Η διαδικασία αποδόσεων διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο στον κύκλο ανάπτυξης υπολογιστών γραφικών . Δεν θα πάμε πάρα πολύ σε βάθος εδώ, αλλά καμία συζήτηση για τον αγωγό CG θα ήταν πλήρης χωρίς να αναφερθούν τουλάχιστον τα εργαλεία και οι μέθοδοι για την απόδοση τρισδιάστατων εικόνων.
Όπως η ανάπτυξη ταινιών
Η απόδοση είναι η πιο τεχνικά πολύπλοκη πτυχή της τρισδιάστατης παραγωγής, αλλά στην πραγματικότητα μπορεί να γίνει κατανοητή με μεγάλη ευκολία στο πλαίσιο μιας αναλογίας: Όπως ένας φωτογράφος πρέπει να αναπτύξει και να εκτυπώσει τις φωτογραφίες του πριν εμφανιστεί, οι επαγγελματίες γραφικών ηλεκτρονικών υπολογιστών επιβαρύνονται με παρόμοιο ανάγκη.
Όταν ένας καλλιτέχνης εργάζεται σε μια τρισδιάστατη σκηνή , τα μοντέλα που χειρίζεται είναι στην πραγματικότητα μια μαθηματική αναπαράσταση σημείων και επιφανειών (πιο συγκεκριμένα, κορυφών και πολυγώνων) σε τρισδιάστατο χώρο.
Ο όρος " απόδοση" αναφέρεται στους υπολογισμούς που εκτελούνται από μια μηχανή rendering του πακέτου λογισμικού 3D για να μεταφράσει τη σκηνή από μια μαθηματική προσέγγιση σε μια οριστική εικόνα 2D. Κατά τη διάρκεια της διαδικασίας, οι πληροφορίες χώρου, υφής και φωτισμού ολόκληρης της σκηνής συνδυάζονται για να προσδιοριστεί η τιμή χρώματος κάθε εικονοστοιχείου στην πεπλατυσμένη εικόνα.
Δύο τύποι προβολής
Υπάρχουν δύο κύριοι τύποι rendering, με κύρια διαφορά την ταχύτητα με την οποία υπολογίζονται και οριστικοποιούνται οι εικόνες.
- Εκτέλεση σε πραγματικό χρόνο: Η απόδοση σε πραγματικό χρόνο χρησιμοποιείται πιο έντονα στα παιχνίδια και στα διαδραστικά γραφικά, όπου οι εικόνες πρέπει να υπολογίζονται από πληροφορίες 3D με απίστευτα γρήγορο ρυθμό.
- Διαδραστικότητα: Επειδή είναι αδύνατο να προβλέψουμε με ακρίβεια πώς ένας παίκτης θα αλληλεπιδράσει με το περιβάλλον του παιχνιδιού, οι εικόνες πρέπει να αποδίδονται σε "πραγματικό χρόνο" καθώς η δράση εκτυλίσσεται.
- Θέματα ταχύτητας: Προκειμένου η κίνηση να εμφανίζεται ρευστή, πρέπει να εμφανίζονται τουλάχιστον 18 - 20 καρέ ανά δευτερόλεπτο στην οθόνη. Οτιδήποτε λιγότερο από αυτό και η δράση θα φαίνεται ασταθές.
- Οι μέθοδοι: Η απόδοση σε πραγματικό χρόνο βελτιώνεται δραστικά με ειδικό υλικό γραφικών (GPU) και με προ-συλλογή όσο το δυνατόν περισσότερων πληροφοριών. Πολλές πληροφορίες σχετικά με το φωτισμό του περιβάλλοντος παιχνιδιών είναι προ-υπολογισμένες και "ψημένες" απευθείας στα αρχεία υφής του περιβάλλοντος για να βελτιωθεί η ταχύτητα εμφάνισης.
- Εκτός σύνδεσης ή προεπεξεργασία: Η απόδοση εκτός σύνδεσης χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου η ταχύτητα είναι μικρότερη από ένα ζήτημα, με υπολογισμούς που συνήθως εκτελούνται χρησιμοποιώντας επεξεργαστές πολλαπλών πυρήνων αντί για ειδικό υλικό γραφικών.
- Προβλεψιμότητα: Η απόδοση εκτός σύνδεσης παρατηρείται συχνότερα στις κινούμενες εικόνες και τις επιδράσεις των επιπτώσεων, όπου η οπτική πολυπλοκότητα και ο φωτορεαλισμός διατηρούνται σε πολύ υψηλότερα πρότυπα. Δεδομένου ότι δεν υπάρχει καμία μη προβλεψιμότητα ως προς το τι θα εμφανιστεί σε κάθε πλαίσιο, τα μεγάλα στούντιο είναι γνωστό ότι αφιερώνουν έως και 90 ώρες την απόδοση χρόνου σε μεμονωμένα πλαίσια.
- Φωτορεαλισμός: Επειδή η εμφάνιση εκτός σύνδεσης πραγματοποιείται μέσα σε ένα ανοιχτό χρονικό πλαίσιο, μπορούν να επιτευχθούν υψηλότερα επίπεδα φωτορεαλισμού από ό, τι με την απόδοση σε πραγματικό χρόνο. Οι χαρακτήρες, τα περιβάλλοντα και οι συναφείς υφές και τα φώτα τους επιτρέπεται συνήθως με υψηλότερες μετρήσεις πολυγώνων και αρχεία υφής ανάλυσης 4k (ή υψηλότερα).
