Рендеринг: что это, зачем нужно и как работает

Рендеринг — это процесс создания плоского растрового изображения (или последовательности из нескольких таких изображений) на основе 2D- или 3D-данных, а именно — моделей и сцен, созданных автором (художником, моделлером, моушн-дизайнером или др.). 

Запустить и реализовать этот процесс позволяет специализированное программное обеспечение — с помощью него происходит преобразование моделей и сцен в плоское изображение. В ходе работы такого ПО производятся сложные вычисления, поэтому для рендеринга нужна мощная и дорогая профессиональная техника. И чем лучше эта техника, тем меньше времени потребуется на создание финальной картинки и тем более качественный результат получится на выходе.

Как в общих чертах происходит 3D-рендеринг? Движок рендера выполняет огромное количество вычислений по заданным алгоритмам. На основе математических данных о сценах и моделях, которые создал в программе автор, поэтапно происходит их обработка и превращение в плоское изображение. 

В процессе обработки модели обретают четкие линии, цвета и оттенки, реалистичные тени и отражения, обусловленные физикой и расположением других объектов в сцене. Так, их внешний вид становится завершенным и цельным, каждый пиксель изображения становится доработанным. А художник видит тот результат, который ранее «нарисовал» в своей голове.

После того как картинка готова, её можно по-разному использовать — презентовать, как есть, или встраивать в видеоряд. Зависит от проекта и задачи, ради которой была проведена работа. 

Мы в «Видеозайце» с 2013 года занимаемся созданием анимационных видеороликов и 3D-визуализацией. За это время выпустили более 700 видео разного назначения и знаем все тонкости разработки и выпуска рекламных роликов. 

Иногда мы получаем правки в видеопрезентацию от заказчиков за 10 минут до начала мероприятия, где нужен этот ролик. Мы их не можем внести сиюминутно, потому что после внесения правок нужен рендеринг. В среднем на него уходит от часа до десяти. А если проект сложный, может потребоваться намного больше времени. Что такое 3D-рендеринг и почему без него не обойтись, рассказываем в нашей статье.

Содержание

• Зачем нужен 3D-рендеринг и в каких сферах используется
• Что нужно знать для погружения в тему рендеринга
  • Что предшествует рендерингу и на каком этапе работы он нужен
  • Что происходит с моделями и сценами во время рендеринга
  • Какие термины нужно знать начинающему 3D-художнику: методы рендеринга, режимы и др.
  • Как добиться максимальной фотореалистичности при рендеринге
• Программы для 3D-рендеринга: обзор
  • Решения непосредственно для рендеринга
  • Программы для 3D-моделирования со встроенными рендерами
• От чего зависит скорость рендеринга
  • Как соблюсти баланс между скоростью и качеством рендеринга
  • Что такое рендер-ферма и рендер-станция и зачем они нужны
• Чек-лист: что нужно новичку, чтобы начать заниматься 3D-рендерингом

Зачем нужен 3D-рендеринг и в каких сферах используется

Рендеринг нужен, чтобы визуализировать сложные процессы, показывать их наглядно и изнутри, а также моделировать объекты и презентовать идеи, для которых недостаточно возможностей обычного офисного софта. 

Это может быть полезно в проектировании сооружений и зданий, разработке комплектующих для различных устройств и приборов (и самих устройств и приборов) и различной продукции. В основном все это используется в производственных сферах, дизайне интерьеров, промышленном дизайне, архитектурном деле, проектировании и т. п. — везде, где конечный продукт осязаем. Или должен быть визуализирован, чтобы его преимущества и особенности применения стали всем понятны. 

А ещё без рендеринга стало бы невозможным создание видеоигр, мультфильмов и кинофильмов с самой впечатляющей, «живой» и реалистичной графикой. В зависимости от замысла художника создаются модели и сцены в нужной стилистике вплоть до гиперреализма — когда сложно отличить смоделированное на компьютере изображение от фотографии. 

Рендеринг используется и в видеопроизводстве. Самая эффектная, запоминающаяся видеореклама, которая вызывает восторг у аудитории и на годы становится визитной карточкой компании-заказчика, создается с помощью мощнейших рендеров (специализированного программного обеспечения) профессиональными 3D-художниками и целыми командами других специалистов. 

Читать подробную статью о применении 3D-анимации в бизнесе 

Что нужно знать для погружения в тему рендеринга

Чтобы получить начальные знания о теме и начать работать в специализированном программном обеспечении, важно разобраться в базовой терминологии, типах и методах рендеринга. Это поможет вам существенно сэкономить время при работе в программах. 

Что предшествует рендерингу и на каком этапе работы он нужен

В работе над проектами рендерингу предшествует четыре этапа. 

1. Анализ проекта. На данном этапе принимаются решения о рендеринге объекта — нужно ли это и зачем, оправданы ли планируемые ресурсозатраты или без этого можно обойтись. Оправданы они бывают, когда есть цель, недостижимая или сложнодостижимая без помощи рендеринга. 

