作卻極為簡易的軟件。該軟件的推出,自 2004 年 R9 版本的推出后,其功能大大完善,已引起業界的極大關注及無數贊譽,被業界譽為“新一代的三維動 畫制作軟件”,并開始大量應用于各類大片中。 2006 年的最新版本 R10 的推出,更被廣大用戶譽為“革命性的升級”。無論你是拍攝電影、電視、游戲開發、醫學成像、工業、建筑設計、印刷設計或網絡制圖, Cinema 4D 都將以其豐富的工具包為您帶來比其它 3D 軟件更多的幫助和更高的效率。

  與眾所周知的其它 3D 軟件一樣(如 Maya 、 Softimage XSI 、 3D Max 等), Cinema 4D 同樣具備高端 3D 動畫軟件的所有功能。所不同的是在研發過程中, Cinema 4D 的工程師更加注重工作流程的流暢性、舒適性、合理性、易用性和高效性。因此,使用 Cinema 4D 會讓設計師在創作設計時感到非常輕松愉快,賞心悅目,在使用過程中更加得心應手,有更多的精力置于創作之中,即使是新用戶,也會感覺到 Cinema 4D 的上手非常容易。

  ZBrush 4R7

  ZBrush是一個數字雕刻和繪畫軟件,它以強大的功能和直觀的工作流程 徹底改變了整個三維行業。在一個簡潔的界面中,ZBrush 為當代數字藝術家提供了世界上最先進的工具。以實用的思路開發出的功能組合,在激發藝術家創作力的同時,ZBrush 產生了一種用戶感受,在操作時會感到非常的順暢。ZBrush 能夠雕刻高達 10 億多邊形的模型,所以說限制只取決于的藝術家自身的想象力。

  ZBrush 軟件是世界上第一個讓藝術家感到無約束自由創作的 3D 設計工具!它的出現完全顛覆了過去傳統三維設計工具的工作模式,解放了藝術家們的雙手和思維,告別過去那種依靠鼠標和參數來笨拙創作的模式,完全尊重設計師的創作靈感和傳統工作習慣。

  ZBrush可以實時的進行不斷的渲染和著色。 對于繪制操作,ZBrush 增加了新的范圍尺度,可以讓你給基于像素的作品增加深度,材質,光照和復雜精密的渲染特效,真正實現了 2D 與 3D 的結合,模糊了多邊形與像素之間的界限,讓你為它的多變而驚訝,興奮不已。

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