رندرینگ چیست؟

رندر فرآیند ایجاد یک تصویر دو بعدی یا سه بعدی از یک مدل سه بعدی با استفاده از موتور رندرها است. در رندر سه بعدی، پردازشگرکامپیوتر اطلاعات خام را از صحنه سه بعدی (پلیگان ها، متریال ها و نورپردازی) گرفته و نتیجه نهایی را محاسبه می کند. خروجی معمولاً یک تصویر منفرد یا مجموعه ای از تصاویر ارائه شده و ترکیب شده به صورت انیمشن یا رندر VR است.

رندرینگ (Rendering) برای اولین بار در سال 1960 هنگامی که ویلیام فتر  شبیه سازی فضای مورد نیاز کابین خلبان را انجام می داد، ایجاد شد. سپس، در سال 1963 ، ایوان ساترلند Sketchpad ، اولین برنامه مدل سازی سه بعدی را هنگام حضور در MIT ساخت. وی برای کارهای پیشگامانه خود، “پدر گرافیک رایانه” شناخته می شود. در سال 1975 ، محقق مارتین نیول “Utah Teapot” را ایجاد کرد، که به یک مدل تست سه بعدی استاندارد تبدیل شد.

در واقع رندر سه بعدی مشابه عکاسی است. با استفاده از یک موتور رندر می توان دوربین را به سمت یک شی برای ایجاد عکس تنظیم کرد و با نورپردازی و ایجاد بافت و متریال دهی، صحنه برای ایجاد رندر دقیق و واقع گرایانه آماده می شود.

با گذشت زمان، تکنیک های متفاوتی برای پردازش اطلاعات رندرینگ ارائه شده است. با این وجود، هدف هر رندر، گرفتن تصویری بر اساس نحوه برخورد نور با اشیا، و بازتاب دقیق بافت سطوح، دقیقاً مانند دنیای واقعی، است.

رندر بیشتر در طراحی های معماری ، بازی های ویدیویی و انیمیشن، شبیه سازی ها و جلوه های ویژه سینمایی استفاده می شود. تکنیک ها و ویژگی های استفاده شده برای هر عملیات رندرینگ با توجه به نوع پروژه متفاوت است.

عملیات رندرینگ چیست

کاربردهای رندرینگ در فرایند طراحی و تولید محتوا

ارائه سه بعدی روند کار را در بسیاری از صنایع تغییر داده است. در معماری و مهندسی ، اکنون طرح ها و مدل های اولیه با انواع ارائه های شبیه سازی تکمیل می شوند.  ساخت نمونه های اولیه با استفاده از نرم افزار های شبیه سازی و رندر، باعث صرفه جویی در وقت و هزینه  می شود.

می توان گفت فرایند رندرینگ حتما نیاز به نرم افزارهای سه بعدی سازی دارد. در واقع تمام حوزه های رندرینگ مانند شبیه سازی معماری، بازی سازی، ساخت انیمیشن، معرفی محصولات تجاری و تولید تیزرهای تبلیغاتی متکی به نرم افزار های شبیه سازی هستند.

saving time

مزایای تکنولوژی رندرینگ در معماری، بر کسی پوشیده نیست. با کمک رندرها می توان پیش از ساخت یک اثر تمام جزئیات آن را مشاهده و بررسی کرد. مثلاً بعد از طراحی یک ویلا، قبل از این که فرآیند ساخت و اجرا شروع شود، می توان طرح سه بعدی آن را به صورت عکس یا انیمیشن ارائه کرد و این کار علاوه بر کمک به تجسم دقیق تر طرح نهایی، در مسائلی مانند پرزنت و ارائه جذاب تر اثر نیز کاربردهای زیادی دارد و کارفرماها می توانند پروژه خود را در مرحله ی طراحی به صورت سه بعدی مشاهده کنند و حتی با کمک انیمیشن های معماری، در فضاها حرکت کنند و کاملاً با تسلط بر اوضاع، تغییرات لازم را مطرح کنند.

