Einsteigerguide: Rendering Methoden.

In dem folgenden Beitrag möchten wir ihnen zwei verschiedene Rendering-Methoden vorstellen.

Eine Methode ist das Rendern von Mikropolygonen und die andere das Raytracing. Man kann sagen, dass Tactical Gamer (TG) ein Hybrid-Renderer ist, da die verschiedenen Rendering-Techniken normalerweise zusammen verwendet werden, um eine Szene zu rendern.

Dieser Beitrag gibt Hintergrundinformationen über die beiden Methoden und wie sie in TG verwendet werden.

Rendern von Mikropolygonen.

Das Rendern von Mikropolygonen ist eine Technik, die eine Oberfläche nimmt und sie in kleine Polygone oder Mikropolygone aufteilt, die kleiner als die Pixel im gerenderten Bild sind. Diese Mikropolygone werden dann verschoben und schattiert. Shading ist im Grunde genommen der Prozess der Berechnung der Farbe für ein Mikropolygon unter Berücksichtigung von Faktoren wie Oberflächenfarbe und Beleuchtung.

Das Mikropolygon-Rendering eignet sich besonders für die Darstellung von Prozessdaten. Prozedurale Daten sind etwas, das bedarfsgerecht mit Hilfe einer mathematischen Formel berechnet wird. Das Paradebeispiel für etwas Prozedurales ist ein Fraktal. Wenn Sie jemals ein fraktales Viewing Programm verwendet haben, wissen Sie, dass Sie das Fraktal fast unendlich vergrößern können. Dies liegt daran, dass das Fraktal mathematisch erzeugt wird und jedes Mal, wenn Sie zoomen, eine neue Ansicht des Fraktals berechnet wird. Die Anzahl der Details ist mehr oder weniger begrenzt.

Die Darstellung von Prozessdaten ist der Kern dessen, was TG tut. Prozessdaten ermöglichen es TG, komplexe Oberflächen mit sehr hohem Detaillierungsgrad darzustellen, ohne Massen von Daten speichern zu müssen. Das Mikropolygon-Rendering ist ideal für die Darstellung von Prozessdaten, da es hilft, die zu rendernde Menge zu begrenzen. Wenn Sie Prozessdaten mit effektiv unendlichen Detaillierungsgraden haben, müssen Sie ein Gleichgewicht finden zwischen der Darstellung von zu vielen Details, die langsam wären und nicht genug Details, die schlecht aussehen würden. Der ideale Detaillierungsgrad ist ein Polygon, das etwas kleiner ist als ein Pixel im fertigen Bild. Dies bedeutet auch, dass je nach Abstand zur Kamera ein angemessener Detaillierungsgrad verwendet wird. Bereiche, die weiter von der Kamera entfernt sind, können mit weniger Details dargestellt werden. Ein Pixel für einen kameranahen Bereich kann einige Millimeter im World Space abdecken, während ein Pixel für einen kamerafernen Bereich zehn, hundert oder sogar tausend Meter abdecken kann. Das Mikropolygon-Rendering ist eine effektive Technik, um Oberflächen in Polygone aufzubrechen, die einen angemessenen Detaillierungsgrad aufweisen.

Ein weiterer großer Vorteil eines Mikropolygon-Renderers ist, dass er in der Lage ist, effizient mit Displacements zu arbeiten. Massive Displacements sind eine der Stärken von TG. Wenn eine Oberfläche in Mikropolygone zerlegt wurde, kann jedes dieser Mikropolygone im 3D-Raum in jede Richtung bewegt werden. Das Verschieben der Mikropolygone auf diese Weise wird als Displacement bezeichnet.

Mikropolygon-Rendering wird standardmäßig verwendet, um das Gelände, das Wasser und den Himmel darzustellen.

Raytracing.

Raytracing ist die andere von TG verwendete Rendering-Technik. Möglicherweise sind Sie bereits damit vertraut, was Raytracing macht, da es eine gängige Technik ist, die in anderen Renderern verwendet wird. Es funktioniert, indem es Linien oder Rays in die Szene projiziert. Wenn eine dieser Rays auf ein Element in der Szene trifft, berechnet der Renderer die Schattierung des Szenenelements. Rays können auch Schattierungsinformationen auf ihrem Weg durch die Szene sammeln, z.B. wenn sie durch Wolken gehen.

Es gibt zwei Haupttypen von Rays. Das Erste ist der primäre Ray. Die primarären Rays starten von der Kamera und werden durch die Pixel des Bildes in die Szene projiziert. Stellen Sie sich vor, Sie halten einen Teil des Screen Door Meshes vor ihr Gesicht. Ein primarär Ray würde von ihrem Auge ausgehen und dann durch eines der Löcher im Mesh in die Welt hinausgehen. Der Ray würde dort enden, wo er auf ein Objekt vor ihnen trifft. Höhere Qualität wird durch die Verwendung mehrerer Rays für jedes Pixel im gerenderten Bild erreicht.

