Rozwój

Jak tworzyć fotorealistyczne rendery: przegląd programów 3ds Max i V-Ray

Oryginał po rosyjsku: blog.skillbox.by
Recenzja 3Ds Max

Spis treści:

Czym jest wizualizacja i do czego służy

Obecnie dostępne są dziesiątki programów do modelowania 3D. Wśród nich znajdują się zaawansowane systemy komercyjne oraz darmowe aplikacje dla początkujących artystów z podstawową funkcjonalnością. Ale nie każde oprogramowanie nadaje się do wizualizacji i animacji – tworzenia filmów i obrazów na podstawie scen 3D, które można wykorzystać w reklamach, filmach, grach i prezentacjach.

Aby zrozumieć, jak to wszystko działa, pokrótce przejrzyjmy etapy tworzenia komputerowej grafiki 3D:

  • modelowanie 3D;
  • tworzenie środowiska;
  • malowanie modeli (teksturowanie);
  • dodawanie efektów i zjawisk naturalnych (VFX);
  • renderowanie lub wizualizacja.

Wiele aplikacji ma dobrze zaimplementowane narzędzia do modelowania – tworzenia obiektów 3D. Są to modele matematyczne, które widzimy na ekranie edytora 3D jako niewypełnione obiekty obrysowane liniami wektorowymi. Może to być sześcian, piłka lub bardziej złożony model budynku, koncepcja samochodu, postać do filmu lub gry.

Modele 3D tworzą projektanci gier, graficy komputerowi, architekci i inżynierowie projektowi. Wielokątny model części, takiej jak przekładnia lub obudowa urządzenia elektrycznego, można załadować do drukarki 3D lub frezarki CNC – rezultatem jest gotowy produkt.

Jednak samo modelowanie nie wystarczy, aby stworzyć obraz lub animację nadającą się do wykorzystania w filmach promocyjnych, broszurach, filmach i programach telewizyjnych. Model musi zostać pomalowany (edycja: teksturowany – obrazy rastrowe symulujące materiały – nałożone), wypełniony otoczeniem, dodane efekty wizualne oraz dostosowane oświetlenie i odbicia.

Dowiedz się, jak osiągnąć realizm za pomocą tekstur, światła i cienia na kursie Podstawy wizualizacji wnętrz w programie 3ds Max

Dowiedz się więcej

Renderowanie lub wizualizacja to ostatni etap. Jego rezultatem może być film, który można wykorzystać w produkcji filmowej, lub obraz. Na przykład architekci i projektanci wnętrz tworzą rendery podczas prezentacji projektów klientom.

Za wizualizację odpowiada silnik renderujący. Jest to osobny program lub moduł wbudowany w edytor 3D. Pozwala on na skonfigurowanie wirtualnej kamery, źródeł światła, refrakcji i odbicia światła oraz zjawisk naturalnych. Przesyła on polecenia do procesora CPU lub GPU w celu przetworzenia modelu matematycznego i wygenerowania na jego podstawie obrazu rastrowego lub wideo.

Takie edytory 3D, jak Cinema 4D, Autodesk Maya, 3DS Max, Houdini, Blender i AutoCAD, mają już wbudowany moduł lub silnik do renderowania. Jednak obliczanie cząstek i propagacji światła jest zadaniem wymagającym dużych zasobów. Komputer musi przetworzyć setki tysięcy, a czasem miliony punktów, a to zajmuje dużo czasu.

Na przykład grafika komputerowa do pierwszego filmu Avatar została wyrenderowana w centrum danych z 35 000 rdzeniami procesora, zajmującym powierzchnię 930 metrów kwadratowych. Mimo to renderowanie poszczególnych klatek (edytuj:jedna sekunda składa się z 24 klatek) trwało kilka godzin. Łącznie renderowanie grafiki do filmu zajęło ponad miesiąc, a serwer działał 24 godziny na dobę. Jeden standardowy komputer wymagałby dziesięcioleci.

Zespół redakcyjny Skillbox.by poleca lekturę:


Kim jest generalista 3D i czym się zajmuje?

 

Najlepsze edytory graficzne. Recenzja płatnego i darmowego oprogramowania autorstwa eksperta

 

Grafik 3D. Zawód niezbędny w projektowaniu gier, reklamie i produkcji filmowej.

