Blog
Gdzie korzysta się z renderowania trójwymiarowego
Gdzie korzysta się z renderowania trójwymiarowego?
Renderowanie trójwymiarowe – na czym polega i jak działa?
Każdy, kto choć raz widział wizualizację projektu w 3D pewnie zastanawia się, jak coś takiego udało się stworzyć. Otóż w powszechnej świadomości uważa się, że renderowanie w 3D jest bardzo proste. W praktyce jest wręcz odwrotnie. Proces ten wymaga znajomości odpowiednich technik, doświadczenia, ale przede wszystkim masy czasu. I co najgorsze – wygląd zrealizowanej inwestycji może być zgoła odmienny od tego, co widać w wizualizacji. Rendering co to? Celem renderowania trójwymiarowego jest stworzenie przestrzennej wizualizacji obiektu, który został wcześniej zdefiniowany w pliku dwuwymiarowym. Chcąc uzmysłowić sobie istotę tego problemu, wystarczy przywołać obraz okrągłego stolika nakrytego wzorzystym obrusem. O ile obraz tegoż mebla jest dość łatwy do zwizualizowania, o tyle dla specjalisty stworzenie trójwymiarowego modelu wspomnianego wzoru będzie już pewnym wyzwaniem. Co więcej, wizualizacja musi również uwzględnić takie czynniki jak:
– natężenie światła naturalnego,
– pogodę za oknem,
– rodzaj światła w pomieszczeniu,
– ewentualne zadymienie lub mgłę,
– inne efekty, w tym refleksy i złudzenia,
– sposób rozmieszczenia światła w pokoju itd.
Istotą problemu z renderowaniem 3D jest to, że jego celem jest wizualizacja obiektów, które fizycznie nie istnieją. Dlatego grafik zajmujący się tą – nie bójmy się tego słowa – dziedziną sztuki, musi posiadać ogromną wiedzę i wyobraźnię przestrzenną.
Automatyczny 3D rendering
Kto lub co wykonuje proces renderowania? Otóż nie jest to pytanie, na które można odpowiedzieć w sposób jednoznaczny. Owszem, renderowany obiekt jest wizualizowany na podstawie założeń nakreślonych przez grafika. Tutaj warto dodać, że istnieje kilka różnych metod wizualizacji, z których każda niesie ze sobą określone skutki. Samo renderowanie jest już jednak wykonywane przez określony program. Na marginesie warto podkreślić, że funkcję wizualizacji w 3D obsługuje praktycznie każdy, liczący się program graficzny. Mało tego! Taka opcja istnieje (i to od dłuższego czasu) w jednym z dobrze znanych programów do odtwarzania multimediów na komputerach PC. Wracając jednak do tematu, przetwarzanie obrazu jest procesem bardzo złożonym i wymaga sporych mocy obliczeniowych.
Rendering 3D w fotografii sferycznej
Dzisiejsze aparaty dostępne np. w smartfonach oferują możliwość łatwego przetwarzania obrazu 2D na 3D. Wystarczy wejść w funkcję Panoramy, zarejestrować obraz i przetworzyć go do pliku graficznego dwuwymiarowego. Tak wykonane zdjęcie można udostępnić w mediach społecznościowych, gdyż ich strony dysponują silnikami umożliwiającymi konwersję obrazu “płaskiego” do przestrzennego. Dawniej jednak wyglądało to zupełnie inaczej. Aby zrobić w miarę dobre zdjęcie trójwymiarowe (sferyczne), konieczne było sfotografowanie całej sfery znajdującej się dookoła obserwatora. I tu pojawiał się problem. Każda z fotografii musiała nakładać się na sąsiednie zdjęcia i to najlepiej z uwzględnieniem punktów wspólnych. Można było je definiować ręcznie lub automatycznie, przy czym ta druga metoda wymagała niezwykle precyzyjnych, wykonanych za pomocą statywu zdjęć. W praktyce stworzenie (tą metodą) ładnej wizualizacji 3D było niemożliwe w miastach, gdzie wokół poruszali się piesi, a nawet niektóre zwierzęta (w tym gołębie). Konwersja obrazów 2D do jednolitego obrazu 3D wymagała odpowiedniego środowiska (np. Javy) i trwała nawet kilka godzin. W praktyce słabszy komputer zawieszał się na co najmniej godzinę…
Nowoczesne techniki renderowania 3D
Wizualizacja projektu obiektu w 3D może być zrealizowana za pomocą jednej z poniższych technik. Warto odnotować, że niektóre z nich są wykorzystywane np. w nowoczesnych kartach graficznych do lepszego odzwierciedlania obrazu 3D.