Например, проектирование здания, а также любого сложного продукта, который необходимо визуализировать перед запуском производственного процесса. Или создание видеопрезентации для компании со сложным продуктом / большим количеством направлений деятельности, о которых сложно рассказать за несколько минут. С этой задачей справится только грамотно построенный видеоролик с качественной 3D-графикой и сильным сюжетом. 

2. Дизайн. Определяем характеристики готового объекта: цвет, текстура, ракурсы, освещение, окружение и т. п. Всё, что касается его внешнего вида. 

Чем сложнее продукт, тем более вдумчиво и внимательно к этому процессу необходимо подойти: важно, чтобы то, каким мы изображаем объект, не противоречило его свойствам и применению. И чем ближе к реальности мы его изобразим, тем проще будет донести свою идею и рассказать о нём коллегам, инвесторам или потенциальным покупателям. 

3. Моделирование. 3D-моделирование — это процесс создания трехмерного цифрового представления объекта. Используя специальное ПО, художник задает расположение вершинам моделируемых объектов, рисует рёбра фигур. Формируются полигоны — выпуклые многоугольники, которые состоят из нескольких соединённых между собой точек в пространстве и образуют грани. В совокупности вершины, рёбра и грани составляют полигональную сетку объекта. 

4. Помимо полигонов в моделировании объектов можно использовать сплайны (кривые линии) — дуги, поверхности Безье и пр. — однако основную часть работы обычно выполняют с помощью полигонов. 

Для ускорения процесса моделирования объектов используют примитивы. Это готовые упрощенные базовые элементы — геометрические фигуры, формы и типовые соединения, на основе которых получают более сложные модели. 

На этапе моделирования художник задает свойства каждому объекту, определяет, какие вершины должны находиться в общей плоскости, а какие — в разных. Создает столько полигонов, сколько нужно для требуемой степени детализации объекта — в зависимости от задачи и замысла. Решает, как и какие текстуры будут наложены, определяет физические свойства (массу, упругость и др.).

Поле моделирования происходит расстановка источников света, виртуальных камер, добавление спецэффектов и создание анимации, если нужно (это отдельная большая тема). Всё это — заготовка, которая после рендеринга превратится в полноценное изображение.

Что происходит с моделями и сценами во время рендеринга 

В начале статьи мы рассказали, как в общих чертах проходит рендеринг. Теперь остановимся подробнее на каждом этапе этого процесса. Также познакомим вас с терминами — о них нужно знать, чтобы погрузиться в тему. 

Итак, вот что происходит во время рендеринга (коротко). 

Внешний вид объектов становится реалистичным, преображаются поверхности и появляется цвет. Посмотрев на модель объекта до рендеринга, нельзя назвать материалы, из которых он выполнен. После обработки это становится возможно. Объект и каждый элемент можно сделать деревянным или металлическим; пластиковым или стеклянным; матовым или глянцевым и т. д.

Задается освещение и путь лучей. Свет играет очень важную роль, когда мы стремимся к реалистичности представления объекта. Без физически правильного отражения и преломления лучей, отображения теней этого добиться было бы сложно. Во время рендеринга всё это рассчитывается по существующим алгоритмам и применяется к каждому объекту и сцене. 

Появляются тени и отражения. В зависимости от метода рендеринга определяется их количество и степень реалистичности.

Что значит «рендерить»? На сленге 3D-художников рендерить — значит получать готовое обработанное изображение, когда все настройки рендеринга заданы и остается заключительный этап — непосредственно визуализация. Она происходит в ходе сложных вычислительных процессов.

После всех этих этапов 3D-художник вносит финальные штрихи и показывает результат (или разные варианты результата для сравнения) арт-директору или сразу клиенту, при необходимости вносит правки. Когда все согласовано, конечный вариант сохраняется в выбранном формате. 

Какие термины нужно знать начинающему 3D-художнику: методы рендеринга, режимы и не только

Существует два режима рендеринга. 

Рендеринг в реальном времени (Real-time Rendering). Используется в основном в интерактивной и игровой графике, где изображения обрабатываются с высокой скоростью и моментально появляются на дисплее в виде законченной картинки. 

Минимальная скорость обработки в таких случаях составляет 25 кадров в секунду, средняя — 60, превосходная — 120. При показателе ниже 25 кадров в секунду кадры сменяются настолько медленно, что пользователь обращает на это внимание. Играть в игру становится некомфортно. 

При рендеринге в реальном времени большая нагрузка ложится на видеокарту (благодаря этому вычислительные мощности железа разгружаются и могут быть задействованы в других задачах). Чем лучше характеристики видеокарты, тем выше скорость рендеринга и тем более сложные с точки зрения графики игры тянет железо. 

Предварительный рендеринг (Prerendering). Используется, когда детализированность и реалистичность картинки — в приоритете, а потребность в высокой скорости обработки не так важна. Так бывает, когда речь идет о разработке сложных графических моделей и сцен. Это актуально при создании мультфильмов, рекламных 3D-видеороликов и спецэффектов в кино. 