Τεχνικές εμφάνισης
Υπάρχουν τρεις βασικές υπολογιστικές τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τις περισσότερες εκδόσεις. Καθένας έχει το δικό του σύνολο πλεονεκτημάτων και μειονεκτημάτων, κάνοντας και τις τρεις βιώσιμες επιλογές σε ορισμένες περιπτώσεις.
- Scanline (ή rasterization): Η rendline rendering χρησιμοποιείται όταν η ταχύτητα είναι μια αναγκαιότητα, γεγονός που την καθιστά την τεχνική επιλογής για απόδοση σε πραγματικό χρόνο και διαδραστικά γραφικά. Αντί να αποδίδει μια εικόνα pixel-by-pixel, οι επεξεργαστές σάρωσης υπολογίζονται σε ένα πολύγωνο βάσει πολυγώνου. Οι τεχνικές σάρωσης που χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με τον προκατασκευασμένο (ψημένο) φωτισμό μπορούν να επιτύχουν ταχύτητες 60 καρέ ανά δευτερόλεπτο ή καλύτερο σε μια κάρτα γραφικών υψηλών επιδόσεων.
- Απεικόνιση: Στο raytracing, για κάθε pixel στη σκηνή, εντοπίζονται μία (ή περισσότερες) ακτίνες φωτός από την κάμερα στο πλησιέστερο αντικείμενο 3D. Στη συνέχεια, η ακτίνα φωτός περνάει από έναν καθορισμένο αριθμό "αναπηδήσεων", που μπορεί να περιλαμβάνουν ανάκλαση ή διάθλαση ανάλογα με τα υλικά στη σκηνή 3D. Το χρώμα κάθε εικονοστοιχείου υπολογίζεται αλγοριθμικά με βάση την αλληλεπίδραση της ακτίνας του φωτός με τα αντικείμενα στην ανίχνευσή του. Το Raytracing είναι ικανό για μεγαλύτερο φωτορεαλισμό από τη σάρωση, αλλά είναι εκθετικά πιο αργό.
- Ραδιοσυχνότητα: Σε αντίθεση με το raytracing, η ραδιοσυχνότητα υπολογίζεται ανεξάρτητα από την κάμερα και είναι προσανατολισμένη προς την επιφάνεια και όχι ως pixel-by-pixel. Η πρωταρχική λειτουργία της ακτινοβολίας είναι η ακριβέστερη προσομοίωση του χρώματος της επιφάνειας με τη λογιστική του έμμεσου φωτισμού (αναπήδηση διάχυτου φωτός). Η ραδιοσυχνότητα χαρακτηρίζεται χαρακτηριστικά από μαλακές βαθμιδωτές σκιές και αιμορραγία χρώματος, όπου το φως από έντονα χρωματισμένα αντικείμενα "αιμορραγεί" πάνω σε κοντινές επιφάνειες.
- Στην πράξη, η ραδιοσυχνότητα και η ραδιάλυση χρησιμοποιούνται συχνά σε συνδυασμό μεταξύ τους, χρησιμοποιώντας τα πλεονεκτήματα κάθε συστήματος για να επιτύχουν εντυπωσιακά επίπεδα φωτορεαλισμού.
Λογισμικό αποτύπωσης
Παρόλο που η απόδοση βασίζεται σε απίστευτα εξελιγμένους υπολογισμούς, το λογισμικό του σήμερα παρέχει εύκολα κατανοητές παραμέτρους που το καθιστούν έτσι ώστε ο καλλιτέχνης να μην χρειάζεται ποτέ να ασχοληθεί με τα υποκείμενα μαθηματικά. Ένας μηχανισμός προβολής περιλαμβάνεται σε κάθε μεγάλη σουίτα λογισμικού 3D και οι περισσότεροι από αυτούς περιλαμβάνουν πακέτα υλικών και φωτισμού που καθιστούν δυνατή την επίτευξη εκπληκτικών επιπέδων φωτορεαλισμού.
Οι δύο πιο συνηθισμένες μηχανές προβολής:
- Mental Ray - Συσκευασμένο με Autodesk Maya. Το Mental Ray είναι απίστευτα ευπροσάρμοστο, σχετικά γρήγορο και πιθανότατα το πιο ικανό επεξεργαστή για εικόνες χαρακτήρων που χρειάζονται υποβρύχια διασπορά. Η ψυχική ακτινοβολία χρησιμοποιεί έναν συνδυασμό raytracing και "παγκόσμιου φωτισμού" (ραδιενέργεια).
- V-Ray - Συνήθως βλέπετε το V-Ray που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με το 3DS Max - μαζί το ζευγάρι είναι απολύτως ασύγκριτο για την αρχιτεκτονική απεικόνιση και την απόδοση του περιβάλλοντος. Τα κύρια πλεονεκτήματα της VRay έναντι του ανταγωνιστή της είναι τα εργαλεία φωτισμού και η εκτεταμένη βιβλιοθήκη υλικών για την αρχιτεκτονική.
Η απόδοση είναι ένα τεχνικό θέμα, αλλά μπορεί να είναι αρκετά ενδιαφέρον όταν αρχίσετε πραγματικά να εξετάσετε βαθύτερα ορισμένες από τις κοινές τεχνικές.