渲染的概念運用以及相關(guān)知識
發(fā)布時間：2010-01-14 共2頁
渲染，英文為Render,也有的把它稱為著色，但Render和Shade值兩個詞在三維軟件中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。Shade是一種顯示方案，一般出現(xiàn)在三維軟件的主要窗口中，和三維模型的線框圖一樣起到輔助觀察模型的作用。很明顯，著色模式比線框模式更容易讓我們理解模型的結(jié)構(gòu)，但它只是簡單的顯示而已，數(shù)字圖像中把它稱為明暗著色法。在像Maya這樣的高級三維軟件中，還可以用Shade顯示出簡單的燈光效果、陰影效果和表面紋理效果，當然，高質(zhì)量的著色效果是需要專業(yè)三維圖形顯示卡來支持的，它可以加速和優(yōu)化三維圖形的顯示。但無論怎樣優(yōu)化，它都無法把顯示出來的三維圖形變成高質(zhì)量的圖像，這時因為Shade采用的是一種實時顯示技術(shù)，硬件的速度限制它無法實時地反饋出場景中的反射、折射等光線追蹤效果。而現(xiàn)實工作中我們往往要把模型或者場景輸出成圖像文件、視頻信號或者電影膠片，這就必須經(jīng)過Render程序。
Shade視窗，提供了非常直觀、實時的表面基本著色效果，根據(jù)硬件的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬件支持的情況下，它的顯示甚至會是無理無序的。
Render效果就不同了，它是基于一套完整的程序計算出來的，硬件對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結(jié)果，影響結(jié)果的是看它是基于什么程序渲染的，比如是光影追蹤還是光能傳遞。
渲染的基本過程
首先，必須定位三維場景中的攝像機，這和真實的攝影是一樣的。一般來說，三維軟件已經(jīng)提供了四個默認的攝像機，那就是軟件中四個主要的窗口，分為頂視圖、正視圖、側(cè)視圖和透視圖。我們大多數(shù)時候渲染的是透視圖而不是其他視圖，透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理，所以我們看到的結(jié)果才會和真實的三維世界一樣，具備立體感。接下來，為了體現(xiàn)空間感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是決定哪些物體在前面、哪些物體在后面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關(guān)系是不能完美再現(xiàn)的，很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環(huán)境霧、景深效果都是有著密切聯(lián)系的。
渲染程序通過攝像機獲取了需要渲染的范圍之后，就要計算光源對物體的影響，這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟件都有默認的光源，否則，我們是看不到透視圖中的著色效果的，更不要說渲染了。因此，渲染程序就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是，渲染程序往往要計算大量的輔助光源。在場景中，有的光源會照射所有的物體，而有的光源只照射某個物體，這樣使得原本簡單的事情又變得復雜起來。在這之后，還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影？這往往取決于在場景中是否使用了透明材質(zhì)的物體計算光源投射出來的陰影。另外，使用了面積光源之后，渲染程序還要計算一種特殊的陰影－－軟陰影（只能使用光線追蹤），場景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序還將花費更多的系統(tǒng)資源來計算特效的結(jié)果，特別是體積光，也稱為燈光霧，它會占用代量的系統(tǒng)資源，使用的時候一定要注意。
在這之后，渲染程序還要根據(jù)物體的材質(zhì)來計算物體表面的顏色，材質(zhì)的類型不同，屬性不同，紋理不同都會產(chǎn)生各種不同的效果。而且，這個結(jié)果不是獨立存在的，它必須和前面所說的光源結(jié)合起來。如果場景中有粒子系統(tǒng)，比如火焰、煙霧等，渲染程序都要加以“考慮”。
智能光
自然界的光是具有智慧的，它像一個魔法師，把世界變得繽紛絢麗，甚至離奇古怪，而渲染程序中的光就顯得笨拙的得多了，程序雖然提供了足夠多的光源類型來讓我們模擬真實世界的光源，但就其本質(zhì)來說，都只解決了光源的直接照射問題，而真實世界中的照明不是這樣的，它還存在再次反射的現(xiàn)象，也就是通常所說的的光能傳遞，現(xiàn)在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能傳遞相混淆，他們雖然在原理和結(jié)果上非常相似，但是算方式卻不一樣。
光的“智能”還體現(xiàn)在它的反射和折射質(zhì)量上，這個質(zhì)量并不是指渲染圖像的質(zhì)量或者光線追蹤的正確與否，而是指是否能自動完成與光線的反射和折射有關(guān)的所有效果。Caustic特效的產(chǎn)生成為了高級渲染程序的一個重要標志。Cau-stic是一種光學特效，通常出現(xiàn)在有反射和折射屬性的物體上，比如透明的圓球、凸透鏡、鏡子、水面等，它包含聚焦和散焦兩個方面的效果。
就目前的情況來說，衡量一個渲染程序里的光源是否具有“智能”，不是看它的光源類型有多么豐富，或者說，已經(jīng)與直接照明沒有什么關(guān)系了（所有的渲染程序都能很好的解決直接照明的問題），而是與光源的間接照明有密切的關(guān)系。無論是天空光還是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物體上產(chǎn)生的效果，它們是光線的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction產(chǎn)生的結(jié)果，產(chǎn)生這些結(jié)果的自動化程度越高，即不需借助任何輔助光源，我們就可以把該渲染程序的光源看成是有“智能”的。需要注意的是，并不是說不能自動產(chǎn)生間接照明效果的渲染程序就是低級的。我們依然可以使用輔助光源來模擬那些間接照明的效果，作為渲染的圖像來說，我們關(guān)心的仍然是圖像所顯示的效果，而不是產(chǎn)生結(jié)果的方法，所謂條條大路通羅馬，目的才是最重要的。我們不要迷失其中。（說明：天空光是一種很特殊的光源。準確的說天空光不應(yīng)該稱為光源，它是由于大氣漫反射太陽光形成的，所以，它也可以看成是太陽光的間接照明。）