Говоря о 3D-рендеринге в целом, обычно подразумевают именно предварительный рендеринг.

К слову, на рендеринг одного кадра анимационного фильма Pixar уходит час работы их рендер-фермы. Это при условии, что у Пиксара мощнейшие рендер-фермы в мире. Только представьте, сколько времени уходит на создание графики для целого такого фильма!

При предварительном рендеринге, как правило, вычисления ложатся уже не на видеокарту, а на центральный процессор (или процессоры). На скорость влияют его характеристики — микроархитектура, частота, количество ядер, объемы кэш-памяти и др.

С точки зрения особенностей обработки графики выделяют два типа рендеринга.

Однопоточный рендеринг — это когда вычисления производятся синхронно в единственном потоке. Подходит для создания простых сцен с невысокой степенью реалистичности.

Многопоточный рендеринг — это когда вычисления производятся в нескольких потоках отдельно. Например, в один проход обрабатываются только тени, в другой — только отражения, а в третий — только цвета. Затем всё это объединяется в специализированном ПО и при необходимости корректируется послойно (напоминает работу в Photoshop). Такой рендеринг используется при создании сцен с высокой степенью детализации и реалистичности объектов.

Перед рассмотрением методов рендеринга раскроем термин Растеризация.

Растеризация — процесс, в ходе которого векторное описание объекта преобразуется в растровое. Каждая модель на сцене состоит из векторных (описанных математически) объектов: треугольников, кривых, поверхностей высших порядков и др. При рендеринге происходит преобразование векторного изображения в пиксели картинки. Результат выводится на экран и/или записывается в файл на диске.

Теперь рассмотрим методы рендеринга.

Скайнлайн (Scanline) — это разновидность растеризации и алгоритм для определения видимой поверхности. Вместо того, чтобы сканировать по пикселям или по полигонам, он сканирует объект построчно. Сканирующая строка идет сверху вниз и определяет, какие примитивы она пересекает или не пересекает, транслирует в рабочую память только координаты пересекаемых вершин. 

Используется при черновом рендеринге и рендеринге в реальном времени. Метод позволяет получить готовый результат при малом времени затраченном на обработку.

Однако важно понимать, что одной растеризации мало. Превращая одно в другое, этот метод не учитывает физику. То есть ни теней, ни лучей, ни отражений, ни рассеянного красивого света на изображении после растеризации не будет. А ведь без них реалистичности добиться не получится, и зритель не поверит художнику. Особенно если мы хотим добиться фотореалистичности. 

Рейкастинг (Ray Casting, метод бросания лучей) — метод, который используется чаще всего при рендеринге в реальном времени, при разработке видеоигр и несложной анимации для мультиков. Как мы уже отмечали, детализированность изображения в таких случаях не является приоритетом. Объекты выглядят минимально обработанными, как бы «матовыми», плоскими, а не объемными. Рейкастинг удобен, когда нужно отрендерить много кадров сразу с минимальными временными затратами и в условиях отсутствия мощного железа.

Как это работает? Художник задает точку обзора и источники света в сцене. Направление лучей света рассчитывается с помощью алгоритмов, и на основе этого определяются их точки пересечения. А уже на основе пересечений определяется, что видно и что не видно с выбранной точки обзора.

Фигуры в изображении анализируются по пикселям или по строкам. В процессе определяется не только видимое и невидимое с точки обзора, но и цвета пикселей.

Радиосити (Radiosity) — при этом методе отраженный свет освещает область вокруг поверхности, рассеянные лучи отражаются во множестве направлений. Таким образом затенение выглядит реалистично. Этот метод по сути имитирует то, как поверхности становятся источниками непрямого света для других поверхностей при освещении.

Radiosity создает реалистичное затенение, имитирующее рассеивание света в реальных сценах. Рассеянный свет из определенной точки на определенной поверхности отражается в широком спектре и освещает визуализированное пространство. В сочетании с Ray Tracing (об этом методе расскажем дальше) позволяет добиться очень высокой реалистичности. 

При рендеринге в реальном времени, создании видеоигр и мультфильмов, Radiosity пользуется популярностью. Сложные для отражения света объекты в ходе обработки могут быть заменены на более простые, схожие по размеру и текстуре — тем самым ускоряется обработка целого изображения. 

Кроме того, данные, полученные при имитации рассеянного света методом Radiosity, сохраняются и могут быть скопированы с одного кадра на другой, и общее время рендеринга сокращается. 

Трассировка лучей (Ray Tracing) — это симуляция лучей света, того, какой путь они проходят, куда падают и как отражаются, преломляются, как образуются тени, какие поверхности остаются видимыми, а какие — становятся невидимыми. 

По сути происходит имитация встречи направленного луча с поверхностями в сцене. В конечном итоге, после всех настроек и вычислений, каждый пиксель меняет цвет в зависимости от своего местоположения на сцене. Это ресурсозатратный и длительный процесс, который позволяет получить очень качественный результат и добиться максимальной фотореалистичности. 

