29. Основные понятия рендеринга

Рендеринг (rendering — «визуализация») в компьютерной графике — это процесс получения изображения по модели с помощью компьютерной программы.

В зависимости от цели, различают пре-рендеринг, как достаточно медленный

процесс визуализации, применяющийся в основном при создании видео, и

рендеринг в реальном режиме, применяемый в компьютерных играх. Последний

часто использует 3D-ускорители.

Трассирование каждого луча света в сцене непрактично и занимает неприемлемо

длительные периоды времени. Даже трассирование малого количества лучей,

достаточного, чтобы получить изображение, занимает чрезмерное количество

времени, если не применяется аппроксимация (семплирование).

Вследствие этого, было разработано четыре группы методов, более эффективных, чем моделирование всех лучей света, освещающих сцену:

1. Растеризация (rasterization) и метод сканирования строк (scanline rendering).

Визуализация производится проецированием объектов с сцены на экран без рассмотрения

эффекта перспективы относительно наблюдателя.

2. Метод бросания лучей (ray casting). Сцена рассматривается, как наблюдаемая из

определенной точки. Из точки наблюдения на объекты сцены направляются лучи, с помощью

которых определяется цвет пикселя на двумерном экране. При этом лучи прекращают свое

распространение(в отличие от метода обратного трассирования), когда достигают любого

объекта сцены либо ее фона. Возможно используются какие-то очень простые техники

добавления оптических эффектов или внесения эффекта перспективы.

3. Глобальная иллюминация (global illumination, radiosity). Использует математику

конечных элементов, чтобы симулировать диффузное распространение света от поверхностей

и при этом достигать эффектов «мягкости» освещения.

4. Трассировка лучей (ray tracing) похож на метод бросания лучей. Из точки наблюдения

на объекты сцены направляются лучи, с помощью которых определяется цвет пиксела

на двумерном экране. Но при этом луч не прекращает свое распространение, а

разделяется на три компоненты, луча, каждый из которых вносит свой вклад в цвет

пиксела на двумерном экране: отраженный, теневой и преломленный. Количество

таких разделений на компоненты определяет глубину трассирования и влияет на

качество и фотореалистичность изображения. Благодаря своим концептуальным

особенностям метод позволяет получить очень фотореалистичные изображения,

но при этом он очень ресурсоемкий и процесс визуализации занимает значительные

периоды времени.

30. Z-буферизация

Z-буферизация - в компьютерной трёхмерной графике, способ учёта удалённости

элемента изображения. Представляет собой один из вариантов решения

«проблемы видимости». Очень эффективен и практически не имеет недостатков,

если реализуется аппаратно. Программно же существуют другие методы, способные

конкурировать с ним: Z-сортировка («алгоритм художника») и двоичное разбиение

пространства (BSP), но они также имеют свои достоинства и недостатки. Основной

недостаток Z-буферизации состоит в потреблении большого объёма памяти: в работе

используется так называемый буфер глубины или Z-буфер.

Z-буфер представляет собой двумерный массив, каждый элемент которого соответствует

пикселу на экране. Когда видеокарта отрисовывает пиксел, его удалённость просчитывается

и записывается в ячейку Z-буфера. Если пикселы двух рисуемых объектов перекрываются,

то их значения глубины сравниваются, и рисуется тот, который ближе, а его значение

удалённости сохраняется в буфер.

Разрядность буфера глубины оказывает сильное влияние на качество отрисовки: использование

16-битного буфера может привести к геометрическим искажениям, например, эффекту «борьбы»,

если два объекта находятся близко друг к другу. 24, 32-разрядные буферы хорошо справляются

со своей задачей. 8-битные почти никогда не используются из-за низкой точности.