3D rendering to dziś jeden z najważniejszych procesów wizualizacji praktycznie dowolnych elementów. Za pomocą trójwymiarowej wizualizacji można tworzyć gotowe, przestrzenne projekty aranżacji wnętrz, części, elementów konstrukcyjnych, a także tak precyzyjnych elementów jak śruby, wkręty itd. Do renderowania służą specjalistyczne programy, które korzystają z zasobów komputerów o potężnych możliwościach obliczeniowych.
1. Metoda śledzenia promieni. To jedna z najbardziej sprawdzonych i najczęściej stosowanych technik odzwierciedlania obrazu 2D w 3D. Polega ona na symulowaniu padania promieni świetlnych, których ukierunkowanie jest dokładnie takie samo jak w prawdziwym świecie. Dzięki temu możliwe jest nie tylko wierne odzwierciedlenie obrazu trójwymiarowego, ale również uzyskanie wysokiej precyzji grafiki. Niestety, wadą takiej metody jest duża moc obliczeniowa, która jest konieczna do symulowania danego procesu.
2. Metoda renderowania fotorealistycznej grafiki 3D – to technika, w której tworzy się fikcyjne promienie światła, a następnie dokładnie analizuje ich bieg. Różnica polega na tym, że analiza ta odbywa się wstecz, aż do uzyskania źródła padającego światła. Metoda ta jest bardzo skomplikowana ze względu na fakt, że w trakcie tej analizy bierze się pod uwagę nawet odbicia tychże promieni, lśnienie, a także szereg innych, istotnych zmiennych. A to oznacza, że proces ten staje się jeszcze bardziej skomplikowany. Na marginesie warto dodać, że złożoność procesu renderowania fotorealistycznego zależy również od rozdzielczości przetwarzanego materiału. Jest to bardzo istotne, gdyż liczba promieni jest równa liczbie pikseli obrazu. Technika ta mimo swej złożoności i dokładności, ma co najmniej kilka wad. Problemem jest dosyć słabe odwzorowanie złożonych źródeł światła (np. kilku lamp), a także problem z modelowaniem tak złożonych zjawisk optycznych jak dyfrakcja.
3. Metoda algorytmu scanline – jest to dość uproszczona metoda przetwarzania obrazu 2D w 3D. Polega ona na dość szybkim renderowaniu obrazów o bardzo dużej jakości wzdłuż jednej linii. Dzięki temu program może przetworzyć nawet bardzo niewielkie, detaliczne obrazy. Problem w tym, że nie można z niej korzystać w trakcie wygładzania tekstur. Co gorsza, scanline nie bierze pod uwagę odbić światła i cieni, jakie pojawiają się pomiędzy obiektami. W praktyce oznacza to, że uzyskany obraz trójwymiarowy jest mało precyzyjny.
4. Metoda mapy fotonów – to kolejny sposób przeprowadzenia wizualizacji 3D, w którym bierze się pod uwagę przede wszystkim to, w jaki sposób rozłożone jest oświetlenie. Uzyskanie właściwych tekstur jest możliwe w oparciu o mechanizmy rozpadu promieni świetlnych. Dzięki temu można łatwiej zbadać drogę, jaką muszą pokonać fotony, które wchodzą w interakcję z obrazem. Oczywiście mowa tu w zasadzie o dwóch zjawiskach optycznych, czyli rozproszeniu światła bądź jego załamaniu.
– biura projektowe, które specjalizują się w projektowaniu aranżacji wnętrz,
– firmy produkcyjne, które nie tylko wytwarzają detale, ale też projektują je i dopracowują cykl produkcyjny,
– branża budowlana, a konkretnie firmy zajmujące się budową domów, budynków przemysłowych i użyteczności publicznej,
– branża turystyczna, która specjalizuje się w promowaniu niektórych regionów, miejsc, obiektów turystycznych,
– firmy specjalizujące się w sprzedaży nieruchomości, które na zamówienie klientów tworzą np. wizualizacje wnętrz mieszkań lub domów (wirtualne spacery).
Podsumowując, technika wizualizacji trójwymiarowej to podstawa nowoczesnej grafiki komputerowej. Bez niej realizacja projektów budowlanych i aranżacyjnych byłaby znacznie trudniejsza i nie pozwalałaby na tak realne odzwierciedlenie projektowanej przestrzeni.