Как это работает? Луч встречается с объектом, поверхностью и распадается еще на три — отражающийся, теневой и преломленный. В зависимости от количества направленных лучей и лучей, образовавшихся после расчета их пути, определяется глубина трассировки. От этого параметра зависит, насколько фотореалистичной будет готовая картинка после визуализации.

 

Важно понимать, что на маломощной технике реализовать этот процесс в полной мере не получится. Если мы говорим о рендеринге в реальном времени, проведение таких вычислений затруднительно, поскольку оно не может происходить быстро.

Красивые короткие вставки с игрой света, вызывающей у зрителя восторг, в видеоиграх, спецэффекты со светом в рекламе и 3D-мультиках и фильмах — результат грамотного применения трассировки лучей. 

Решения по оптимизации вычислительных процессов на данный момент в процессе разработки и тестирования. В ближайшем будущем, благодаря росту производительности видеокарт, Ray Tracing получится применять более широко.

Трассировка пути (Path Tracing) — этот метод позволяет получить максимальное близкое к реальности поведение света в сценах. И, как следствие, является самым ресурсоемким в 3D-рендеринге. В отличие от метода трассировки лучей, этот метод больше уходит в физику процесса распространения лучей света. 

В чём разница между трассировкой пути и трассировкой лучей? При трассировке лучей поведение света и распад каждого луча на составные определяется непосредственно в момент столкновения с диффузной поверхностью. А при трассировке пути генерирование каждого луча происходит случайным образом, в пределах полусферы каждого отдельного объекта. После этого луч трассируется до момента пересечения с источником света. Кроме того, этот момент может и не наступить. То есть до этого момента луч может пересекаться с разными диффузными поверхностями. 

Проще говоря, при трассировке пути всё максимально приближено к реальной жизни — когда «путешествие» света продолжается, пока лучи не будут поглощены человеческим глазом, камерой и другими объектами. И, если сравнивать с трассировкой лучей, данный метод усложнен с математической точки зрения. Также при этом методе трассируется огромное количество лучей. 

Перспективная проекция — этот метод заставляет удаленные объекты казаться меньше по сравнению с теми, которые находятся ближе к виртуальной камере. Перспективные проекции нужны для правильного размещения объектов в сценах. 

Ортографическая проекция, при которой объекты просматриваются вдоль параллельных линий, перпендикулярных чертежу, используется при моделировании, когда требуется точные измерения и сохранение всех пропорций и деталей трехмерного изображения. Как правило, это актуально при создании научных разработок, в проектировании и технических сферах. 

Вот еще несколько терминов, которые полезно знать при погружении в тему. В основном это функции, которые есть в программах для рендеринга, и помимо описанных их существует ещё огромное множество. 

Оптимизация разрешения. Разрешение изображения при 3D-рендеринге зависит от количества пикселей. Чем больше количество пикселей на дюйм, тем резче и четче будет изображение. Какое разрешение выбрать, зависит от того, насколько реалистичное и качественное изображение художник хочет получить на выходе.

Затенение (Shading). Поведение света на поверхности. В ходе этого процесса визуализации вычисляется цвет объектов в сцене с заданной точки обзора.

Отображение текстур (Texture mapping) определяет текстуру поверхности, цвет, и детали на ней. При правильном текстурировании можно сократить количество полигонов и расчётов освещения при построении фотореалистичной сцены. Особенно важна оптимизация за счет текстур при рендеринге в реальном времени.

Z-буферизация используется в программном или аппаратном обеспечении для повышения эффективности рендеринга при расчете удаленности объекта от зрителя. С правильным применением Z-буферизации и карт глубины можно усилить глубину резкости, рельефность, объемность и реалистичность конечного изображения на этапе постобработки.

Карта глубины (Depth-map) — это изображение, в котором вместо информации о цвете пикселя цвета хранится информация о расстоянии от поверхности каждого объекта до виртуальной камеры и выбранной точки обзора. 

Как добиться максимальной фотореалистичности при рендеринге

Не стремитесь изобразить поверхности идеально гладкими. Внимательно посмотрите на любую поверхность вокруг вас в реальном мире. Вы заметите пыль, подтеки, царапины, грязь, масляные следы и другие дефекты. Попытайтесь воспроизвести их, вместо того чтобы избегать и стремится к несуществующему совершенству — это приблизит ваше изображение к реальности и сделает его более убедительным. 

Добавьте непредсказуемости при моделировании сцен. Вращайте, масштабируйте, располагайте объекты так, чтобы они располагались по-разному, а не стояли подозрительно на одинаковом друг от друга расстоянии и в одинаковом положении относительно виртуальной камеры. Экспериментируйте с шумами, тенями, оттенками, мягким и грубым выделением линий, и зритель вам поверит.