Drugi problem polega na tym, że wiele silników nie ma podglądu. Efekt końcowy można zobaczyć dopiero po zakończeniu renderowania. Jeśli coś jest nie tak, trzeba będzie zmienić ustawienia i odczekać kilka godzin, aż komputer wygeneruje obraz.

Biorąc pod uwagę, że renderowanie jest ostatnim etapem produkcji, często po prostu brakuje na to czasu. Skrócenie czasu renderowania pozwoli ukończyć pracę bez przekraczania terminów.

Przełomu dokonała mała firma z Bułgarii, Chaos Group. Opracowali oni wtyczkę V-Ray, która przy stosunkowo umiarkowanych wymaganiach sprzętowych pozwala na uzyskanie niesamowitego realizmu wideo i obrazu. A pod względem jakości treści przewyższa wbudowane silniki tworzone przez większych deweloperów.

V-Ray to wtyczka, której można używać niezależnie lub zainstalować jako dodatek do popularnych edytorów grafiki komputerowej. Lista obsługiwanych aplikacji obejmuje ponad tuzin, w tym Rhinoceros, Maya, Blender, Cinema 4D, Unreal Engine, SketchUp i Nuke. Jednak najczęściej używaną aplikacją z tą wtyczką jest 3ds Max – popularny edytor wśród artystów 3D, projektantów i architektów. To właśnie dla tego systemu silnik został pierwotnie opracowany.

3ds Max + V-Ray. Tandem oprogramowania, na którym polegają liderzy branży

Połączenie wydajnego i wszechstronnego edytora 3ds Max z wydajnym V-Ray stało się standardem branżowym w wizualizacji projektów architektonicznych, w produkcji filmowej, reklamie i projektowaniu gier. Dziś korzystają z nich duże firmy, takie jak Blizzard, Maxon, 20th Century Fox, Warner Bros, Marvel, Scanline VFX, Blur Studio, Bordel Entertainment. Z tych narzędzi często korzystają również freelancerzy realizujący niestandardowe projekty. Przyjrzyjmy się bliżej możliwościom tych programów.

3ds Max. Aplikacja nr 1 do modelowania

W branży 3D wydajność jest kluczowym czynnikiem. I właśnie w tym obszarze 3ds Max się wyróżnia.

Program 3D Studio Max jest dostępny od 1990 roku. Pierwsza wersja została opracowana dla systemu MS-DOS, a od 1996 roku dla systemu Windows. Aplikacja oferuje tak szeroki wachlarz narzędzi, że podczas instalacji system wyświetla monit o wybranie zadań, do których będzie używany edytor 3D, aby dostosować interfejs.

Dostępne narzędzia i funkcje programu 3D Studio Max:

  • Technologie modelowania 3D.Poligony oparte na prymitywach, splajnach, krzywych NURBS, krzywych Béziera.
  • Praca z cząsteczkami.Wbudowane wtyczki pozwalają realistycznie obliczyć fizykę zachowania ciał miękkich i twardych. Na przykład włosów lub tkaniny pod wpływem wiatru, cieczy.
  • Animacja obiektów wielkoskalowych i pojedynczych modeli.Dostępna jest animacja cząsteczek (ogień, dym, wiatr), cieczy i dynamiki ciał. Jeśli nie masz wymaganego narzędzia, możesz je dostosować i zapisać szablon.
  • Animacja szkieletu lub riggowania.Tworzą się „szkielet” i „stawy” – węzły, które można wykorzystać do symulacji realistycznych ruchów i mimiki twarzy.
  • Narzędzia do teksturowania i mapowania UV.Możesz nakładać tekstury kilkoma kliknięciami. Dostępna jest również elastyczna personalizacja materiałów.
  • Duża lista prymitywów.Są to podstawowe kształty do modelowania — wielościany, pudełko o ściętych i zaokrąglonych krawędziach, walec z wypukłymi i stożkowymi pokrywkami, graniastosłupy, kapsuła, wąż, obiekty w kształcie litery C i L, pudełko, walec, czajniczek, stożek, kula, rura, piramida, geosfera itp.
  • Wbudowane studio postaci.Przyspiesza modelowanie ludzi i stworzeń w grach komputerowych, filmach animowanych i kinie.
  • Operacje boolowskie. Umożliwiają szybkie odejmowanie jednego obiektu od drugiego.
  • Obszerny zestaw dodatkowych modułów. Włosy i futro — stylizowanie włosów i futra kilkoma kliknięciami, Hard Surfaces przyspiesza modelowanie obiektów bryłowych, MaxScript — wbudowany język skryptowy do automatyzacji rutynowych zadań.
  • Wbudowane silniki renderujące. Scanline, ART i Arnold. Wtyczki są również dostępne oddzielnie od 3ds Max; Można je zainstalować w systemach Maya, Houdini i Cinema 4D.