بهترین نرم افزار رندرینگ برای یک معمار چیست؟؟

ارائه رندرهای کلوزآپ از بخش های مختلف یک پروژه ساختمانی میتواند در نشان دادن میزان روشنایی و محل سایه ها، طراحی نورپردازی با توجه به نیاز ساختمان و همچنین بررسی رنگ ها یا شناخت متریال های به کار برده شده در پروژه موثر باشد.

علاوه بر این، در یک رندر ما میتوانیم فضاسازی ها، ارتباط بخش های مختلف یک پروژه با هم یا چیدمان دقیق مبلمان را ببینیم و حتی چشم اندازهای ساختمان را از دید ساکنین واقعی آن (پیش از ساخت) مشاهده و بررسی یا طراحی کنیم.

همچنین رندرهای VR یا واقعیت مجازی نیز وارد عرصه معماری شده است و این قابلیت را در اختیار استودیوهای معماری و شبیه سازی سه بعدی قرار داده اند که بازدید در پروژه و طرح سه بعدی را به لیست روش های پرزنت دیجیتال خود اضافه کنند. تور مجازی در یک پروژه معماری، قابلیت درک تمام زوایا، امکانات و جزییات ساختمانی و سازه ای را به کارفرمایانی که درکی از پلان و خطوط اسکیس معماران ندارند می دهد.

واقعیت مجازی

سایر صنایع نیز در حرفه ی خویش می توانند برای تولید یک محصول، چنین امکانی را به کار گیرند. صنایع فیلم سازی، به شدت به ارائه خدمات رندرینگ متکی هستند. استودیوهای انیمیشن سه بعدی برای تولید فیلم های انیمیشن با کیفیت بالا نیاز به استفاده و تحلیل شرایط محیطی مناسببا استفاده از موتور رندر ها دارند.

در بازاریابی، رندرها برای به تصویر کشیدن تصاویر واقع گرایانه محصولات استفاده می شوند. صنایع بازاریابی که از نظر بودجه مقرون به صرفه هستند، از رندر برای ایجاد تبلیغات تا حد ممکن واقع گرایانه و جذاب استفاده می کنند. بهبود بازی ها از طریق ارائه تصاویر واقع گرایانه و کیفیت بالا برای شرکت های معتبر اهمیت دارد. سازندگان بازی هر ساله همچنان به دنبال جزئیات واقع گرایانه تر برای جذب بیشتر گیمرها هستند.

توسعه کاربرد رندرینگ در اغلب صنایع، برنامه نویسان را به سمت بهبود الگوریتم های محاسباتی و ساده سازی فرایند رندرینگ سوق می دهد و قطعا در آینده به یکی از شغل های با اهمیت بالا تبدیل خواهد شد.

عملیات رندرینگ

تو رندر چی محاسبه میشه؟

3D Rendering چیست؟

رندر سه بعدی، عملیات تبدیل یک شیء سه بعدی به تصویر است. رندر سه بعدی، چه با کاربرد فنی و چه هنری، با استفاده از نرم افزار سه بعدی  به ایجاد تصاویر کمک می کند تا مفاهیم و طرح ها بهتر ارائه شوند. در ابتدا یک صحنه با تمام جزییات به صورت سه بعدی یا 3D مدلسازی می شود. ولی این مدل ها صرفاً احجام اولیه و خام یا به عبارتی بدون بافت و رنگ هستند.

استفاده از نقشه های فنی یا طرح های CAD برای طراحی پایه مدل های سه بعدی متداول است. پس از ایجاد مدل سه بعدی، با افزودن انواع لایه های نوری، ایجاد متریال های واقع گرایانه و قرار دادن دوربین، شرایط را برای محاسبات فیزیکال توسط موتور رندر ها آماده می کنیم.