Непредсказуемость важна даже при моделировании интерьеров. Посмотрите, как по-разному расположены объекты в этом видео:

Стремитесь создать на сцене физически возможное освещение. Конечно, сцена не обязательно должна имитировать реальность. Фантазировать можно и нужно, ведь именно за возможность воплотить фантазии многие и любят 3D-графику и рендеринг. Однако пока никто не придумал лучшего способа изобразить поведения света, кроме как повторить и подчеркнуть то, как он ведет себя в реальном мире.

Человеческий глаз может воспринимать это по-разному, не говоря о температуре света. Так происходит, потому что наши глаза адаптируются к различным ситуациям, меняя то, как мы воспринимаем окружающий мир. 

Вот некоторые рекомендации по настройкам температуры света:

• облачное небо — 6 500 кельвинов;
• полуденное солнце — 5 500 кельвинов;
• утреннее или вечернее солнце — 4 000 кельвинов;
• обычные лампочки — 3 000 кельвинов;
• свеча — 1 800 кельвинов.

Не пренебрегайте и тенями. Тени могут стать отличным способом подчеркнуть контраст и могут использоваться в качестве композиционного элемента, чтобы как бы направить зрителя к точке фокусировки. Многие начинающие художники их избегают, и очень зря это делают.

Добавьте немного тумана для создания особой атмосферы. Это не только сделает сцену более реалистичной, но и поможет усилить композицию в целом. Уменьшение контрастности фона создает ощущение глубины. Но и здесь важно знать меру. Например, если добавить толстый слой тумана к солнечному полудню, эффект будет прямо противоположным.

Расставляйте блики. Фотографы стараются избегать их, но в 3D, при умеренном использовании они делают сцену реалистичнее. И обратно, избыточное количество бликов буквально укажет на то, что сцена вымышленная. Опять же, лучшей подсказкой в этом случае послужит окружающий мир. 

Не забывайте о масштабировании и пропорциях. В противном случае даже самая графически сложная сцена будет выглядеть фальшивой. Вот некоторые ориентиры, которые могут быть полезны новичкам: 

• стандартная длина автомобиля — 450 см;
• высота этажа здания — около 300 см;
• высота от пола до потолка — 240 см;
• человек — 163 см (женщины) и 176,5 см (мужчины);
• высота кухонной стойки — 90 см;
• высота письменного или обеденного стола — 74 см;
• кирпич — 22,5 х 7,5 см.

Черпайте вдохновение в фотографиях. Это будет полезно на протяжении всего процесса визуализации. Фотопортреты и пейзажи помогут создать в вашей сцене правильное настроение, усилить композицию, выбрать правильные цветовые решения, а также отразить текстуры и реалистичное освещение.

Уделяйте достаточно внимания фону. Фон задает общее настроение в сцене, поэтому важно сделать его максимально близким к реальности, гармоничным и в целом приятным глазу. 

Вот несколько советов, которые следует учитывать при создании фона: 

• избегайте перенасыщенных и неестественных цветов;
• не перегружайте небо дополнительными элементами;
• учитывайте направление солнечного света;
• ищите правильную перспективу;
• не бойтесь упрощать.

Отражайте детали реального мира. В жизни поверхности почти не бывают полностью пустыми. Осмотретесь и попытайтесь найти, какие детали, которые существуют в реальном мире, не отражены в ваших сценах. Розетки? Сухие листья на земле? Клумбы с цветами? Таких вещей может быть очень много.

Программы для 3D-рендеринга: обзор

Выбирая программу для рендеринга, важно понимать, что есть те, которые нацелены непосредственно на рендеринг (то есть финальную обработку готовых моделей), а есть ПО, которое изначально разработано для 3D-моделирования, но включает в себя функционал рендера (или рендер идет как плагин). В нашем обзоре — и те, и другие решения. 

Если вы новичок, лучше начать с программ, в которых рендеры предустановлены. 

Решения непосредственно для рендеринга 

Arnold

Эта программа позволяет добиваться потрясающих результатов при применении метода трассировки лучей. Работает на базе CPU (вычислительные мощности ложатся на процессор), подходит для рендеринга в реальном времени. 

Одно из лучших решений, если вы хотите добиться высокой фотореалистичности и даже гиперреалистичности в изображении объектов, а также использовать спецэффекты. Софт отличается интуитивно понятным интерфейсом. Был разработан специально для VFX Sony Pictures Imageworks. 

Используется как плагин для Cinema 4D, 3ds Max, Houdini, Katana,Maya and Softimage.

Операционные системы: MacOS, Windows, Linux

Цена: от 45$ в месяц, есть пробная версия. 

Clarisse

Это продвинутое программное обеспечение было выбрано при создании фильма «Звездные войны». Отличное решение для профессионального использования, в том числе в студиях. Позволяет ускорить процесс визуализации за счет того, что создание, отображение и освещение сцен происходит прямо из библиотеки. 

Аппаратным средством в случае данной программы может выступать как CPU (вычисления ложатся на процессор), так и GPU (вычисления ложатся на видеокарту).

