רינדור גרפיקת תלת-ממד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה אל: ניווט, חיפוש

רינדור גרפיקת תלת-ממד (באנגלית: 3D rendering) הוא תהליך ההמרה האוטומטי המבוצע באמצעות מחשב על מודלים תלת-ממדיים וירטואלים כדי ליצור תמונות או סרטוני אנימציה דו-ממדיים המכילים גרפיקת תלת-ממד בעלי מראה תלת-ממדי ראליסטי.

טכניקות[עריכת קוד מקור | עריכה]

לאורך השנים פותחו טכניקות רינדור שונות. טכניקות אלו כוללות רינדור בעל מראה לא-מציאותי של מודלים תלת-ממדיים מסוג Wireframe על ידי רינדור מבוסס פוליגונים, וטכניקות מתקדמות יותר כגון: Scanline rendering, Ray tracing, ו-Radiosity. תהליך הרינדור של פריים אחד בתמונה או בסרטון גרפיקת תלת-ממד עשוי לקחת משבריר שנייה ועד למספר ימים. באופן כללי, ישנן טכניקות שונות המתאימות ליותר לרינדור גרפיקת תלת-ממד המבוצע בזמן אמת וישנן טכניקות המתאימות לרינדור גרפיקת תלת-ממד שאינו מבוצע בזמן אמת.

רינדור גרפיקת תלת-ממד המבוצע בזמן אמת[עריכת קוד מקור | עריכה]

צילום מסך מהמשחק סקנד לייף. דוגמה לרינדור של אובייקטים תלת-ממדיים בזמן אמת במסגרת משחק סימולציה.

הרינדור של גרפיקת תלת-ממד עבור מדיה אינטראקטיבית, כגון במסגרת משחקי וידאו וסימולציות מחשב, מחושב ומוצג על גבי המסך בזמן אמת, בשיעור של כ-20 עד 120 פריימים בשנייה. במהלך ביצוע רינדור של גרפיקת תלת-ממד בזמן אמת המטרה היא להציג כמה שיותר מידע אשר העין האנושית תהיה מסוגלת לעבד בשבריר של שנייה. המטרה העיקרית היא להשיג בסוף התהליך תמונה אחת או סרטון אנימציה המורכב מתמונות רבות אשר נראה מציאותי ככל הניתן במהירות עיבוד מינימלית סבירה (בדרך כלל 24 פריימים לשנייה, שכן זו מהירות העיבוד המינימלית שהעין האנושית צריכה לקלוט על מנת שתיווצר אשליית תנועה מוצלחת). בנוסף לכך, במסגרת רינדור של גרפיקת תלת-ממד בזמן אמת ניתן לדמות תופעות חזותיות כגון Lens flare (השתברות קרני אור), עומק שדה, ו-Motion blur (טשטוש שנובע מתנועה בזמן הצילום), הנובעים מהמאפיינים האופטיים של מצלמות ושל העין האנושית, על מנת להקנות אלמנט של ריאליזם לסצנות אותם יוצרים. תופעות חזותיות מסוג זה משולבות לעתים רבות במשחקי וידאו בהם הרינדור של גרפיקת התלת-ממד מבוצע בזמן אמת. העלייה המואצת בכוח העיבוד של המחשבים אפשרה בהדרגה להציג ריאליזם בדרגה ניכרת בהרבה לגרפיקת תלת ממדית אשר עוברת רינדור בזמן אמת, כולל לגרפיקה תלת ממדית בזמן אמת בה משולבים גם טכניקות מתקדמות כגון High-dynamic-range rendering.

רינדור גרפיקת תלת-ממד שאינו מבוצע בזמן אמת[עריכת קוד מקור | עריכה]

תמונה דו-ממדית בעלת מראה ריאלסטי אשר נוצרה באמצעות רינדור של אובייקטים וירטואלים תלת-ממדיים בתוכנות Maya ו-Mental Ray

סרטוני אנימציה המופקים למדיה שאינה אינטראקטיבית, כגון סרטים עלילתיים וסרטי וידאו, עוברים תהליך רינדור איטי בהרבה. רינדור של גרפיקת תלת-ממד אשר איננו מבוצע בזמן אמת מאפשר להעצים במידה ניכרת את כוח העיבוד המוגבל שישנו למחשבים, על מנת לקבל איכות תמונה גבוהה במידה ניכרת. בטכניקה זו הרינדור של פריימים בודדים עשוי לקחת בין שניות בודדות לסצנות פשוטות במיוחד ועד מספר שעות לסצנות מורכבות במיוחד. הפריימים שנוצרו בתהליך זה מאוחסנים בדיסק הקשיח ולאחר מכן, בסיום תהליך הרינדור, ניתן לשלב אותם באמצעי מדיה אחר, כגון סרט קולנוע או דיסק אופטי. לבסוף, הפריימים שנוצרו בתהליך זה לצורך סרטוני אנימציה מוצגים ברצף בשיעור גבוה יחסית (בדרך כלל 24, 25, או 30 פריימים לשנייה) על מנת להשיג אשליית תנועה.

