Rendering di grafica computerizzata: Esplorare il realismo visivo: approfondimenti sulla computer grafica

Di Fouad Sabry

Che cos'è il rendering della grafica computerizzata

Il rendering o la sintesi delle immagini è il processo di generazione di un'immagine fotorealistica o non fotorealistica da un modello 2D o 3D mediante un programma per computer . L'immagine risultante viene definita rendering. È possibile definire più modelli in un file di scena contenente oggetti in un linguaggio o una struttura dati rigorosamente definita. Il file di scena contiene informazioni su geometria, punto di vista, trame, illuminazione e ombreggiatura che descrivono la scena virtuale. I dati contenuti nel file di scena vengono quindi passati a un programma di rendering per essere elaborati e inviati a un'immagine digitale o a un file di immagine grafica raster. Il termine "rendering" è analogo al concetto di impressione di una scena da parte di un artista. Il termine "rendering" viene utilizzato anche per descrivere il processo di calcolo degli effetti in un programma di editing video per produrre l'output video finale.

Come trarrai vantaggio

(I) Approfondimenti e convalide sui seguenti argomenti:

Capitolo 1: Rendering (computer grafica)

Capitolo 2: Illuminazione globale

Capitolo 3 : Ray tracing (grafica)

Capitolo 4: Rendering della linea di scansione

Capitolo 5: Rasterizzazione

Capitolo 6: Ray casting

Capitolo 7 : Rendering del volume

Capitolo 8: Rendering non fotorealistico

Capitolo 9: Grafica computerizzata in tempo reale

Capitolo 10: Grafica computerizzata

(II) Rispondere alle principali domande del pubblico sul rendering della grafica computerizzata.

(III) Esempi reali dell'utilizzo del rendering della grafica computerizzata in molti campi.

Chi è questo il libro è per

Professionisti, studenti universitari e laureati, appassionati, hobbisti e coloro che desiderano andare oltre le conoscenze o le informazioni di base per qualsiasi tipo di rendering di computer grafica.

 

• Lingua: Italiano
• Editore: Un Miliardo Di Ben Informato [Italian]
• Data di uscita: 14 mag 2024

Anteprima del libro

Capitolo 1: Rendering (computer grafica)

Utilizzando un software per computer, il rendering o la sintesi di immagini è il processo di generazione di un'immagine fotorealistica o non fotorealistica da un modello 2D o 3D. L'immagine di rendering è nota come rendering. Un file di scena contenente oggetti in un linguaggio o in una struttura di dati specificata con precisione può definire molti modelli. Il file della scena contiene informazioni sulla geometria, il punto di vista, la trama, l'illuminazione e l'ombreggiatura della scena. I dati del file di scena vengono quindi inviati a un programma di rendering per l'elaborazione e l'output come file di immagine digitale o di grafica raster. Il termine rendering corrisponde all'interpretazione di una scena da parte di un artista. Il rendering si riferisce anche al processo di calcolo degli effetti in uno strumento di editing video per produrre l'output video finale.

Il rendering è uno dei sottoargomenti più importanti della computer grafica 3D ed è sempre interconnesso con gli altri nella pratica. È l'ultimo passaggio significativo nella pipeline grafica e conferisce ai modelli e alle animazioni l'aspetto finale. Dagli anni '70, con l'aumento della sofisticazione della computer grafica, il tema è diventato più distinto.

Il rendering ha applicazioni nell'architettura, nei videogiochi, nei simulatori, negli effetti visivi cinematografici e televisivi e nella visualizzazione del design, ognuno dei quali impiega una combinazione unica di funzionalità e approcci. Sono disponibili numerosi renderer per l'uso. Alcuni sono integrati in pacchetti software di modellazione e animazione più grandi, mentre altri sono progetti open source gratuiti. Un renderer è un programma elaborato in modo intricato basato su vari campi, come la fisica della luce, la percezione visiva, la matematica e l'ingegneria del software.

Anche se i dettagli tecnici delle tecnologie di rendering variano, la pipeline grafica di un dispositivo di rendering come una GPU gestisce i problemi generali della creazione di un'immagine 2D su uno schermo da una rappresentazione 3D contenuta in un file di scena. Una GPU è un dispositivo progettato specificamente per aiutare una CPU a completare sofisticati calcoli di rendering. Il software di rendering deve risolvere l'equazione di rendering affinché una scena appaia relativamente realistica e prevedibile sotto l'illuminazione virtuale. L'equazione di rendering non tiene conto di tutti i fenomeni di illuminazione, ma funge piuttosto da modello di illuminazione di base per le immagini generate al computer.