Shade視窗，提供了非常直觀、實時的表面基本著色效果，根據(jù)硬件的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬件支持的情況下，它的顯示甚至會是無理無序的。
Render效果就不同了，它是基于一套完整的程序計算出來的，硬件對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結(jié)果，影響結(jié)果的是看它是基于什么程序渲染的，比如是光影追蹤還是光能傳遞。
渲染的基本過程
首先，必須定位三維場景中的攝像機，這和真實的攝影是一樣的。一般來說，三維軟件已經(jīng)提供了四個默認的攝像機，那就是軟件中四個主要的窗口，分為頂視圖、正視圖、側(cè)視圖和透視圖。我們大多數(shù)時候渲染的是透視圖而不是其他視圖，透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理，所以我們看到的結(jié)果才會和真實的三維世界一樣，具備立體感。接下來，為了體現(xiàn)空間感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是決定哪些物體在前面、哪些物體在后面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關(guān)系是不能完美再現(xiàn)的，很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環(huán)境霧、景深效果都是有著密切聯(lián)系的。
渲染程序通過攝像機獲取了需要渲染的范圍之后，就要計算光源對物體的影響，這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟件都有默認的光源，否則，我們是看不到透視圖中的著色效果的，更不要說渲染了。因此，渲染程序就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是，渲染程序往往要計算大量的輔助光源。在場景中，有的光源會照射所有的物體，而有的光源只照射某個物體，這樣使得原本簡單的事情又變得復雜起來。在這之后，還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影？這往往取決于在場景中是否使用了透明材質(zhì)的物體計算光源投射出來的陰影。另外，使用了面積光源之后，渲染程序還要計算一種特殊的陰影－－軟陰影（只能使用光線追蹤），場景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序還將花費更多的系統(tǒng)資源來計算特效的結(jié)果，特別是體積光，也稱為燈光霧，它會占用代量的系統(tǒng)資源，使用的時候一定要注意。
在這之后，渲染程序還要根據(jù)物體的材質(zhì)來計算物體表面的顏色，材質(zhì)的類型不同，屬性不同，紋理不同都會產(chǎn)生各種不同的效果。而且，這個結(jié)果不是獨立存在的，它必須和前面所說的光源結(jié)合起來。如果場景中有粒子系統(tǒng)，比如火焰、煙霧等，渲染程序都要加以“考慮”。
智能光
自然界的光是具有智慧的，它像一個魔法師，把世界變得繽紛絢麗，甚至離奇古怪，而渲染程序中的光就顯得笨拙的得多了，程序雖然提供了足夠多的光源類型來讓我們模擬真實世界的光源，但就其本質(zhì)來說，都只解決了光源的直接照射問題，而真實世界中的照明不是這樣的，它還存在再次反射的現(xiàn)象，也就是通常所說的的光能傳遞，現(xiàn)在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能傳遞相混淆，他們雖然在原理和結(jié)果上非常相似，但是算方式卻不一樣。
光的“智能”還體現(xiàn)在它的反射和折射質(zhì)量上，這個質(zhì)量并不是指渲染圖像的質(zhì)量或者光線追蹤的正確與否，而是指是否能自動完成與光線的反射和折射有關(guān)的所有效果。Caustic特效的產(chǎn)生成為了高級渲染程序的一個重要標志。Cau-stic是一種光學特效，通常出現(xiàn)在有反射和折射屬性的物體上，比如透明的圓球、凸透鏡、鏡子、水面等，它包含聚焦和散焦兩個方面的效果。
就目前的情況來說，衡量一個渲染程序里的光源是否具有“智能”，不是看它的光源類型有多么豐富，或者說，已經(jīng)與直接照明沒有什么關(guān)系了（所有的渲染程序都能很好的解決直接照明的問題），而是與光源的間接照明有密切的關(guān)系。無論是天空光還是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物體上產(chǎn)生的效果，它們是光線的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction產(chǎn)生的結(jié)果，產(chǎn)生這些結(jié)果的自動化程度越高，即不需借助任何輔助光源，我們就可以把該渲染程序的光源看成是有“智能”的。需要注意的是，并不是說不能自動產(chǎn)生間接照明效果的渲染程序就是低級的。我們依然可以使用輔助光源來模擬那些間接照明的效果，作為渲染的圖像來說，我們關(guān)心的仍然是圖像所顯示的效果，而不是產(chǎn)生結(jié)果的方法，所謂條條大路通羅馬，目的才是最重要的。我們不要迷失其中。（說明：天空光是一種很特殊的光源。準確的說天空光不應(yīng)該稱為光源，它是由于大氣漫反射太陽光形成的，所以，它也可以看成是太陽光的間接照明。）
