渲染

2016-03-18 11:44:23
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渲染(Render)在电脑绘图中是指:用软件从模型生成图像的过程。模型是用严格定义的语言或者数据结构对于三维物体的描述,它包括几何、视点、纹理以及照明信息。图像是数字图像或者位图图像。

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       概念


  渲染(Render)在电脑绘图中是指:用软件从模型生成图像的过程。模型是用严格定义的语言或者数据结构对于三维物体的描述,它包括几何、视点、纹理以及照明信息。图像是数字图像或者位图图像。渲染这个术语类似于“艺术家对于场景的渲染”。另外渲染也用于描述:计算视频编辑文件中的效果,以生成最终视频输出的过程。


  渲染是三维计算机图形学中的最重要的研究课题之一,并且在实践领域它与其它技术密切相关。在图形流水线中,渲染是最后一项重要步骤,通过它得到模型与动画最终显示效果。自从二十世纪七十年代以来,随着计算机图形的不断复杂化,渲染也越来越成为一项重要的技术。


  渲染的应用领域有:计算机与视频游戏、模拟、电影或者电视特效以及可视化 设计,每一种应用都是特性与技术的综合考虑。作为产品来看,现在已经有各种不同的渲染工具产品,有些集成到更大的建模或者动画包中,有些是独立产品,有些 是开放源代码的产品。从内部来看,渲染工具都是根据各种学科理论,经过仔细设计的程序,其中有:光学、视觉感知、数学以及软件开发。


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  渲染的基本过程


  首先,必须定位三维场景中的摄像机,这和真实的摄影是一样的。一般来说,三维软件已经提供了四个默认的摄像机,那就是软件中四个主要的窗口,分为顶视图、正视图、侧视图和透视图。我们大多数时候渲染的是透视图而不是其它视图,透视图的摄像机基本遵循真实摄像机的原理,所以我们看到的结果才会和真实的三维世界一样,具备立体感。接下来,为了体现空间感,渲染程序要做一些“特殊”的工作,就是决定哪些物体在前面、哪些物体在后面和那些物体被遮挡等。空间感仅通过物体的遮挡关系是不能完美再现的,很多初学三维的人只注意立体感的塑造而忽略了空间感。要知道空间感和光源的衰减、环境雾、景深效果都是有着密切联系的。 渲染程序通过摄像机获取了需要渲染的范围之后,就要计算光源对物体的影响,这和真实世界的情况又是一样的。许多三维软件都有默认的光源,否则,我们是看不到透视图中的着色效果的,更不要说渲染了。因此,渲染程序就是要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。和真实世界中光源不同的是,渲染程序往往要计算大量的辅助光源。在场景中,有的光源会照射所有的物体,而有的光源只照射某个物体,这样使得原本简单的事情又变得复杂起来。在这之后,还要是使用深度贴图阴影还是使用光线追踪阴影?这往往取决于在场景中是否使用了透明材质的物体计算光源投射出来的阴影。


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     另外,使用了面积光源之后,渲染程序还要计算一种特殊的阴影--软阴影(只能使用光线追踪),场景中的光源如果使用了光源特效,渲染程序还将花费更多的系统资源来计算特效的结果,特别是体积光,也称为灯光雾,它会占用代量的系统资源,使用的时候一定要注意。 在这之后,渲染程序还要根据物体的材质来计算物体表面的颜色,材质的类型不同,属性不同,纹理不同都会产生各种不同的效果。而且,这个结果不是独立存在的,它必须和前面所说的光源结合起来。如果场景中有粒子系统,比如火焰、烟雾等,渲染程序都要加以“考虑”。


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  渲染软件


  渲染软件既有独立的软件,也有3D模型自带的渲染器(插件)。3D模型设计软件自带的渲染器一般用于模型比较简单、材质单一的渲染,而单独的渲染软件用于模型复杂、材质丰富、场景宏大的模型渲染中。


  常见的有以下几种:Lightscape,Artlantis,Render,Brazil,SolidWorks,AccuRender,VRay,Cinema4D,ZBrush 4R7.


  Lightscape


  Lightscape是一种先进的光照模拟和可视化设计系统,用于对三维模型进行精确的光照模拟和灵活方便的可视化设计。Lightscape是世界上唯一同时拥有光影跟踪技术、光能传递技术和全息技术的渲染软件;它能精确模拟漫反射光线在环境中的传递,获得直接和间接的漫反射光线;使用者不需要积累丰富实际经验就能得到真实自然的设计效果。LIGHTSCAPE可轻松使用一系列交互工具进行光能传递处理、光影跟踪和结果处理。LIGHTSCAPE3.2是LIGHTSCAPE公司被AUTODESK公司收购之后推出的第一个更新版本。