3ds Max jest używany przez twórców gier, projektantów mebli, grafików postaci, architektów i grafików komputerowych. System ten został użyty do stworzenia świata Pandory i wszystkich zamieszkujących go stworzeń w filmie „Avatar”, baśniowego uniwersum w „Alicji w Krainie Czarów” oraz pierwszej i drugiej części serii „Harry Potter i Insygnia Śmierci”. Został on również wykorzystany do stworzenia zniszczenia na dużą skalę w filmach „2012”, „Pojutrze” i „Mumia”. A wisienką na torcie jest Gwiezdne Wojny: Część III: Zemsta Sithów.

V-Ray to najlepszy system wizualizacji

Wiele edytorów 3D ma wbudowany silnik renderujący. Nawet systemy inżynieryjne mają podobny moduł. Na przykład AutoCAD, ArchiCAD, Revit, Rhino3D. Jednak od końca lat 90. główni wydawcy oprogramowania do modelowania 3D pozwalają zewnętrznym programistom tworzyć dodatki lub wtyczki. W ten sposób powstały dziesiątki różnych modułów, w tym niezależne silniki renderujące.

Pierwsza wersja V-Ray pojawiła się w 1997 roku. Obecnie jest to najpopularniejszy silnik renderujący na świecie, a pod względem liczby użytkowników przewyższa inne wizualizatory.

Małemu zespołowi udało się prześcignąć duże studia. V-Ray jest szybszy i generuje bardziej realistyczne obrazy niż wbudowane renderery w Maya i Cinema 4D, które pierwotnie stworzono z myślą o tworzeniu gier i produkcji filmowej.

V-Ray to silnik ray tracingu. Istnieją również silniki gier, które wykorzystują wyłącznie GPU i zapewniają wysoką prędkość, ale nie zapewniają takiej jakości. Istnieje również tryb Real Time, w którym renderowanie odbywa się w czasie rzeczywistym.

Ray tracing uwzględnia nie tylko światło bezpośrednie, ale także interakcję światła z różnymi powierzchniami, wzajemne odbicia i kaustykę. Na przykład wazon na stole nie tylko rzuca cień, ale także odbija promienie światła, co wpływa na ogólne oświetlenie kadru.

Silnik V-Ray ma dobrze rozwiniętą globalną iluminację. Opiera się on na wstecznym śledzeniu promieni, które jednocześnie uwzględnia kaustykę, światło bezpośrednie, odbicia rozproszone i zwierciadlane. Dostępne są cztery algorytmy renderowania: Light Cache, Photon Map, Irradiance Map i Brute Force (QMC). Można wybrać optymalne ustawienia dla różnych scen – architektury, wnętrz, natury i otwartych przestrzeni.

Silnik jest oparty na algorytmach Monte Carlo. Krótko mówiąc, jest to metoda matematyczna, która pozwala na obliczanie przybliżonych wartości podczas obliczania różnych zjawisk. Z jednej strony, metoda ta znacznie oszczędza zasoby obliczeniowe, ponieważ nie zapewnia absolutnej precyzji. Z drugiej strony, podczas nagrywania filmów lub robienia zdjęć, zdjęcia nigdy nie są idealne; występują drobne zniekształcenia. W rezultacie drobne błędy obliczeniowe na etapie renderowania pozwalają uzyskać wysoce realistyczny obraz.