Используется только автономно (не является плагином для программ по 3D-моделированию). 

Операционные системы: MacOS, Windows, Linux

Цена: от 59$ в месяц, есть пробный период.

Enscape

Этот софт разработан для рендеринга в реальном времени и используется чаще всего в архитектурном деле, когда специалисту нужно продемонстрировать свою работу в виде VR-презентации. Позволяет добиваться высокой реалистичности, при этом есть такие режимы, как эскиз, полистирол и бумага. В процессе проектирования с этим ПО возможно мгновенно проверить, как отображаются внесенные в проект изменения. 

Вычисления в случае данного софта ложатся на видеокарту (GPU Rendering). 

Используется как плагин для профессиональных программ по 3D-моделированию, популярных среди архитекторов — это ArchiCAD, Revit, Rhino, SketchUp.

Операционные системы: Windows

Цена: от 69$ в месяц, есть пробный период.

Guerilla Render

Эта программа позволяет создавать фотореалистичные кадры, красивое рассеивание света и просматривать предварительный результат перед отправкой кадра на рендеринг и работать с картинкой послойно. 

… А ещё для свободных художников, студентов и фрилансеров данный софт полностью бесплатный! 

Вычисления в процессе рендеринга ложатся на процессор (CPU Rendering).

Используется как плагин для Maya. 

Операционные системы: Linux и Windows

Цена: от 280€.

Iray

В этом программном обеспечении рендерить могут даже новички, которые только входят в тему и знакомятся с основными методами визуализации. Также софт подходит для дизайнеров, которые работают в стиле фотореализма и хотят соблюсти баланс между качеством и ценами. 

Изначально ПО разработано для рендеринга в реальном времени, при этом включает в себя функционал для настроек света, его источников, поверхностного рассеивания, отражения, при этом физика процессов сохраняется. 

Софт разработан для графических карт NVidia, вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering). Очень прост в использовании. 

Используется как плагин для самых популярных решений по 3D-моделированию — 3ds Max, Maya, Cinema 4D и Rhinoceros.

Операционные системы: Windows и MacOS

Цена: от 295$ в год.

LuxRender

OpenSource-программа для рендеринга. Несмотря на то, что это решение бесплатное, по функционалу софт может конкурировать с коммерческими решениями. Позволяет добиться высокой фотореалистичности сцен, при этом сократить время рендеринга (при выборе определенного режима). Внутри множество спецэффектов для настройки света и не только.

Вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering). 

Используется как плагин для многих известных программ по 3D-моделированию, среди них 3ds Max, Cinema 4D, DAZ Studio, Maya, Blender, Poser и др.

Операционные системы: MacOS, Windows, Linux

Цена: бесплатно.

Marmoset Toolbag

Это топовый и мощнейший инструмент для разработчиков игр и всех,кому эта сфера интересна. Интегрируется с движками Unreal Engine и Unity. Преимущества данного ПО — возможность создать высокореалистичные текстуры и анимацию с высокой производительностью, при этом наблюдая промежуточные результаты в отдельном окне для предпросмотра. 

Еще с этим софтом 3D-художник может оформить портфолио таким образом, чтобы графически сложные проекты могли просматривать пользователи с обычных браузеров, при этом не испытывая проблем с загрузкой. 

Вычисления ложатся на видеокарту (GPU Rendering). 

Используется только как автономный инструмент, не подключается в качестве плагина.

Операционные системы: MacOS, Windows

Цена: от 189$.

V-Ray

Одна из лучших программ для 3D-рендеринга, которая при высокой скорости обработки позволяет добиться превосходных результатов. Подходит и новичкам,и опытным 3D-художникам. Функционал очень широкий, но определённо стоит изучения для тех, кто увлечен работой с 3D-графикой.

Вычисления могут ложиться как на процессор, так и видеокарту.

Используется как плагин для множества программ по 3D-моделированию, среди которых 3ds Max, Cinema 4D, Blender и Maya. 

Операционные системы: MacOS, Windows, Linux

Цена: от 750$.

Программы для 3D-моделирования со встроенными рендерами

Autodesk Maya

Это один из самых мощных софтов в 3D-моделировании и стандарт индустрии. Подходит для всех, кто занимается или хочет профессионально заниматься созданием мультиков, кинофильмов, а также игр с высокой степенью точности и реалистичности изображения объектов, особенно персонажной анимацией. Внутри есть огромное количество инструментов по обработке цвета, света, текстур и т. д.

Операционные системы: Windows, Linux и MacOS

Цена: от 79 214 рублей ежегодно, есть пробная бесплатная версия.

3Ds Max

Софт для профессионального использования, который подходит для создания картин с множеством спецэффектов и отрисовки фотореалистичных материальных объектов. Также этим ПО пользуются в сферах дизайна и архитектуры, его вполне можно считать универсальным. 

Операционные системы: Windows

Цена: 9 791 рублей ежемесячно.

