渲染的概念運用以及相關知識
發布時間：2010-01-14 共2頁
渲染，英文為Render,也有的把它稱為著色，但Render和Shade值兩個詞在三維軟件中是截然不同的兩個概念，雖然它們的功能很相似，但卻有不同。Shade是一種顯示方案，一般出現在三維軟件的主要窗口中，和三維模型的線框圖一樣起到輔助觀察模型的作用。很明顯，著色模式比線框模式更容易讓我們理解模型的結構，但它只是簡單的顯示而已，數字圖像中把它稱為明暗著色法。在像Maya這樣的高級三維軟件中，還可以用Shade顯示出簡單的燈光效果、陰影效果和表面紋理效果，當然，高質量的著色效果是需要專業三維圖形顯示卡來支持的，它可以加速和優化三維圖形的顯示。但無論怎樣優化，它都無法把顯示出來的三維圖形變成高質量的圖像，這時因為Shade采用的是一種實時顯示技術，硬件的速度限制它無法實時地反饋出場景中的反射、折射等光線追蹤效果。而現實工作中我們往往要把模型或者場景輸出成圖像文件、視頻信號或者電影膠片，這就必須經過Render程序。
Shade視窗，提供了非常直觀、實時的表面基本著色效果，根據硬件的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬件支持的情況下，它的顯示甚至會是無理無序的。
Render效果就不同了，它是基于一套完整的程序計算出來的，硬件對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結果，影響結果的是看它是基于什么程序渲染的，比如是光影追蹤還是光能傳遞。
渲染的基本過程
首先，必須定位三維場景中的攝像機，這和真實的攝影是一樣的。一般來說，三維軟件已經提供了四個默認的攝像機，那就是軟件中四個主要的窗口，分為頂視圖、正視圖、側視圖和透視圖。我們大多數時候渲染的是透視圖而不是其他視圖，透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理，所以我們看到的結果才會和真實的三維世界一樣，具備立體感。接下來，為了體現空間感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是決定哪些物體在前面、哪些物體在后面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關系是不能完美再現的，很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環境霧、景深效果都是有著密切聯系的。
渲染程序通過攝像機獲取了需要渲染的范圍之后，就要計算光源對物體的影響，這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟件都有默認的光源，否則，我們是看不到透視圖中的著色效果的，更不要說渲染了。因此，渲染程序就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是，渲染程序往往要計算大量的輔助光源。在場景中，有的光源會照射所有的物體，而有的光源只照射某個物體，這樣使得原本簡單的事情又變得復雜起來。在這之后，還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影？這往往取決于在場景中是否使用了透明材質的物體計算光源投射出來的陰影。另外，使用了面積光源之后，渲染程序還要計算一種特殊的陰影－－軟陰影（只能使用光線追蹤），場景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序還將花費更多的系統資源來計算特效的結果，特別是體積光，也稱為燈光霧，它會占用代量的系統資源，使用的時候一定要注意。
在這之后，渲染程序還要根據物體的材質來計算物體表面的顏色，材質的類型不同，屬性不同，紋理不同都會產生各種不同的效果。而且，這個結果不是獨立存在的，它必須和前面所說的光源結合起來。如果場景中有粒子系統，比如火焰、煙霧等，渲染程序都要加以“考慮”。
智能光
自然界的光是具有智慧的，它像一個魔法師，把世界變得繽紛絢麗，甚至離奇古怪，而渲染程序中的光就顯得笨拙的得多了，程序雖然提供了足夠多的光源類型來讓我們模擬真實世界的光源，但就其本質來說，都只解決了光源的直接照射問題，而真實世界中的照明不是這樣的，它還存在再次反射的現象，也就是通常所說的的光能傳遞，現在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能傳遞相混淆，他們雖然在原理和結果上非常相似，但是算方式卻不一樣。
光的“智能”還體現在它的反射和折射質量上，這個質量并不是指渲染圖像的質量或者光線追蹤的正確與否，而是指是否能自動完成與光線的反射和折射有關的所有效果。Caustic特效的產生成為了高級渲染程序的一個重要標志。Cau-stic是一種光學特效，通常出現在有反射和折射屬性的物體上，比如透明的圓球、凸透鏡、鏡子、水面等，它包含聚焦和散焦兩個方面的效果。