  Lightscape现已合并到3DMAX里面。


  Artlantis渲染器


  Artlantis 是法国Advent公司重量级渲染引擎, 也是SKETCHUP的一个天然渲染伴侣,它是用于建筑室内和室外场景的专业渲染软件,其超凡的渲染速度与质量,无比友好和简洁的用户界面令人耳目一新, 被誉为建筑绘图场景、建筑效果图画和多媒体制作领域的一场革命,其渲染速度极快,ARTLANTIS与SKETCHUP、3DMAX、ArchiCAD等 建筑建模软件可以无缝链接,渲染后所有的绘图与动画影像呈现让人印象深刻。


  Artlantis中许多高级的专有功能为任意的三维空间工程提供真实的基于硬件和灯光现实仿真技术。对于许多主流的建筑 CAD 软件,如 ArchiCAD、 VectorWorks、SketchUp、AutoCAD、Arc+等,Artlanits 可以很好的支持输入通用的 CAD文件格式:DXF、DWG、3DS等。


  理念的诞生造就了Artlantis 渲染软件的成功, 拥有80多个国家超过65000之多的用户群。 虽然在国内,还没有更多的朋友接触它、使用它。但是 Artlantis 的高科技创新在任何的 3D 建模软件中是不可否认的同伴,其操作理念、超凡的速度及相当好的质量证明它是一个难得的渲染软件。


  Brazil渲染器(巴西渲染器)


  在SIGGRAPH 2005(第32届国际计算机图形图像交流大会)上,高端3D渲染软件供应商SplutterFish LLC将与Orphanage及包括Autodesk,,McNeel & Assoc和Archvision等在内的领先的软件制造商在大会的展台上开展合作。SplutterFish团队将主要展示他们最新版本的Brazil 渲染器2.0。


  这个最新发行的渲染软件展现给用户的全新特征包括:3D motion blur、渲染时间置换、3dsmax肌理渲染支持、加强的GI特征如渲染隐蔽处(发光处、区域高光、 表层下的散射等)、加强的核心性能(存储器、CPU等)及许多其他内容。Brazil渲染器2.0的目标是成为最易操纵的高性能渲染器,保持高质量高产 量,以及成为以艺术为中心的顶级CG专业人士之选。Brazil渲染器2.0针对3ds max,VIZ和Rhinoceros的版本将在晚些时候推出。


  SolidWorks


  SolidWorks为达索系统(Dassault Systemes S.A)下的子公司,专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应,并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统,包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统,著名的CATIAV5就出自该公司之手,达索的CAD产品市场占有率居世界前列。


  Maxwell


  NextLimit 发布Maxwell Render,Maxwell Render 是一款可以不依附其他三维软件可以独立运行的渲染软件,采用了光谱的计算原理,打破了长久以来光能传递等渲染技术,使结果更逼真。


  Maxwell是一个基于真实光线物理特性的全新渲染引擎,按照完全精确的算法和公式来重现光线的行为。 Maxwell中所有的元素,比如灯光发射器,材质,灯光等等,都是完全依靠精确的物理模型产生的。可以纪录场境内所有元素之间相互影响的信息,所有的光线计算都是使用光谱信息和高动态区域数据来执行的。主要功能:

  1、内部没有采用传统的RGB色彩空间,而是用光谱来定义光线的颜色。完全把光线当作携带能量的电磁波来看待。

  2、声称可以避免传统的Photon Map、Radiocity等算法的缺点。

  3、内置真实的摄影机镜头算法,而不用Post的 Camera Shader。直接可以计算白光色散等光学现象

  3、先进的Caustics算法

  4、严格的光源定义,不允许没有面积的光源,并且支持众多数量的光源。

  5、完全真实的Motion Blur

  6、未来的广泛的支持,涉及各种主流软件。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


  新一代渲染软件 AccuRender 3.0


  AccuRender3是美国Robert McNeel公司开发的渲染软件新版本,拥有图形学最新技术----辐射度算法(Radiosity),与光线跟踪算法结合;直接从AutoCAD三维模型中生成与照片类似的真实感渲染图像。


  可精确计算阴影,以及用户定义的各种材料表面的透明度、漫射、反射和折射 的光学效应。精确计算的光学模拟可以产生包括16,700,000种颜色(24位/象素),无限分辨率,十分逼真的复杂影象。它将用于渲染的全部信息与图 形一起存盘,由于在AutoCAD内部运行,具有与AutoCAD一致的工作环境,直观的渲染工作界面,天正建筑提供的快速渲染接口 支持AccuRender2.1;大大简化了学习过程,带来了前 所未有的方便。


  HyperShot


  由Bunkspeed公司所出品一款基于luxrender的即时着色渲染软件hyperShot。hyperShot为一套即时3DRendering,制作即时照片质量的图象软件。即时渲染技术,可以让使用者更加直观和方便的调节场景的各种效果,在很短的时间内作出高品质的渲染效果图,甚至是直接在软件中表达出渲染效果,大大缩短了传统渲染操作所需要花费的大量时间。