Funkcje i możliwości V-Ray:

  • Obsługa renderowania rozproszonego na wielu komputerach jednocześnie (renderowanie rozproszone).
  • Wbudowane narzędzia do pracy z teksturami i różnymi typami powierzchni. Ogromna lista materiałów z predefiniowanymi ustawieniami.
  • Elastyczna personalizacja scen – dziesiątki opcji sterowania oświetleniem, cieniami, odbiciami i efektami wizualnymi.
  • Dwa tryby renderowania. Wykorzystują CPU i GPU.
  • Wbudowany moduł V-Ray RT (czas rzeczywisty).
  • V-Ray Denoiser to system redukcji szumów oparty na technologiach NVIDIA AI i Intel® Open Image Denoise.
  • Obsługa renderowania w chmurze. Jeśli wydajność Twojego komputera jest niewystarczająca, możesz skorzystać z mocy obliczeniowej Chaos Group.
  • Technologie V-Ray IPR i V-Ray GPU IPR zapewniają elastyczną kontrolę cieni.
  • Ponad 150 kinowych gotowych efektów wizualnych.
  • Narzędzia do analizy oświetlenia, wbudowane szablony umożliwiające dokładne wyświetlanie cech zachodu słońca i zmierzchu.
  • Można symulować cechy różnych typów obiektywów, dodając efekt obiektywu z kamery.
  • Elastyczna praca z materiałami (materiał V-Ray). Możesz kontrolować odbicie światła od włosów, wełny, metali i różnych materiałów wykończeniowych. Dostępne są shadery kreskówkowe. Biblioteka Chaos Scans zawiera ponad 1000 materiałów.

A to tylko przedsmak możliwości V-Ray. Silnik jest wykorzystywany w wielu branżach, od wizualizacji animacji filmowych, reklamowych i telewizyjnych po renderowanie koncepcji architektonicznych i projektów wnętrz. Na przykład, V-Ray odegrał kluczową rolę w produkcji takich filmów jak Deadpool, Iron Man 3 i Exodus: Bogowie i Królowie. Silnik był używany podczas opracowywania butów sportowych Nike Air Max.

Projekty stworzone w V-Ray i 3ds Max

Wszechstronność, szybkość i wysoka jakość renderowania sprawiły, że V-Ray stał się głównym silnikiem wśród głównych deweloperów. Firmy wykorzystują połączenie 3ds Max + V-Ray w różnych dziedzinach:

  • Produkcja filmowa. Pakiet był używany przez różne studia efektów wizualnych. Scanline pracowało nad projektami takimi jak Free Gay i Moonfall, Scanline VFX pracowało nad Iron Man 3, Batman, Ant-Man, Independence Day 2 i San Andreas, Digital Domain pracowało nad Spider-Man: No Way Home, a FuseFX nad Deadwood: The Movie.
  • Telewizja i reklama.V-Ray był używany przy produkcji ogromnej liczby seriali telewizyjnych. Na przykład „Stranger Things” (Scanline), „Lądowanie na Księżycu” (BBC), „Gra o tron” (red.: między innymi ostateczny atak na Królewską Przystań został zwizualizowany za pomocą 3DS Max + V-Ray), „Kroniki Shannary” (Pixomondo).
  • Tworzenie gier lub gamedev.Gry same w sobie wykorzystują silniki, które przetwarzają grafikę w czasie rzeczywistym. V-Ray służy jednak do tworzenia zwiastunów projektów i wizualizacji koncepcji postaci. Moduł ten jest wykorzystywany na przykład przez Blur Studio, autora takich projektów jak Call of Duty i Halo.
  • Architektura i projektowanie wnętrz. 3ds Max we współpracy z V-Ray został wybrany do stworzenia koncepcji przez 3DC Studio, 747 Studios, Nmachine, Pikcells, Anima Visual, Alberta Mitsuno i Gabriele Vaccę.

Jeśli chcesz zapoznać się z przykładami wizualizacji i opisami projektów, możesz odwiedzić oficjalną stronę internetową Chaos Grupa.

Alternatywy dla V-Ray

Pomimo swojej popularności, V-Ray nie jest jedynym silnikiem o wysokiej wydajności i wysokiej jakości wizualizacji. Nie jest to również najlepszy wybór dla początkujących. Wybierając wizualizator, należy wziąć pod uwagę jego koszt, kompatybilność z programami i łatwość nauki.

