渲染過程在計算機圖形學開發週期中起著至關重要的作用。 我們不會在這裡深入討論，但如果沒有至少提到渲染3D圖像的工具和方法，就不會討論CG管道。
像開發電影一樣
渲染是3D製作中技術上最複雜的一個方面，但實際上可以在類比的背景下很容易理解：就像電影攝影師必須在顯示照片之前開發和打印照片一樣，計算機圖形專業人員也有類似的負擔必要性。
當藝術家在3D場景中工作時 ，他所操作的模型實際上是三維空間中的點和曲面（更具體地說是頂點和多邊形）的數學表示。
術語渲染是指由3D軟件包的渲染引擎執行的計算，以將場景從數學近似轉換為最終的2D圖像。 在整個過程中，整個場景的空間，紋理和照明信息被組合起來，以確定平坦圖像中每個像素的顏色值。
兩種類型的渲染
有兩種主要的渲染類型，其主要區別在於圖像計算和定型的速度。
- 實時渲染：實時渲染在遊戲和交互式圖形中最突出地使用，其中圖像必須以驚人的速度從3D信息中計算出來。
- 交互性：由於無法準確預測玩家與遊戲環境的互動情況，因此必須在動作展開時“實時”呈現圖像。
- 速度問題：為了使運動呈現液態，必須在屏幕上呈現每秒至少18-20幀的畫面。 任何小於此值的行為都會顯得波濤洶湧。
- 方法：實時渲染通過專用圖形硬件 （GPU）大幅度提高，並通過預編譯盡可能多的信息。 大量遊戲環境的照明信息被預先計算並直接“烘焙”到環境的紋理文件中以提高渲染速度。
- 脫機或預渲染：脫機渲染用於速度較慢的情況，通常使用多核CPU而不是專用圖形硬件執行計算。
- 可預測性：離線渲染在動畫和效果中最為常見，視覺複雜度和照片真實感被保持在更高的標準。 由於不存在對每幀中會出現什麼的不可預測性，因此已知大型工作室將專用時間長達90小時用於個別幀。
- 照片寫實：由於離線渲染是在開放式時間框架內進行的，因此與實時渲染相比，可以實現更高水平的照片寫實。 字符，環境及其相關紋理和燈光通常允許更高的多邊形數量和4k（或更高）分辨率的紋理文件。
渲染技術
有三種主要的計算技術用於大多數渲染。 每種產品都有自己的優點和缺點，在某些情況下可以選擇三種可行的選項。
- 掃描線（或光柵化）：當速度是必需時，使用掃描線渲染，這使得它成為實時渲染和交互式圖形的首選技術。 掃描線渲染器不是逐像素地渲染圖像，而是以多邊形為基礎計算多邊形。 Scanline技術與預計算（烘焙）照明結合使用，可以在高端顯卡上實現每秒60幀或更高的速度。
- 光線追踪：在光線追踪中，對於場景中的每個像素，一個（或多個）光線從相機追踪到最近的3D物體。 光線然後通過設定數量的“反彈”，其可以包括取決於3D場景中的材料的反射或折射。 每個像素的顏色是基於光線與其追踪路徑中的物體的相互作用進行算法計算的。 光線追踪比掃描線具有更高的照片真實感，但速度指數更慢。
- 光能傳遞：與光線追踪不同，光能傳遞是獨立於相機計算的，並且是面向表面的，而不是逐個像素。 輻射度的主要功能是通過考慮間接照明（反射漫射光）來更準確地模擬表面顏色。 光能通常以柔和漸變的陰影和顏色滲色為特徵，來自顏色鮮豔的物體的光線“滲入”附近的表面。
- 在實踐中，光能傳遞和光線追踪通常會相互結合使用，利用每個系統的優勢來達到令人印象深刻的照片寫實效果。
渲染軟件
雖然渲染依賴於非常複雜的計算，但今天的軟件提供了易於理解的參數，使得藝術家無需處理底層數學。 每個主要的3D軟件套件都包含一個渲染引擎，其中大部分都包含材質和照明軟件包，可以實現令人驚嘆的照片級真實感。
兩種最常見的渲染引擎：
- Mental Ray - 與Autodesk Maya打包在一起。 心理射線非常靈活，速度相對較快，並且可能是需要次表面散射的角色圖像最能勝任的渲染器。 心理射線使用光線追踪和“全局照明”（光能傳遞）的組合。
- V-Ray - 您通常可以看到V-Ray與3DS Max一起使用 - 這對在建築可視化和環境渲染方面絕對無與倫比。 VRay與其競爭對手的主要優勢在於它的照明工具和廣泛的材料庫。
渲染是一個技術主題，但當你真正開始深入研究一些常用技術時，渲染可能會非常有趣。