مرحله آخر فرایندی که “Rendering” نامیده می شود زمانی است که نرم افزار پردازشگر نصب شده ورودی ها را را از نرم افزار سه بعدی دریافت و محاسبه می کند تا یک تصویر دو بعدی ایجاد کند. به پردازشگر و محاسبه گر این اطلاعات، موتور رندر گفته می شود. هر موتور رندر الگوریتم های مخصوص به خود را برای تبدیل اطلاعات صحنه به قوانین دنیای واقعی دارد و با تنظیم پارامترهای آن می توان کیفیت خروجی ها و میزان واقعی بودن صحنه را کنترل کرد.

از این تصاویر می توان به عنوان یک تصویر تک شات یا انیمیشن یا رندر های VR استفاده کرد، یا در برنامه های Real Time مانند آنریل انجین به کار گرفت.

3d model VS 3d render

انواع رندرینگ

برای توضیح بهتر انواع موتور رندر ها می توان تقسیم بندی زیر را به صورت تفاوت های نرم افزاری و تفاوت های سخت افزاری انجام داد.

1.انواع رندرینگ از لحاظ نرم افزاری:

رندرها را از لحاظ عملکرد نرم افزاری به دو دسته ی رندرهای تعاملی “در لحظه | Real Time” یا رندرهای غیر تعاملی و “Offline” تقسیم بندی می کنند.

در رندر Offline محاسبات تصویر با استفاده از CPUیا GPU صورت می گیرد. در این روش رندر، پس از پایان فرایند مدل سازی، محاسبات فیزیکال محیطی آغاز می شود و در یک فرایند زمانبر، خروجی نهایی ساخته می شود.

این روش رندر در محیط هایی مورد استفاده قرار می گیرد که سرعت نگران کننده نیست و به دلیل کیفیت و دقت بسیار بالا، بیشتر در انیمیشن و جلوه های ویژه سینمایی و خروجی های رئال برای صنایع مورد استفاده قرار می گیرد، جایی که فوتورئالیسم باید در بالاترین استاندارد ممکن باشد.

به عنوان مثالی از رندرهای غیر تعاملی Offline ، می توان به بعضی رندرها یا انیمیشن های معماری اشاره کرد. در این نوع انیمیشن ها ابتدا مدلسازی، متریال دهی، نورپردازی و تنظیمات رندر انجام شده و در نهایت زمان قابل توجهی به پروسه رندرینگ اختصاص پیدا می کند و بعد از رندر شدن نهایی و دریافت خروجی، نتیجه ی کار مانند یک فیلم قابل مشاهده است.

در رندر  Real Timeبا استفاده از گرافیک و عملکرد تعاملی، تصاویر با سرعت بسیار بالایی ایجاد می شوند. درواقع با حرکت در محیط سه بعدی صحنه مورد نظر در لحظه رندرگیری شده و محاسبات مربوط به رندر هم زمان با دیده شدنشان اتفاق می افتد. این نوع از رندرینگ نیاز به پردازنده های قوی گرافیکی دارد و به دلیل سرعت بالای محاسبات در حال حاضر دقت و کیفیت پایین تری نسبت به موتور رندر های Offline دارند. اما دیگر زمان جداگانه ای تحت عنوان زمان رندرگیری برای آن ها وجود ندارد.

البته آنریل انجین توانسته با استفاده از تکنیک Light Map و bake کردن نور ها صحنه ای کاملا ریل تایم با کیفیت بسیار بالا و بدون درگیر کردن پردازنده ایجاد کند.

2.انواع رندرینگ از لحاظ سخت افزاری:

CPU معمولاً برای اجرای همزمان چندین کار کوچکتر بهینه است، در حالی که GPU معمولاً محاسبات پیچیده تر را بهتر انجام می دهد. به طور کلی گرفتن رندر از GPU بسیار سریعتر از CPU است. این همان چیزی است که به بازی های مدرن اجازه می دهد تا در حدود 60 FPS اجرا شوند. رندر  CPUدر گرفتن خروجی دقیق تر از نورپردازی و متریال ها، به دلیل الگوریتم های پیچیده تر، بهتر عمل می کند.

