Полное руководство по терминологии 3D-рендеринга для художников от А до Я, Архитекторы & Новички

Большая картина: Основные понятия, которые должен знать каждый новичок

Прежде чем мы углубимся в подробности, давайте заложим прочный фундамент. Понимание этих четырех основных концепций даст вам основу для понимания всего дальнейшего..

Что такое 3D-рендеринг?

В его сердце, 3D-рендеринг — это процесс использования компьютерного программного обеспечения для создания двухмерного изображения. (2Дюймовый) изображение из трехмерного изображения (3Дюймовый) цифровая сцена. Думайте об этом как о профессиональном фотографе в виртуальном мире.. Вы строите свою тему (3D-модель), расставить свет, выбери ракурс камеры, а потом “Сделайте снимок.” Затем компьютер просчитывает, как все должно выглядеть., и последняя фотография — это ваш 3D-рендер. Это позволяет вам создавать изображения всего, что вы можете себе представить., от так и не построенного небоскреба до фантастического существа, все с потрясающим реализмом.

В чем разница между 3D-моделированием и 3D-рендерингом?

Это самая частая путаница среди новичков., но различие простое и важное. Эти две концепции являются отдельными частями общего процесса создания..

• 3D Моделирование это процесс создания самого трехмерного объекта. Это как быть цифровым скульптором. Использование специализированного программного обеспечения, художник строит форму и структуру объекта из виртуальных точек, линии, и лица. Конечным результатом этого этапа является 3Модель D.
• 3D рендеринг это то, что происходит *после* построения модели. Это процесс превращения 3D-модели в окончательное 2D-изображение путем добавления материалов., освещение, и атмосфера. Это последний шаг, который оживляет модель..

Суммируя: Моделирование – это создание скульптуры. Рендеринг — это фотографирование скульптуры..

Что такое CGI и похоже ли это на 3D-рендеринг?

Вы часто будете слышать, как эти термины используются как взаимозаменяемые., но у них немного разное значение. компьютерная графика, что означает Компьютерные изображения, это широкий, всеобъемлющий термин для любого изображения или визуального контента, созданного с помощью компьютерного программного обеспечения.. Сюда входит все: от спецэффектов в блокбастере до анимированного логотипа на веб-сайте..

3D-рендеринг — это особый *тип* CGI.. Это относится непосредственно к процессу создания визуальных эффектов из 3D-модели.. Так, хотя все 3D-рендеры являются CGI, не вся компьютерная графика получается из 3D-рендеринга (например, 2Цифровые картины D также являются компьютерной графикой.).

Что такое 3D-сцена?

3D-сцена — это полная виртуальная среда, в которой происходит рендеринг.. Это больше, чем просто основная 3D-модель, которую вы демонстрируете.. 3D-сцена включает в себя:

• Все 3D модели (основной предмет, мебель, деревья, фоновые элементы).
• Источники света (цифровые солнца, лампы, и т. д.).
• Виртуальные камеры, определяющие точки обзора.
• Атмосферные эффекты (как туман или дымка).

Это весь “цифровая фотостудия” или “съемочная площадка” который вы создаете перед нажатием кнопки рендеринга.

Строительные блоки: Глубокое погружение в терминологию 3D-моделирования

Каждый 3D объект, независимо от того, насколько сложный, состоит из нескольких простых компонентов. Понимание этого цифрового “ДНК” это первый шаг к овладению языком 3D-моделирования.

Атомы 3D: Вертекс, Край, и многоугольник

Эти три элемента являются абсолютной основой почти каждой 3D-модели, с которой вы когда-либо сталкивались..

• Вертекс (множественное число: Вершины): Это самый простой компонент — одна точка в 3D-пространстве., определяется X, Да, и координаты Z. Думайте об этом как об углу.
• Край: Это прямая линия, соединяющая две вершины.
• Полигон (или Лицо): Это плоская поверхность, созданная путем соединения трех или более ребер в замкнутый контур.. Полигоны — это видимые поверхности вашей модели..