  版本为v1.9.21,可直接以插件的形式支持Pro/ENGINNER、SolidWorks、Rhino及Google SketchUp;即时着色不再需要任何专门技术,任何设计师都可以为他们的3D电脑设计预先做出逼真的着色渲染图象,而这仅仅需要几分钟。节省了大量做实体模型的金钱和时间耗费 ,有个Bunkspeed提供的hyperShot强大功能,渲染已成为创建过程和工作流程(从设计构思到营销图象)中一个简单而必要的部分。


  hyperShot操 作简单仅仅6个图标即可操作实现渲染着色,再搭配自行研发申请的专利技术可实现直接渲染,让你可以实时创作和处理高分辨率3D数字图象。设计的渲染是动态 进行的,其效果极为真实,并且是在显示全部图形细节的状态下。以前要由相关专业人士进行的工作,团队中的任何人都可以独立完成。


  VRay


  VRay是由chaosgroup和asgvis公司出品,中国由曼恒公司负责推广的一款高质量渲染软件。VRay是目前业界最受欢迎的渲染引擎。基于V-Ray 内核开发的有VRay for 3ds max、Maya、Sketchup、Rhino等诸多版本,为不同领域的优秀3D建模软件提供了高质量的图片和动画渲染。除此之外,VRay也可以提供单独的渲染程序,方便使用者渲染各种图片。


  VRay渲染器提供了一种特殊的材质——VrayMtl。在场景中使用该材质能够获得更加准确的物理照明(光能分布),更快的渲染,反射和折射参数调节更方便。使用VrayMtl,你可以应用不同的纹理贴图,控制其反射和折射,增加凹凸贴图和置换贴图,强制直接全局照明计算,选择用于材质的BRDF。


  Cinema4D


  德国MAXON公司出品的Cinema 4D,是一套整合3D模型、动画与算图的高级三维绘图软件,一直以高速图形计算速度著名,并有令人惊奇的渲染器和粒子系统,其渲染器在不影响速度的前提下,使图像品质有了很大提高,可以面向打印、出版、设计及创造产品视觉效果。今年八月发布最新版本CINEMA 4D R11。


  CINEMA 4D有以下优点:

  · 包含了多种现代3D艺术家所需要的强大易用建模工具,包含 Bones、NURBS和最简单、易用、有效的灯光选项 。

  · 100多个艺术创作建模工具允许用户交互的创作甚至是最复杂的模型。

  · 超过50基本元素(立方体、球体等等),这意味着用户可以只需花很少的经验去建模。

  · 内置的基本变形参数(扭曲、弯曲等等),允许用户拖拽鼠标就可以交互控制模型。

  · 强大的材质系统让建立相片级真实度的材质轻而易举(如石头、布料、玻璃等等)。

  · 13个材质通道提供超越需求的特性,让用户可以在完美模型上建立完美材质。


  Cinema 4D 软件是个功能异常强大操作却极为简易的软件。该软件的推出,自 2004 年 R9 版本的推出后,其功能大大完善,已引起业界的极大关注及无数赞誉,被业界誉为“新一代的三维动 画制作软件”,并开始大量应用于各类大片中。 2006 年的最新版本 R10 的推出,更被广大用户誉为“革命性的升级”。无论你是拍摄电影、电视、游戏开发、医学成像、工业、建筑设计、印刷设计或网络制图, Cinema 4D 都将以其丰富的工具包为您带来比其它 3D 软件更多的帮助和更高的效率。


  与众所周知的其它 3D 软件一样(如 Maya 、 Softimage XSI 、 3D Max 等), Cinema 4D 同样具备高端 3D 动画软件的所有功能。所不同的是在研发过程中, Cinema 4D 的工程师更加注重工作流程的流畅性、舒适性、合理性、易用性和高效性。因此,使用 Cinema 4D 会让设计师在创作设计时感到非常轻松愉快,赏心悦目,在使用过程中更加得心应手,有更多的精力置于创作之中,即使是新用户,也会感觉到 Cinema 4D 的上手非常容易。


  ZBrush 4R7


  ZBrush是一个数字雕刻和绘画软件,它以强大的功能和直观的工作流程 彻底改变了整个三维行业。在一个简洁的界面中,ZBrush 为当代数字艺术家提供了世界上最先进的工具。以实用的思路开发出的功能组合,在激发艺术家创作力的同时,ZBrush 产生了一种用户感受,在操作时会感到非常的顺畅。ZBrush 能够雕刻高达 10 亿多边形的模型,所以说限制只取决于的艺术家自身的想象力。


  ZBrush 软件是世界上第一个让艺术家感到无约束自由创作的 3D 设计工具!它的出现完全颠覆了过去传统三维设计工具的工作模式,解放了艺术家们的双手和思维,告别过去那种依靠鼠标和参数来笨拙创作的模式,完全尊重设计师的创作灵感和传统工作习惯。


  ZBrush可以实时的进行不断的渲染和着色。 对于绘制操作,ZBrush 增加了新的范围尺度,可以让你给基于像素的作品增加深度,材质,光照和复杂精密的渲染特效,真正实现了 2D 与 3D 的结合,模糊了多边形与像素之间的界限,让你为它的多变而惊讶,兴奋不已。




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