На написание этой статьи меня подтолкнула странная ситуация, с которой я часто сталкиваюсь, читая форумы, посвященные различным рендерам. Очень часто разговор скатывается к простой фразе: «…этот рендер — ‘отстой’, вот ТОТ — лучше!.. » . Считаю, что эта точка зрения довольно абсурдна, ведь это то же самое, что утверждать, будто кофе лучше, чем кола.
Однако цель этого обзора — не доказать, что тот или иной рендер лучше, а дать комплексное сравнение возможностей некоторых рендеров и мотивировать свой выбор в зависимости от предстоящей задачи. Я не буду подробно останавливаться на настройках, т.к. таких статей в сети достаточно много.
Это первая из двух частей обзора, в которой описаны некоторые особенности распространенных рендеров. В конце второй части будет подведен итог и даны некоторые рекомендации на тему, какой же всё-таки рендер выбрать в той или иной ситуации.
Все рендеры можно разделить на два класса по алгоритму расчета и качеству результата (финальной картинки). Это biased и unbiased рендеры. Biased рендеры вначале рассчитывают отдельные компоненты картинки (Global Illumination, Caustics, Reflections, Refractions, etc, причем как правило достаточно далеко от физической корректности). Затем, производя расчет по частям (напр. scanline — выводит картинку сверху вниз), складывают эти компоненты воедино.
Unbiased рендеры сразу выводят все изображение целиком, постепенно улучшая качество картинки, и все отмеченные выше компоненты рассчитывают одновременно с основным изображением. Очевидные преимущества таких рендеров в том, что процесс можно остановить в любое время, получив тем самым изображение требуемого качества.
Кроме того, большинство таких рендеров основано на истинных (на сколько это сейчас возможно) законах физики, так что финальное изображение выглядит правдоподобно, на уровне фотографии. Maxwell Render, например, так и утверждает — «As easy, as take a photo» — «Так же просто, как сделать фотографию». Ещё один плюс — минимальное количество настроек (напр. Busyray, см. рис.), рендер сам подстраивает некоторые параметры, а в большинстве случаев настроек и не требуется вовсе ввиду физической природы рендера.
С одной стороны, это избавляет визуализатора от ряда тестов, с другой же стороны, лишает его гибкости в манипулировании некоторыми свойствами. К минусам unbiased-рендеров следует отнести довольно большое время ожидания, когда зашумлённость картинки достигнет приемлемо низкого уровня. Например, для серьезных проектов, содержащих до миллиона полигонов и нескольких десятков источников света, для картинки высокого разрешения (от 1600x1200pix) может потребоваться до нескольких десятков часов даже на достаточно мощных компьютерах. (см рис.)
Итак, рассмотрим вкратце предложенные выше рендеры, начиная с самого простого.
Scanline
Рендер scanline появился вместе с появлением 3DStudioMax и является рендером по умолчанию. Этот рендер поддерживает все типы материалов, эффектов и процессов пост-обработки, имеющиеся в 3DSMax базовой комплектации, однако не все материалы и эффекты, разработанные для другого рендера могут быть корректно обработаны им. Например, материалы рендера Brazil будут отрендерены (исключая некоторые специфические свойства), а материалы Mentalray — нет (см. рис.)
Как видим, материал Brazil Advanced отрендерился, однако, отражения отсутствуют. Материал MentalRay не отрендерился вовсе.
Scanline считается самым простым рендером и на сегодняшний день уже не способен конкурировать с остальными рендерами по соотношению Скорость/Качество. Объясню почему:
1) ВСЕ без исключения поверхности отражают и/или рассеивают падающий свет.
2) достаточно много материалов рассеивают свет в околоповерхностной зоне
3) абсолютно точечных источников света не существует в природе
4) рассеивая падающий свет поверхность материала освещает окружающие предметы.
Все эти и некоторые другие свойства реальных поверхностей лишь частично могут быть реализованы рендером scanline. Конечно, и в таком сравнительно простом рендере можно создавать конкурентоспособные работы, а если сцена не изобилует оптически активными поверхностями (стекло, металл), то и за приемлимое время.
Современный рендер трудно представить без технологии Global Illumination, глобальное освещение, дающей реальное распределение рассеяного и/или отраженного света (сравните рис.)
Стандартный рендер 3DSMax тоже позволяет моделировать глобальное освещение, и называется эта технология Advanced Lighting — расширенные настройки освещения. Данная технология имеет 2 алгоритма — Light Tracer и Radiosity.
Правда, возможности ее достаточно скромны. Так, например, Light Tracer дает достаточно точное распределение света и имеет настройки для управления количеством сэмплирующих, диффузных переотражений, Color Bleeding (цветовое окрашивание), и т.д., однако значительно проигрывает второму алгоритму в скорости. Минусом Radiosity является очень приблизительное распределение света. Еще одно свойство по которым оценивают алгоритмы Global Iluumination (далее — GI) — это так называемый параметр View-dependancing, в переводе — зависимость от угла зрения. Это свойство говорит о том, что рассчитанное вторичное освещение зависит (или не зависит) от положения камеры в сцене. Т.е. используя зависимый от камеры алгоритм каждый раз при смене положения камеры в сцене вторичное освещение приходится рассчитывать заново. Итак — Light Tracer — камерозависимый алгоритм, Radiosity — камероНЕзависимый.
Поддержка Area Light — «протяженный свет» (примерный перевод) — осуществляется частично, только за счет установки типа теней (см. рис.), геометрический тип источника света (Geometry Light) отсутствует.
Дополнительный эффект, обеспечивающий фотореалистичность картинки, называемый глубиной резкости (Depth of Field), присутствует в настройках камеры в разделе Multi-Pass effect. Правда, как и некоторые другие эффекты, этот является лишь имитацией и работает в двух вариантах, первый из которых быстрый, но менее качественный (просто размывает картинку в нужных местах), а второй очень медленный, но близкий к истине (рендерит многократно одну и ту же сцену, смещая в пространстве положение камеры). Эффект размытия движения (Motion Blur) функционирует по такому же принципу.
Вцелом, можно сказать, что scanline больше никаких дополнительных возможностей или алгоритмов не имеет. Все остальные эффекты являются скорее дополнениями или имитацией реальных оптических физически точных процессов.
Резюме: Достаточно простой рендер.
(+): скорость, простота настройки/управления, полная интеграция с 3DSMax.
(-): физически некорректный, для получения правильного результата необходимо прибегать к имитации.