با این وجود در موتورهای رندر جدید، تفاوت بصری بین این دو روش خیلی محسوس نیست، مگر در صحنه هایی که شدت نور و متریال ها به گونه ای هستندکه نیاز به بازتاب های نوری دقیق تری است.

مقایسه ی عملکرد cpu و gpu

•  CPU Rendering:

در این سیستم رندرینگ، از CPU (که به آن “Pre Rendering” گفته می شود) به عنوان اولین و اصلی ترین منبع برای انجام محاسبات رندر استفاده می شود. معمولاً در رندرهای CPU محور، محاسبات به بخش های کوچک تری ( به صورت باکت یا محاسبات پیکسلی) تقسیم شده و عملیات بهینه تر می شود.

این تکنیک رندرینگ، به طور کلی مورد علاقه استودیوهای فیلم سازی و مهندسین معماری است. این موضوع به دلیل دقت بالا در هنگام ساخت تصاویر واقع گرایانه است. اگرچه زمان رندر می تواند بسیار متفاوت باشد و بسیار طولانی شود اما در این دو حرفه زمان رندر از اهمیت کمتری نسبت به سایر صنایع برخوردار است.

هرچند صحنه های ساده با نورپردازی های مستقیم و متریال مسطح، زمان کمتری حتی در حد چند ثانیه خواهند داشت و به تدریج با پیچیده تر شدن صحنه، زمان رندر تا چند ساعت نیز افزایش خواهد یافت.

یک نمونه از رندرگیری سنگین، در فیلم Monsters Inc  شرکت پیکسار در سال 2001 است. شخصیت اصلی Sully حدود 5/4 میلیون تار مو داشت و در نتیجه رندر هر فریم صحنه هایی که سالی در آن ها حضور داشت  13  ساعت طول می کشید !

برای کاهش زمان طولانی رندر، بسیاری از استودیوهای بزرگتر از Render Farm استفاده می کنند. Render Farm ، مجموعه ی بزرگی از رایانه ها یا سرورهای پرقدرت است که اجازه می دهد چندین فریم به طور هم زمان رندر شوند، یا یک تصویر به بخش هایی تقسیم می شود که هر قسمت توسط یک بخش از رندرفارم رندر می شود.

cpu render

• GPU Rendering:

در این سیستم رندرینگ از کارت گرافیک یا GPU برای انجام محاسبات رندر استفاده می شود. در رندرهای مبتنی بر GPU محاسبات سنگین تر و پیچیده تری انجام شده و معمولاً از آن برای رندرهای Real Time استفاده می شود.

این نوع رندر معمولاً در بازی های ویدیویی و سایر برنامه های تعاملی مورد استفاده قرار می گیرد که برای داشتن خروجی روان  باید از 30 تا 120 فریم در ثانیه ارائه دهد. برای دستیابی به این سرعت بالا، الگوریتم محاسباتی نمی تواند مثل روند محاسباتی CPU همه چیز را به دقت محاسبه کند.

بنابراین بسیاری از محاسبات به صورت تقریبی انجام می شوند. همچنین از تکنیک  Blurکردن تصاویر برای نرم ترکردن سطوح و ایجاد خطای بصری استفاده می شود. از دیگر مزایای این روش  این است که بدون نیاز به تایم رندر و گرفتن تست رندرهای پی در پی، می توان تنظیمات نور و متریال صحنه را در لحظه بررسی و کنترل کرد و با گردش در صحنه، تمام جهات قابل بازبینی است.

رندر GPU  لازم نیست فقط به صورت Real Time مورد استفاده قرار گیرد و برخی موتور رندرهای Offline نیز قابلیت انجام محاسبات با کارت گرافیک را دارند.

gpu render