Cinema 4D

Профессиональное решение для 3D моушн-дизайна. В этой программе можно создавать персонажей и абстрактные сцены с высокой степенью фотореалистичности. При огромном количестве самых разнообразных инструментов интерфейс данной программы понятен даже новичку. Позволяет имитировать физические эффекты, использовать шаблоны анимации и шейдеры. Программа совместима с популярными игровыми движками. 

А еще именно этот софт мы в «Видеозайце» выбираем для работы над своими проектами, поскольку она наиболее популярна в сфере моушн-дизайна. 

Операционные системы: Windows, Linux, MacOS 

Цена: от 60 602,03 рублей в год.

Daz 3D

Решение для тех, кто не рвётся стать профессиональным 3D-художником, при этом испытывает интерес к этой сфере и хочет попробовать создать что-то свое. Внутри готовые модели объектов для создания привлекательных сцен — все, что нужно, чтобы творить, не погружаясь в техничку и получать удовольствие от процесса. Рендеринг отличается неплохим качеством, спецэффектов более чем достаточно, а разнообразие шаблонов приятно удивляет. 

Операционные системы: Windows

Цена: бесплатно.

Rhinoceros 3D

Мощный софт, который изначально был разработан для профессионального использования в технических сферах и даже при проектировании зданий. Геометрически сложные поверхности, высокая степень детализации, модуль для работы с трехмерными моделями ювелирных украшений и многое другое — то, за что ценят этот софт. 

Операционные системы: Windows, MacOS

Цена: от 84 400 руб., предусмотрен бесплатный пробный период.

От чего зависит скорость рендеринга

Рендеринг может занять от нескольких секунд до нескольких дней. Скорость процесса зависит от прямых факторов (мощности железа) и косвенных (сложности моделей и сцен). Вот главные из них:

• мощности центрального процессора и/или характеристик видеокарты;
• задачи, которую ставит перед собой 3D-художник и целей проекта (насколько фотореалистичная картинка нужна);
• количества обрабатываемых сцен;
• выбранного уровня детализации при создании моделей объектов;
• уровня текстур;
• количества использованных полигонов;
• настроек освещения в сцене и количества и источников света;
• наличия спецэффектов и всего, что создает дополнительные нагрузки при рендеринге, реализации вычислительных процессов. 

На скорость процесса можно повлиять еще на этапе моделирования. Ниже рассказываем, как. 

Как соблюсти баланс между скоростью и качеством рендеринга 

Часто у новичков в 3D-моделировании и рендеринге либо нет достаточно мощной техники, чтобы создавать сложные и высокореалистичные сцены, либо не хватает скорости работы, поскольку опыта пока мало. При этом хочется сделать что-то классное своими руками и воплотить в реальность креативные идеи. Если это о вас, читайте советы ниже. 

Соблюдайте умеренность в освещении. Для трехмерных интерьеров освещение — важный фактор реалистичности. Перегрузка сцены ненужными источниками света может испортить композицию. 

К слову, когда мы фотографируем различные товары, зачастую используем естественный дневной свет. А если такой возможности нет и нужно сделать фото в студии, используем всего три источника освещения — основной свет (рисующий), заполняющий и контровой. Для более естественного вида ключевым моментом является умеренность.

Сохраняйте мягкость линий. Симметрия, резкие углы и прямые линии — основные характеристики «поддельных» изображений. Это способы имитировать реальный мир, а не изобразить его таким, как есть. Поэтому не увлекайтесь такими элементами.

Знайте свои инструменты и будьте наблюдательны. Наличие доступных спецэффектов не означает, что вы должны использовать их все сразу. Неправильное и неуместное применение эффектов или фильтров, например, зернистости и глубины резкости — типичная ошибка новичков. Смотрите на пространства и объекты в мире вокруг вас и обращайте внимание на их поверхности, текстуры, когда моделируете. Старайтесь передать то, что видите, а не накручивайте лишнее. 

Уменьшите количество полигонов. Работайте над тем, чтобы используя меньшее количество полигонов сохранять геометрию модели. Например, если есть части, которые не будут видны после рендеринга из-за угла наклона камеры, или если есть объекты / части объектов, которые находятся далеко от виртуальной камеры, вы можете скрыть их или использовать низкий уровень детализации. 

LOD (на языке 3D-художников — LOD, от англ. level of details) позволяет отобразить одни и те же объекты двумя способами — с низкой детализацией (для заднего плана) или высокой детализацией (для крупного плана).

Если нам не нужно слишком реалистичное изображение, и оборудование, которое в нашем распоряжении, не позволяет такое изображение получить, можно ограничиться небольшим количеством многоугольников при моделировании персонажей (низкополигональное моделирование). Это сделает уровень детализации ниже, зато процессор не будет зависать.

Пример такого low-poly ролика из нашего портфеля:

Кроме того, по мере удаления персонажей от виртуальной камеры LOD и разрешение текстур каждого из них падает. Они как бы «сбрасывают» многоугольники, тем самым упрощаясь для обработки (рендеринга в реальном времени). В разработке мобильных игр это часто используется.