Le scene nella grafica 3D possono essere renderizzate in anticipo o generate in tempo reale. Il pre-rendering è una tecnica lenta e computazionalmente costosa che viene spesso utilizzata per la creazione di filmati, in cui le scene possono essere preparate in anticipo, mentre il rendering in tempo reale viene in genere utilizzato per i videogiochi 3D e altre applicazioni che devono generare scene in tempo reale. L'accelerazione dell'hardware 3D può migliorare le prestazioni di rendering in tempo reale.

Quando l'immagine preliminare (spesso uno schizzo wireframe) è completa, il rendering viene utilizzato per aggiungere trame bitmap o procedurali, luci, mappatura dei rilievi e la posizione relativa degli oggetti. Il prodotto finale è un'immagine finita che il consumatore o il pubblico a cui è destinato osserva.

Diverse immagini (fotogrammi) devono essere prodotte e unite insieme in uno strumento di creazione di animazioni per creare un'animazione filmata. La maggior parte delle applicazioni di editing di immagini 3D è in grado di farlo.

Un'immagine renderizzata può essere compresa in base alle sue caratteristiche visive. La ricerca e il progresso nel rendering sono stati in gran parte ispirati dalla ricerca di tecniche di simulazione efficienti. Alcuni sono direttamente correlati a particolari algoritmi e metodi, mentre altri sono generati in modo collaborativo.

L'ombreggiatura è il modo in cui la tonalità e la luminanza di una superficie cambiano in funzione dell'illuminazione.

Texture-mapping: una tecnica per fornire dettagli alla superficie.

Il bump-mapping è una tecnica per replicare la rugosità superficiale su piccola scala.

Mezzo di appannamento/partecipazione — l'attenuazione della luce mentre passa attraverso un'atmosfera o un'aria opaca

Le ombre sono il risultato del blocco della luce.

Oscurità variabile derivante da sorgenti luminose parzialmente occluse.

Riflessione: riflessione altamente riflettente o a specchio

Trasmissione nitida della luce attraverso oggetti opachi.

Traslucenza: trasmissione della luce fortemente dispersa attraverso oggetti opachi

La rifrazione è il fenomeno di curvatura della luce associato alla trasparenza.

La diffrazione è la curvatura, la diffusione e l'interferenza della luce che disturba i raggi che viaggiano attraverso un oggetto o un'apertura.

L'illuminazione indiretta si riferisce alle superfici illuminate dalla luce riflessa da altre superfici rispetto a una fonte di luce diretta (nota anche come illuminazione globale)

Le caustiche (un tipo di illuminazione indiretta) sono la riflessione della luce su un oggetto lucido o la focalizzazione della luce attraverso un oggetto trasparente per creare luci abbaglianti su un altro oggetto.

Profondità di campo: quando gli oggetti sono troppo lontani davanti o dietro l'oggetto a fuoco, appaiono sfocati o sfocati.

Gli oggetti appaiono sfocati a causa del movimento ad alta velocità o del movimento della fotocamera.

Rendering non fotorealistico: scenari renderizzati in modo artistico per assomigliare a un dipinto o a un disegno

Sono stati studiati numerosi metodi di rendering e il software di rendering può utilizzare una varietà di modi per produrre un'immagine finale.

Tracciare ogni singolo puntino di luce in una scena è quasi sempre poco pratico e richiederebbe un'enorme quantità di sforzi. Anche il ricalco di un pezzo abbastanza grande da creare un'immagine richiede un tempo eccessivo se il campionamento non è attentamente limitato.

Di conseguenza, si sono evolute diverse famiglie informali di algoritmi di modellazione del trasporto leggero più efficaci:

La rasterizzazione, che include il rendering della linea di scansione, proietta fisicamente gli oggetti della scena su un piano dell'immagine, senza effetti ottici avanzati; il ray casting analizza la scena come percepita da un particolare punto di vista, calcolando l'immagine osservata utilizzando semplicemente la geometria e le più fondamentali equazioni ottiche dell'intensità della riflessione, e magari impiegando approcci Monte Carlo per ridurre gli artefatti; Il ray tracing è paragonabile al ray casting, ma incorpora una simulazione ottica più complessa e in genere utilizza tecniche Monte Carlo per ottenere risultati più realistici a velocità che sono in genere ordini di grandezza più veloci.

Il tracciamento del percorso è simile al ray tracing in quanto si concentra sulla fornitura di effetti di luce realistici ed è in grado di eseguire un rendering imparziale, ma è molto più dispendioso in termini di risorse.

Radiosity, il quarto tipo di approccio al trasporto della luce, non è tipicamente implementato come tecnica di rendering; piuttosto, calcola il flusso di luce quando lascia la sorgente luminosa e illumina le superfici. In genere, queste superfici vengono visualizzate sul display utilizzando uno degli altri tre metodi.

La maggior parte dei software sofisticati combina due o più