就目前的情況來說，衡量一個渲染程序里的光源是否具有“智能”，不是看它的光源類型有多么豐富，或者說，已經與直接照明沒有什么關系了（所有的渲染程序都能很好的解決直接照明的問題），而是與光源的間接照明有密切的關系。無論是天空光還是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物體上產生的效果，它們是光線的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction產生的結果，產生這些結果的自動化程度越高，即不需借助任何輔助光源，我們就可以把該渲染程序的光源看成是有“智能”的。需要注意的是，并不是說不能自動產生間接照明效果的渲染程序就是低級的。我們依然可以使用輔助光源來模擬那些間接照明的效果，作為渲染的圖像來說，我們關心的仍然是圖像所顯示的效果，而不是產生結果的方法，所謂條條大路通羅馬，目的才是最重要的。我們不要迷失其中。（說明：天空光是一種很特殊的光源。準確的說天空光不應該稱為光源，它是由于大氣漫反射太陽光形成的，所以，它也可以看成是太陽光的間接照明。）
Shade視窗，提供了非常直觀、實時的表面基本著色效果，根據硬件的能力，還能顯示出紋理貼圖、光源影響甚至陰影效果，但這一切都是粗糙的，特別是在沒有硬件支持的情況下，它的顯示甚至會是無理無序的。
Render效果就不同了，它是基于一套完整的程序計算出來的，硬件對它的影響只是一個速度問題，而不會改變渲染的結果，影響結果的是看它是基于什么程序渲染的，比如是光影追蹤還是光能傳遞。
渲染的基本過程
首先，必須定位三維場景中的攝像機，這和真實的攝影是一樣的。一般來說，三維軟件已經提供了四個默認的攝像機，那就是軟件中四個主要的窗口，分為頂視圖、正視圖、側視圖和透視圖。我們大多數時候渲染的是透視圖而不是其他視圖，透視圖的攝像機基本遵循真實攝像機的原理，所以我們看到的結果才會和真實的三維世界一樣，具備立體感。接下來，為了體現空間感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是決定哪些物體在前面、哪些物體在后面和那些物體被遮擋等。空間感僅通過物體的遮擋關系是不能完美再現的，很多初學三維的人只注意立體感的塑造而忽略了空間感。要知道空間感和光源的衰減、環境霧、景深效果都是有著密切聯系的。
渲染程序通過攝像機獲取了需要渲染的范圍之后，就要計算光源對物體的影響，這和真實世界的情況又是一樣的。許多三維軟件都有默認的光源，否則，我們是看不到透視圖中的著色效果的，更不要說渲染了。因此，渲染程序就是要計算我們在場景中添加的每一個光源對物體的影響。和真實世界中光源不同的是，渲染程序往往要計算大量的輔助光源。在場景中，有的光源會照射所有的物體，而有的光源只照射某個物體，這樣使得原本簡單的事情又變得復雜起來。在這之后，還要是使用深度貼圖陰影還是使用光線追蹤陰影？這往往取決于在場景中是否使用了透明材質的物體計算光源投射出來的陰影。另外，使用了面積光源之后，渲染程序還要計算一種特殊的陰影－－軟陰影（只能使用光線追蹤），場景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序還將花費更多的系統資源來計算特效的結果，特別是體積光，也稱為燈光霧，它會占用代量的系統資源，使用的時候一定要注意。
在這之后，渲染程序還要根據物體的材質來計算物體表面的顏色，材質的類型不同，屬性不同，紋理不同都會產生各種不同的效果。而且，這個結果不是獨立存在的，它必須和前面所說的光源結合起來。如果場景中有粒子系統，比如火焰、煙霧等，渲染程序都要加以“考慮”。
智能光
自然界的光是具有智慧的，它像一個魔法師，把世界變得繽紛絢麗，甚至離奇古怪，而渲染程序中的光就顯得笨拙的得多了，程序雖然提供了足夠多的光源類型來讓我們模擬真實世界的光源，但就其本質來說，都只解決了光源的直接照射問題，而真實世界中的照明不是這樣的，它還存在再次反射的現象，也就是通常所說的的光能傳遞，現在流行的叫法是Global Illumination，即全局照明。不要把它跟Lightscape的光能傳遞相混淆，他們雖然在原理和結果上非常相似，但是算方式卻不一樣。
光的“智能”還體現在它的反射和折射質量上，這個質量并不是指渲染圖像的質量或者光線追蹤的正確與否，而是指是否能自動完成與光線的反射和折射有關的所有效果。Caustic特效的產生成為了高級渲染程序的一個重要標志。Cau-stic是一種光學特效，通常出現在有反射和折射屬性的物體上，比如透明的圓球、凸透鏡、鏡子、水面等，它包含聚焦和散焦兩個方面的效果。
就目前的情況來說，衡量一個渲染程序里的光源是否具有“智能”，不是看它的光源類型有多么豐富，或者說，已經與直接照明沒有什么關系了（所有的渲染程序都能很好的解決直接照明的問題），而是與光源的間接照明有密切的關系。無論是天空光還是全局照明，或者是Caustic特效，都不是光源直接照射到物體上產生的效果，它們是光線的Diffu-se、Radiosity、Reflection和Refraction產生的結果，產生這些結果的自動化程度越高，即不需借助任何輔助光源，我們就可以把該渲染程序的光源看成是有“智能”的。需要注意的是，并不是說不能自動產生間接照明效果的渲染程序就是低級的。我們依然可以使用輔助光源來模擬那些間接照明的效果，作為渲染的圖像來說，我們關心的仍然是圖像所顯示的效果，而不是產生結果的方法，所謂條條大路通羅馬，目的才是最重要的。我們不要迷失其中。（說明：天空光是一種很特殊的光源。準確的說天空光不應該稱為光源，它是由于大氣漫反射太陽光形成的，所以，它也可以看成是太陽光的間接照明。）