Используйте разный LOD для текстур. Качество текстур при отображении объектов может быть высоким (для крупного плана) или низким (для отдаленных объектов). Не нужно использовать высокое качество текстур там, где это не оправдано и где зритель это точно не заметит. 

Уменьшите количество объектов в сцене. Чем больше у вас объектов в каждой сцене, тем больше у вас спецэффектов и источников света и тем больше времени и вычислительных мощностей требуется для создания одного кадра. Поэтому не увлекайтесь. Изобразите 20 деревьев вместо 50, увеличьте размер каждого, и вы уже сэкономите время при рендеринге. 

Что такое рендер-ферма и рендер-станция и зачем они нужны 

Рендер-станция представляет собой технику, которую используют при работе с программами по 3D-моделированию, рендерами и графическими редакторами. Такая машина оснащена мощным процессором и видеокартой и позволяет добиться высокой скорости вычислений. Подходит фотографам, дизайнерам, архитекторам и всем, кто профессионально работает с графикой и видео. 

Рендер-ферма представляет собой множество компьютеров, которые объединены в общие сети (узлы) и используются для ускоренной обработки графических данных при рендеринге. Количество компьютеров в таких сетях может исчисляться в тысячах. Рендер-фермы позволяют добиться максимальной производительности за счёт объединения мощностей, вычислительных возможностей большого количества техники одновременно. 

Есть два типа рендер-ферм: для частного (собственного) и коммерческого использования. Частные рендер-фермы обычно используют фрилансеры и небольшие студии, когда выпускают собственные фильмы и видеоролики для разных целей и задач. В их случае это позволяет существенно ускорить рабочие процессы, а также обрабатывать сложную графику, достигая впечатляющих результатов. Доступ к таким рендер-фермам распространяется только на одно лицо или организацию. 

Рендер-фермы для коммерческого использования доступны всем желающим, которым нужно получить готовые обработанные кадры без необходимости оборудовать свою рендер-ферму и закупать для нее дорогую мощную технику. В силу особенностей, такие фермы уместны при рендеринге видео (анимации), но не статичных изображений. 

Их использование стоит недешево: в цену входит обслуживание, ремонт и замена оборудования, поддержание функционирования систем охлаждения, расходы на электричество, а также программное обеспечение. 

Цены зависят от того, какие ресурсы задействованы в работе. В этом отношении выделяют CPU Rendering (когда при вычислениях задействован процессор и оперативная память) и GPU Rendering (когда вычислительные мощности ложатся на видеокарту).

Чек-лист: что нужно новичку, чтобы начать заниматься 3D-рендерингом

Чтобы вам было проще ориентироваться в теме рендеринга и понять, чему уделить внимание на практике в первую очередь, мы составили чек-лист — в нем самое важное из этой подробной статьи.

Итак, если вы хотите самостоятельно заниматься рендерингом:

1. Познакомьтесь с особенностями процесса. Что предшествует рендерингу, на каком этапе к работе подключаются программы для рендеринга, что важно помнить непосредственно при настройках рендеринга, чтобы добиться высокой реалистичности и детализированности изображения и т. д.
    
2. Изучите основные термины. Это методы и типы рендеринга, особенности процесса, функционал рендеров, необходимый для создания большинства сцен.
   
   
3. Решите, на каком оборудовании будете рендерить, отталкиваясь от задач, которые ставите перед собой, погружаясь в тему рендеринга.
   
   
4. Выберите программу для рендеринга. Удобно, если вы начнете с программ для создания 3D-анимации и моделирования, в которых уже есть предустановленные по умолчанию рендеры. А со временем можно подгрузить в них другие рендеры и тем самым расширить функционал.
   
   
5. Начните изучать возможности рендера на практике и создайте свои первые проекты. В этом лучше всего опираться на окружающий мир, пытаться имитировать реальные объекты — а когда научитесь это делать, можно переходить к созданию вымышленных сцен.
   
   
6. Развивайте насмотренность. Посещайте форумы и блоги 3D-художников, анализируйте, как в различных видеороликах, играх и фильмах добились тех или иных эффектов. 

3D-рендеринг — технически сложный процесс, который требует наличия мощного оборудования. Чтобы осуществить его и получить желаемый результат в виде изображения или серии изображений, нужно приложить очень много усилий и времени получению базовых знаний и освоению навыков. 

На то чтобы стать профессионалом, могут уйти годы. И это оправдано только тогда, когда человек действительно увлечен темой 3D, и его не пугает техническая сторона вопроса. 

Если же вам нужно оперативно получить качественный результат, например, готовую видеопрезентацию или рекламный ролик, или показать изнутри сложные технические процессы, намного проще, дешевле и быстрее доверить работу профессионалам. Например, нам 🙂 

Будем рады, если статья оказалась полезной. Напишите в комменты, какие рендеры используете вы и почему? Интересно почитать опыт коллег по цеху.

Успехов!