レンダリングプロセスは、 コンピュータグラフィックス開発サイクルにおいて重要な役割を果たします。 ここではあまり深くは触れませんが、3D画像をレンダリングするためのツールや方法については言及せずにCGパイプラインに関する議論はありません。
現像フィルムのような
レンダリングは、3D制作の最も技術的に複雑な側面ですが、実際には、類似の文脈ではかなり簡単に理解することができます。写真を表示する前に写真を撮って印刷しなければならないのと同じように、必要性
アーティストが3Dシーンで作業しているとき、彼が操作するモデルは、実際には3次元空間内の点とサーフェス（より具体的には、頂点とポリゴン）の数学的表現です。
レンダリングという用語は、シーンを数学的近似から最終的な2D画像に変換するために3Dソフトウェアパッケージのレンダリングエンジンによって実行される計算を指す。 この処理中に、シーン全体の空間的、テクスチャ的、ライティング情報が結合されて、平坦化された画像内の各ピクセルのカラー値が決定される。
2種類のレンダリング
レンダリングには2つの主要な種類があります。その主な違いは、画像が計算されてファイナライズされる速度です。
- リアルタイムレンダリング：リアルタイムレンダリングは、ゲームやインタラクティブグラフィックスで最も顕著に使用されます。ここでは、3D情報から画像を計算する必要があります。
- インタラクティブ性：プレイヤーがゲーム環境とどのように対話するかを正確に予測することは不可能であるため、アクションが展開されると、画像は「リアルタイム」でレンダリングされなければなりません。
- スピードの問題：モーションが流体に見えるようにするには、1秒間に少なくとも18〜20フレームをスクリーンに表示する必要があります。 これ以下であれば何も起こらず、不安定になります。
- メソッド：リアルタイムレンダリングは、 専用グラフィックスハードウェア （GPU）によって大幅に改善され、可能な限り多くの情報をあらかじめコンパイルすることによって向上します。 環境のテクスチャファイルにゲーム環境の照明情報の大部分が事前に計算され、直接焼き付けられ、レンダリングのスピードが向上します。
- オフラインまたはプレレンダリング：オフラインレンダリングは、スピードの問題が少ない状況で使用されます。通常、計算は専用グラフィックスハードウェアではなくマルチコアCPUを使用して実行されます。
- 予測性：アニメーションやエフェクトでは、オフラインでのレンダリングが最も頻繁に行われます。視覚的な複雑さやフォトリアリズムがはるかに高いレベルで保持されます。 各フレームに何が表示されるかについては予測不可能なものがないため、大規模なスタジオは個々のフレームに最大90時間のレンダリング時間を割り当てることが知られています。
- Photorealism：オフラインのレンダリングはオープンエンドの時間枠内で行われるため、リアルタイムレンダリングよりも高いレベルのフォトレアリスムを達成できます。 文字、環境、およびそれに関連するテクスチャとライトでは、通常、ポリゴン数が高くなり、4k（またはそれ以上）の解像度のテクスチャファイルが許可されます。
レンダリング手法
ほとんどのレンダリングには、3つの主要な計算手法が使用されています。 それぞれには独自の利点と欠点があり、特定の状況で3つの実行可能なオプションをすべて作成します。
- スキャンライン（またはラスタライズ）：スピードラインが必要な場合には、スキャンラインのレンダリングが使用され、リアルタイムレンダリングとインタラクティブグラフィックスの選択手法になります。 ピクセル単位で画像をレンダリングする代わりに、走査線レンダラはポリゴン単位でポリゴンを計算します。 プリコンティック（焼き付け）照明と組み合わせて使用されるスキャンライン技術は、ハイエンドグラフィックスカードで毎秒60フレーム以上の速度を実現します。
- レイトレーシング：レイトレーシングでは、シーン内のすべてのピクセルについて、1つ（または複数）の光線がカメラから最も近い3Dオブジェクトまでトレースされます。 光線は、その後、3Dシーン内の材料に応じて反射または屈折を含むことができる、設定された数の「バウンス」を通過する。 各ピクセルの色は、トレースされたパス内のオブジェクトとの光線の相互作用に基づいてアルゴリズム的に計算されます。 レイトレーシングはスキャンラインよりも大きなフォトリアリスティックが可能ですが、指数関数的に遅いです。
- ラジオシティ：レイトレーシングとは異なり、ラジオシティはカメラとは独立して計算され、ピクセル単位ではなくサーフェス指向です。 ラジオシティの主な機能は、間接照明（バウンスされた拡散光）を考慮に入れて、より正確に表面色をシミュレートすることです。 ラジオシティは、通常、明るい色のオブジェクトからの光が近くのサーフェスに「ブリード」する柔らかな目盛り付きのシャドウとカラーブリードによって特徴付けられます。
- 実際には、ラジオシティとレイトレーシングは、それぞれのシステムの利点を利用して印象的なレベルのフォトリアリスを実現することで、しばしば相互に関連して使用されます。
レンダリングソフトウェア
レンダリングは信じられないほど洗練された計算に頼っていますが、今日のソフトウェアは理解しやすいパラメータを提供するので、アーティストは根本的な数学に対処する必要がありません。 レンダリングエンジンはすべての主要な3Dソフトウェアスイートに含まれており、そのほとんどには、光輝感の驚異的なレベルを達成することを可能にする材料パッケージと照明パッケージが含まれています。
2つの最も一般的なレンダリングエンジン：
- Mental Ray - Autodesk Mayaでパッケージ化されています。 Mental Rayは非常に汎用性があり、比較的高速で、恐らく表面下の散乱を必要とする文字画像にとって最も有能なレンダラです。 Mental rayは、レイトレーシングと「グローバルイルミネーション」（ラジオシティ）の組み合わせを使用します。
- V-Ray - 通常、V-Rayは3DS Maxと組み合わせて使用されていますが、建築ビジュアライゼーションと環境レンダリングにはまったく相性がありません。 競合他社に比べてVRayの主な利点は、ライティングツールとアーチ型の広範な材料ライブラリです。
レンダリングは技術的なテーマですが、いくつかの一般的なテクニックを深く見てみるとかなり面白いことがあります。