O processo de renderização desempenha um papel crucial no ciclo de desenvolvimento de computação gráfica. Renderizar é o aspecto mais tecnicamente complexo da produção 3D, mas pode ser entendido com bastante facilidade no contexto de uma analogia: assim como um fotógrafo de filme deve revelar e imprimir suas fotos antes que possam ser exibidas, os profissionais de computação gráfica são sobrecarregados de forma semelhante necessidade. Quando um artista trabalha em uma cena 3D, os modelos que ele manipula são na verdade uma representação matemática de pontos e superfícies (mais especificamente, vértices e polígonos) no espaço tridimensional. O termo renderização se refere aos cálculos realizados por um mecanismo de renderização de pacote de software 3D para traduzir a cena de uma aproximação matemática para uma imagem 3D finalizada. Durante o processo, todas as informações espaciais, texturais e de iluminação da cena são combinadas para determinar o valor da cor de cada pixel na imagem achatada.
Dois tipos de renderização
Existem dois tipos principais de renderização, sendo a principal diferença a velocidade com que as imagens são calculadas e finalizadas.
- Renderização em tempo real: A renderização em tempo real é usada com mais destaque em jogos e gráficos interativos, onde as imagens devem ser calculadas a partir de informações 3D em um ritmo incrivelmente rápido. Como é impossível prever exatamente como um jogador irá interagir com o ambiente do jogo, as imagens devem ser renderizadas em “tempo real” conforme a ação se desenrola.
- A velocidade é importante: Para que o movimento pareça fluido, um mínimo de 18 a 20 quadros por segundo devem ser renderizados na tela. Qualquer coisa menos do que isso e a ação parecerá instável.
- Os métodos: A renderização em tempo real é drasticamente aprimorada por hardware gráfico dedicado e pela pré-compilação do máximo de informações possível. Grande parte das informações de iluminação do ambiente de jogo é pré-computada e “embutida” diretamente nos arquivos de textura do ambiente para melhorar a velocidade de renderização.
- Off-line ou pré-renderização: A renderização offline é usada em situações em que a velocidade é menos problemática, com cálculos normalmente executados usando CPUs multi-core em vez de hardware gráfico dedicado. A renderização offline é vista com mais frequência em trabalhos de animação e efeitos, onde a complexidade visual e o fotorrealismo são mantidos em um padrão muito mais alto. Como não há imprevisibilidade quanto ao que aparecerá em cada quadro, grandes estúdios são conhecidos por dedicar até 90 horas de tempo de renderização a quadros individuais.
- Fotorrealismo: Como a renderização offline ocorre em um período de tempo aberto, níveis mais altos de fotorrealismo podem ser alcançados do que com a renderização em tempo real. Personagens, ambientes e suas texturas e luzes associadas normalmente têm contagens de polígonos mais altas e arquivos de textura de resolução de 4k (ou mais).
Técnicas de Renderização
Existem três técnicas computacionais principais usadas para a maioria das renderizações. Cada um tem seu próprio conjunto de vantagens e desvantagens, tornando as três opções viáveis em certas situações.
- Scanline (ou rasterização): A renderização Scanline é usada quando a velocidade é uma necessidade, o que a torna a técnica preferida para renderização em tempo real e gráficos interativos. Em vez de renderizar uma imagem pixel a pixel, os renderizadores de linha de varredura computam polígono por polígono. As técnicas Scanline usadas em conjunto com iluminação pré-computada (cozida) podem atingir velocidades de 60 quadros por segundo ou melhores em uma placa de vídeo de alta tecnologia.
- Raytracing: No traçado de raio, para cada pixel na cena, um ou mais raios de luz são traçados da câmera até o objeto 3D mais próximo. O raio de luz é então passado por um determinado número de “reflexos”, que podem incluir reflexão ou refração, dependendo dos materiais na cena 3D. A cor de cada pixel é calculada algoritmicamente com base na interação do raio de luz com os objetos em seu caminho traçado. Raytracing é capaz de maior fotorrealismo do que a linha de varredura, mas é exponencialmente mais lento.
- Radiosidade: Ao contrário do traçado de raio, a radiosidade é calculada independentemente da câmera e é orientada pela superfície, em vez de pixel a pixel. A função primária da radiosidade é simular com mais precisão a cor da superfície levando em consideração a iluminação indireta (luz difusa refletida). A radiosidade é tipicamente caracterizada por sombras suaves graduadas e sangramento de cor, onde a luz de objetos coloridos “sangra” nas superfícies próximas.
Na prática, radiosidade e traçado de raio são frequentemente usados em conjunto, usando as vantagens de cada sistema para atingir níveis impressionantes de fotorrealismo.
Software de Renderização
Embora a renderização dependa de cálculos incrivelmente sofisticados, o software de hoje fornece parâmetros fáceis de entender que o tornam um artista nunca precisa lidar com a matemática subjacente. Um mecanismo de renderização está incluído em todos os principais pacotes de software 3D, e a maioria deles inclui pacotes de material e iluminação que tornam possível atingir níveis impressionantes de fotorrealismo.
Os dois motores de renderização mais comuns
- Mental ray: Embalado com Autodesk Maya. Mental Ray é incrivelmente versátil, relativamente rápido e provavelmente o renderizador mais competente para imagens de personagens que precisam de espalhamento subterrâneo. Mental ray usa uma combinação de raytracing e “iluminação global” (radiosidade).
- V-Ray: Você normalmente vê o V-Ray usado em conjunto com o 3DS Max – juntos, o par é absolutamente incomparável para visualização arquitetônica e renderização de ambiente. As principais vantagens do VRay sobre seu concorrente são suas ferramentas de iluminação e uma extensa biblioteca de materiais para arch-viz.
Renderizar é um assunto técnico, mas pode ser bastante interessante quando você realmente começa a dar uma olhada mais profunda em algumas das técnicas comuns.
