O que é Render?

A renderização 3D, ou simplesmente render, é o processo em que um computador usa informações brutas de uma cena 3D (modelada com polígonos, materiais e iluminação) para produzir uma única imagem. O resultado geralmente é uma imagem ou uma série de imagens renderizadas e compiladas juntas.

A renderização é normalmente a fase final do processo de criação 3D, a não ser que você leve a renderização para o Photoshop para pós-processamento.

Se você estiver renderizando uma animação, ela será exportada como um arquivo de vídeo ou uma sequência de imagens que podem ser posteriormente montadas. Um segundo de animação geralmente tem pelo menos 24 frames (quadros), então um minuto de animação tem 1440 frames (quadros) para renderizar. Isso pode demorar um pouco.

Geralmente são considerados dois tipos de renderização: renderização por CPU e renderização por GPU (tempo real).

A diferença entre os dois está na diferença entre os próprios componentes do computador.

As CPUs são executam várias tarefas menores ao mesmo tempo, enquanto as GPUs geralmente executam melhor cálculos mais complexos.

Ambos são muito importantes para o funcionamento de um computador. Neste artigo mencionaremos CPU e GPU apenas sob uma perspectiva de renderização 3D.

Geralmente, a renderização da GPU é muito mais rápida do que a renderização da CPU. Isso é o que permite que os jogos modernos rodem a cerca de 60 FPS. A renderização da CPU é melhor para obter resultados mais precisos de iluminação e algoritmos de textura mais complexos.

No entanto, nos motores de renderização modernos, as diferenças visuais entre esses dois métodos são quase imperceptíveis, exceto nas cenas mais complexas.

Processamento de CPU

A renderização da CPU (às vezes chamada de “pré-renderização”) ocorre quando o computador usa a CPU como o componente principal para os cálculos.

É a técnica geralmente preferida por estúdios de cinema e artistas de visualização arquitetônica.

Isso se deve à sua precisão ao fazer imagens fotorrealistas e ao fato de os tempos de renderização não serem um problema considerável para essas indústrias.

Embora os tempos de renderização possam variar muito e possam se tornar muito longos.

Uma cena com iluminação plana e materiais com formas simples pode ser renderizada em questão de segundos. Mas uma cena com iluminação e modelos HDRI complexos pode levar horas para ser renderizada.

Um exemplo extremo disso está no filme Monstros Inc. da Pixar, de 2001.

O personagem principal Sully tinha cerca de 5,4 milhões de fios de cabelo, o que significava que as cenas com ele na tela demoravam até 13 horas para serem renderizadas por frame!

Para combater esses longos tempos de renderização, muitos estúdios maiores usam um farm de renderização.

Um farm de renderização é um grande banco de computadores ou servidores de alta potência que permitem que vários quadros sejam renderizados de uma vez ou, às vezes, uma imagem é dividida em seções que são renderizadas por cada parte do farm. Isso ajuda a reduzir o tempo geral de renderização.

Também é possível renderizar efeitos mais avançados usando a CPU.

Isso inclui técnicas como:

Ray Tracing

É aqui que cada pixel da imagem final é calculado como uma partícula de luz que é simulada como interagindo com objetos em sua cena.

É excelente em fazer cenas realistas com reflexão e sombras avançadas, mas requer muito poder computacional.

No entanto, devido aos recentes avanços na tecnologia de GPU nas placas da série 2000 da NVIDIA, o ray tracing como um método de renderização pode chegar aos jogos convencionais por meio da renderização de GPU nos próximos anos.

Path Tracing

O Path Tracing calcula a imagem final determinando como a luz atingirá um determinado ponto de uma superfície em sua cena e, em seguida, quanto refletirá de volta para a câmera da janela de exibição.

Ele repete isso para cada pixel da renderização final.

É considerada a melhor forma de obter fotorrealismo em sua imagem final.

Photon Mapping

O computador dispara ‘fótons’ (raios de luz, neste caso) da câmera e de quaisquer fontes de luz que são usadas para calcular a cena final.

Isso usa valores aproximados para economizar poder computacional, mas você pode ajustar a quantidade de fótons para obter resultados mais precisos.

Usar esse método é bom para simular cáusticos, pois a luz refrata através de superfícies transparentes.

Radiosidade

A radiosidade é semelhante ao rastreamento de caminho, exceto que apenas simula caminhos de iluminação que são refletidos de uma superfície difusa para a câmera.

Ele também leva em consideração as fontes de luz que já refletiram em outras superfícies da cena. Isso permite que a iluminação preencha uma cena inteira mais facilmente e simula sombras suaves realistas.

Renderização GPU

Renderização por GPU (usada para renderização em tempo real) é quando o computador usa uma GPU como o recurso principal para cálculos.

Esse tipo de renderização é geralmente usado em videogames e outros aplicativos interativos onde você precisa renderizar de 30 a 120 frames por segundo para obter uma experiência suave.

Para obter esse resultado, a renderização em tempo real não pode usar algumas das opções computacionais avançadas mencionadas anteriormente. Portanto, muito disso é adicionado no pós-processamento usando aproximações. Outros efeitos são usados para enganar o olho, fazendo com que as coisas pareçam mais suaves, como o desfoque de movimento.

Devido ao rápido avanço da tecnologia e aos desenvolvedores que criam métodos computacionalmente mais baratos para ótimos resultados de renderização, as limitações da renderização por GPU estão rapidamente se tornando história. É por isso que os jogos e mídias semelhantes ficam melhores a cada nova geração de console.

À medida que os chipsets e o conhecimento do desenvolvedor melhoram, também aumentam os resultados gráficos. A renderização da GPU nem sempre precisa ser usada em tempo real, pois também é válida para fazer renderizações mais longas.

É bom para lançar aproximações de renderizações finais de forma relativamente rápida para que você possa ver como a cena final está parecendo sem ter que esperar horas para uma renderização final. Isso o torna uma ferramenta muito útil no fluxo de trabalho 3D durante a configuração de iluminação e texturas.

Motores de Render

Existem dezenas de motores de renderização no mercado e pode ser difícil decidir qual usar. Qualquer software 3D que você usar para seu fluxo de trabalho virá com seu próprio mecanismo de renderização integrado.

Eles geralmente são bons para aprender os fundamentos da renderização e podem ser usados para obter bons resultados finais. Mas eles podem ser limitantes em comparação com muitos mecanismos incríveis de renderização de terceiros.

Aqui estão alguns exemplos que valem a pena examinar:

V-Ray

O V-Ray é um motor muito comum. É capaz de usar renderização de CPU e GPU, por isso é muito flexível e está disponível para Maya, Blender e quase todas as outras suítes 3D por aí.

Corona

Corona é outro motor muito usado por visualizadores arquitetônicos. É muito poderoso, mas só está disponível para 3DS Max e Cinema 4D.

RenderMan

RenderMan é desenvolvido e usado pelos estúdios da Pixar para todos os seus filmes. Também é usado por muitos outros grandes estúdios de cinema. Ele pode ser usado como um plug-in diretamente com o Maya ou como um produto autônomo em computadores Windows, Mac e Linux.

Normalmente, você só precisa aprender um mecanismo de renderização e, uma vez que entenda seu fluxo de trabalho, ele pode ser usado para obter qualquer efeito desejado.

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