כאשר המטרה של היוצר היא השגת פוטוריאליזם (כלומר, שהתוצר הסופי יראה מציאותי ככל הניתן), נעשה שימוש בטכניקות מתקדמות כגון ray tracing או radiosity. טכניקות מהסוג הזה פותחו לאורך השנים על מנת לדמות תופעות טבעיות כגון האינטראקציה של אור עם צורות חומר שונות. דוגמאות לטכניקות מתקדמות בולטות ברינדור שמטרתן השגת פוטוריאליזם כוללות שימוש ב-particle systems (באופן זה ניתן לדמות בסצנות התלת ממדיות גשם, עשן, או אש), volumetric sampling (באופן זה ניתן בין היתר לדמות ערפל, אבק), ו-subsurface scattering (באופן זה ניתן לדמות אור המשתקף בעצמים מוצקים כגון עור אנושי).

תהליך רינדור של גרפיקת תלת-ממד אשר אינו מבוצע בזמן אמת הוא תהליך המצריך משאבי מיחשוב רבים, בהתאם למורכבות התהליכים הפיזיים אותו היוצר מנסה לדמות. העלייה המואצת בכוח העיבוד של מחשבים מאפשרת לאורך השנים באופן הדרגתי הצגת דרגה גבוה יותר של ריאליזם בגרפיקת התלת-ממד הנוצרת בתהליך רינדור שאינו מבוצע בזמן אמת. אולפני הסרטים המפיקים סרטי אנימציה תלת ממדיים נוהגים כיום בדרך כלל לעשות שימוש בחוות רינדור (Render farms) על מנת לבצע רינדור לקטעי אנימצייה תלת-ממדים רבים בתהליך רינדור שאינו מבוצע בזמן אמת, אותם הם משלבים בהמשך לסרט השלם. ראוי לציין כי הירידה ההדרגתית המשמעויות בעלויות חומרת המחשב לאורך השנים מאפשרות בהווה גם ליוצרים חובבנים לבצע רינדור שלא בזמן אמת גם במחשבים הביתיים שברשותם. בנוסף לכך, רצוי לציין גם כי הפלט הסופי אותו מפיק תוכנת התלת-ממד במסגרת תהליך זה לעתים קרובות מהווה רק חלק אחד מהסצנה הסופית שלמה, אשר עשויה להיות מורכבת ממספר שכבות שונות של פריימים אשר עברו רינדור בנפרד ואשר אוחדו באמצעות תוכנת תוכנה לעיבוד ויצירה של תוכני וידאו דיגיטליים (כגון אדובי אפטר אפקטס).

רינדור של מודלים המכילים השתקפות והצללה[עריכת קוד מקור | עריכה]

טכניקת הצללת פונג
טכניקת Cel shading

טכניקות פופולריות לעיבוד השתקפות והצללה במודלים בגרפיקת תלת-ממד:

  • הצללה שטוחה (Flat shading) - טכניקת המוסיפה הצללה לכל מצולע באובייקט התלת-ממדי ומתבססת על הזווית בין הפוליגונים במשטח האובייקט, וכמו גם על עוצמת מקור האור.
  • הצללת גורו (Gouraud shading) - טכניקת הצללה מהירה של מודלים עם כמות מצולעים נמוכה יחסית אותה המציא מדען המחשב הצרפתי אנרי גוראוד ב-1971.
  • Texture mapping - טכניקה להדמיית כמות גדולה של פרטים על פני המשטחים באובייקטים תלת-ממדיים באמצעות הוספת תמונת מפת מרקם על גבי כל המצולעים של האובייקט.
  • הצללת פונג (Phong shading) - טכניקה שהומצאה בתחילת שנות ה-70 על ידי מדען המחשב הווייטנאמי בוי טואונג פונג (Bui Tuong Phong) אשר משמשת ליצירת הצללה באופן מציאותי בה הגוון של כל מצולע במשטח המצולעים אינו אחיד אלא משתנה בהדרגה.
  • Bump mapping - טכניקה אותה המציא מדען המחשב האמריקני ג'ים בלין אשר משמשת כדי לדמות משטחים מקומטים.
  • Cel shading - טכניקה המקנה לאובייקטים התלת-ממדיים מראה של דמוית ואובייקטים בסרט מצויר.

ראו גם[עריכת קוד מקור | עריכה]