Corona Renderer

Pierwsza wersja została wydana w 2009 roku. Wizualizator został kupiony przez Chaos Group, twórcę V-Ray. W związku z tym programy te stopniowo stają się coraz bardziej podobne pod względem możliwości i funkcji. Istnieją jednak różnice.

Po pierwsze, Corona Renderer oferuje duży wybór predefiniowanych stylów, które pokrywają nawet 95% zadań. Nie trzeba eksperymentować z ustawieniami — wystarczy wybrać gotowy szablon, a uzyska się oczekiwany rezultat. Wizualizator jest łatwiejszy w obsłudze i działa nieco szybciej. Po drugie, wykorzystuje renderowanie progresywne — można renderować w nieskończoność. Im dłuższy czas renderowania, tym wyższa szczegółowość i rozdzielczość obrazu. Rezultat jest widoczny niemal natychmiast.

Pomimo swoich zalet, Corona Renderer nie oferuje wystarczającej elastyczności personalizacji. Ma wyższe wymagania wydajnościowe i mniejszy zestaw kompatybilnych edytorów (3ds Max, ArchiCAD, Cinema 4D). Dlatego duże studia preferują V-Ray.

Silnik renderujący Cycles dla Blendera

Blender to darmowy edytor grafiki wektorowej i 3D. Pod względem zestawu narzędzi i możliwości jest to jeden z najpotężniejszych systemów, porównywalny z 3ds Max, a pod pewnymi względami nawet lepszy. Wbudowany silnik renderujący Cycles zapewnia wysoką jakość renderowania. Oferuje tryb podglądu (renderowanie w czasie rzeczywistym), obsługę oświetlenia HDR i VR. Renderowanie wykorzystuje moc jednostki centralnej (CPU) lub karty graficznej (GPU).

Silnik Cycles jest stosunkowo łatwy w obsłudze i nauce. Działa jednak tylko z Blenderem, który nie jest zbyt przyjazny dla użytkownika i jest jednym z najtrudniejszych programów do modelowania 3D do opanowania.

Arnold

Silnik został opracowany przez Solid Angle, spółkę zależną Autodesk. Pierwotnie został stworzony do produkcji filmowej na zlecenie VFD Sony Pictures Imageworks. Jedną z jego funkcji jest wydajny algorytm śledzenia promieni, który umożliwia przetwarzanie grafiki w czasie rzeczywistym.

Był używany w produkcji Wiedźmina 3 i Grawitacji. Oferuje szeroki wybór gotowych szablonów (predefiniowanych ustawień). Kompatybilny z Maya, Houdini, Cinema 4D, Katana i Softimage. Instalowane domyślnie w 3ds Max i niektórych subskrypcjach AutoCAD.

Przydatne zasoby od redaktorów Skillbox.by

3ds Max w połączeniu z V-Ray to najlepsze oprogramowanie do wizualizacji 3D. Jest ono wykorzystywane przez architektów, artystów efektów specjalnych i grafików komputerowych w reklamie, telewizji i filmie. Aplikacje rozwijają się dynamicznie, a programiści stale wprowadzają nowe technologie. W przeszłości V-Ray był jednym z pierwszych, którzy korzystali z technologii CUDA. Teraz firma integruje sztuczną inteligencję.

3ds Max i V-Ray to najpopularniejszy duet programów wykorzystywany przez studia projektowania krajobrazu, biura architektoniczne, firmy produkujące reklamy i firmy filmowe. Jeśli planujesz pracę w jednej z tych dziedzin, przydatne będzie zrozumienie zawiłości tych programów. Aby to ułatwić, redaktorzy Skillbox.by przygotowali listę przydatnych źródeł do nauki.

 

Źródła internetowe:

Opanuj zawód wizualizatora 3D z Skillbox

Nauczysz się wizualizować wnętrza, tworzyć modele architektoniczne, symulować środowiska miejskie, pracować ze światłem i teksturami oraz wykonywać postprocessing renderów. Opanujesz trzy programy do wizualizacji, w tym 3ds Max, i zapoznasz się z sieciami neuronowymi. Pracuj nad zadaniami z życia wziętymi i dodaj trzy projekty do swojego portfolio.

Uzyskaj dostęp