Eine andere Art von Ray ist ein sekundärer Ray. Sekundäre Rays beginnen dort, wo ein primärer Ray auf ein Element in der Szene trifft. Ein gutes Beispiel für einen sekundären Ray ist ein Reflexions-Ray. Angenommen, ein primärer Ray trifft auf ein reflektierendes Objekt in der Szene. Wir müssen sowohl herausfinden, was dieser Punkt auf der reflektierenden Oberfläche tatsächlich reflektiert, als auch welche Farbe er reflektieren soll. Dies wird gefunden, indem ein sekundärer Ray in die Szene geschickt wird, um zu sehen, was es trifft. Sekundäre Rays werden auch für die Berechnung von Licht und Schatten verwendet.

Sie können auf Node Parametern mit Bezeichnungen wie „Enable secondary“ oder „Visible to other rays“ stoßen. Diese Parameter beeinflussen typischerweise, wie ein Node mit sekundären Rays interagiert. Angenommen, Sie hatten einen Object Node und haben das Kontrollkästchen sichtbar für andere Rays deaktiviert. Dies würde bedeuten, dass das Objekt, obwohl es für die Kamera noch sichtbar ist, nicht von sekundären Rays getroffen wird. Eine Folge davon ist, dass das Objekt nicht in Reflexionen erscheint.

Es ist nicht wirklich möglich, Raytracing allein zu verwenden, um eine Szene in TG zu rendern. Sie können dies tun, indem Sie den Parameter Ray Trace Everything auf der Registerkarte Extra des Nodes Render aktivieren. Wie der Parametername schon sagt, wird dies jedoch nicht empfohlen. Ein wichtiger Grund dafür ist, dass der Raytracer das Displacement noch nicht oder zumindestens nicht effizient unterstützt. Wenn Sie es ausprobieren, werden Sie feststellen, dass das Gelände auch bei hohem Detaillierungsgrad blockartig gerendert wird. Es gibt noch weitere Einstellungen, die Sie anpassen können, um die Ergebnisse zu verbessern, wie z.B. den Ray-Detailmultiplikator im Node Render Subdiv Settings, aber die können die Renderzeit erheblich erhöhen.

Rendering.

Standardmäßig rendert TG hybrid, wobei sowohl das Mikropolygon-Rendering als auch das Raytracing verwendet werden. Mikropolygon-Rendering wird verwendet, um das Gelände, das Wasser und den Himmel darzustellen. Raytracing wird hauptsächlich als sekundärer Ray für Reflexion, Beleuchtung und Schatten verwendet.

Ein wichtiger Punkt ist, dass Raytracing auch als Standardmethode für das Rendern von Objekten wie importierten Modellen verwendet wird. Dies wird durch den Parameter Ray Trace Objects im Node Render gesteuert. Der Grund dafür, dass Raytracing für Objekte verwendet wird, ist, dass sie effektiv statische Daten sind und mit dem Raytracer effizient gerendert werden können.

Sie können das Raytracing auch für das atmosphere Rendering aktivieren. Dies geschieht mit dem Parameter Ray Trace atmosph. im Node Render. Dies ist standardmäßig ausgeschaltet. Das Raytracing der Atmosphäre kann bei niedrigeren Detaileinstellungen bessere Ergebnisse liefern als der Mikropolygon-Renderer, aber es ist kein so klarer Vorteil wie beim Rendern von Objekten. Es kann einige Experimente erfordern, um die besten Ergebnisse zu erzielen.

Bei der Verwendung von Raytracing für Objekte und/oder Atmosphere ist die Qualität und Geschwindigkeit stark von Antialiasing- und Sampling-Einstellungen abhängig, viel mehr als bei der Darstellung von Mikropolygonen.

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Der Raytracer kann bei einer gegebenen Renderqualitätseinstellung eine höhere visuelle Qualität liefern, als dies mit dem Mikropolygon-Renderer erreicht werden kann. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Raytracing Objekte besser aussehen lässt und schneller rendert.

Der einzige Nachteil bei der Verwendung von Raytracing für Objekte ist, dass der Raytracer kein Displacement unterstützt. Es ist in der Lage, Displacement-Daten in Bump-Mapping-Daten zu konvertieren, aber Bump-Mapping bietet nicht die gleiche visuelle Qualität wie Displacement. Denken Sie an eine Rindentextur an einem Baum. Durch das Displacement kann die Baumrinde eine echte 3D-Form haben und die Silhouette des Stammes würde Klumpen und Unebenheiten aufweisen. Beim Bump Mapping wird die Form der Rinde durch Lichteffekte gefälscht. Die darunterliegende Oberfläche bleibt glatt, vermittelt aber den Eindruck einer echten 3D-Form. Wenn man sich jedoch die Silhouette des Stammes ansieht, sieht man die flachere Form der darunter liegenden Geometrie.

Wenn ihre Szene ein Displacement auf Modellen erfordert, um gut auszusehen, sollten Sie die Ray Trace-Objekte deaktivieren. Dadurch werden Objekte mit dem Mikropolygon-Renderer gerendert. Möglicherweise möchten Sie auch die Detail- und Antialiasing-Einstellungen für den Render Node erhöhen.