Понимание типов полигонов: Треугольник против. Квад против. Вкусный

Не все полигоны одинаковы. Количество сторон многоугольника невероятно важно для поведения модели..

• Треугольник (Три): Многоугольник с тремя сторонами. Это самый простой из возможных многоугольников и основная форма, на которую все остальные многоугольники разбиваются с помощью движков рендеринга и игровых движков..
• Четырехместный: Многоугольник с четырьмя сторонами. Четырехугольники являются предпочтительным типом полигонов для большинства моделистов., особенно для объектов, которые необходимо сгибать или деформировать (как персонажи), потому что они создают чистый, предсказуемые поверхностные потоки.
• Вкусный: Многоугольник с пятью и более сторонами. Ngons могут быть полезны в процессе моделирования плоских поверхностей., но они могут вызвать проблемы с затенением, текстурирование, и анимация. Обычно перед окончательным экспортом они конвертируются в квадро- или триплексы..

Определение формы: сетка, Геометрия, и топология

Эти термины часто используются как взаимозаменяемые, но они относятся к разным понятиям.

• сетка: Вся коллекция всех вершин, края, и полигоны, составляющие один 3D-объект. Это полный “скелет” и “кожа” вашей модели.
• Геометрия: Это относится к общей форме и структуре модели.. Когда кто-то говорит о “геометрия,” они говорят о форме объекта.
• Топология: Это одно из важнейших понятий моделирования.. Топология относится к *потоку* и расположению полигонов по поверхности модели.. Хорошая топология означает, что полигоны расположены в чистом порядке, эффективный, и логический способ, который поддерживает форму модели и позволяет ей реалистично деформироваться при анимации.. Плохая топология может привести к некрасивым визуальным артефактам и проблемам с анимацией..

В чем разница между моделями High Poly и Low Poly??

Это фундаментальная концепция, особенно в разработке игр и приложений реального времени. А “поли” относится к количеству полигонов модели.

• Хай Поли: Модель с очень большим количеством полигонов. (от сотен тысяч до миллионов). Это обеспечивает невероятную детализацию поверхности и плавные кривые.. Высокополигональные модели используются для кинематографических персонажей., цифровые скульптуры, и фильмы, но они слишком требовательны к производительности для большинства приложений реального времени..
• Низкополигональная: Модель с гораздо меньшим, оптимизированное количество полигонов. Низкополигональные модели предназначены для эффективной работы в средах реального времени, таких как видеоигры.. Они часто полагаются на умные методы текстурирования. (которые мы рассмотрим далее) выглядеть более детально, чем есть на самом деле.

Объяснение распространенных методов 3D-моделирования

• Полигональное моделирование: Самый распространенный метод 3D моделирования., где художники напрямую манипулируют вершинами, края, и грани сетки для построения своего объекта.
• Цифровая скульптура: Более интуитивная и художественная техника., похоже на работу с настоящей глиной. Художник использует инструменты на основе кистей, чтобы продвинуть, тянуть, ущипнуть, и сгладить сетку высокой плотности. Это предпочтительный метод создания органических персонажей и существ., в основном используя программное обеспечение, такое как Zbrush.
• NURBS-моделирование: Означает неоднородный рациональный B-сплайн. Это математический метод создания идеально гладких кривых и поверхностей.. Это менее распространено в художественных работах, но широко используется в промышленном дизайне., инженерный, и автомобильный дизайн, где точность имеет решающее значение.

Искусство поверхности: Текстурирование & Терминология затенения

3D-модель без материалов — просто серая скульптура.. На этапе текстурирования и затенения объект приобретает свой цвет., его конец, и его личность. Здесь вы делаете металл похожим на металл, а дерево — на дерево..

Материал против. Текстура против. Шейдер: В чем разница?

Это трио терминов может сбить с толку, но вот простая разбивка:

• Материал: Это общее описание того, что *есть* поверхность.. Например, вы можете создать “Грубая дубовая древесина” материал или “Царапанная медь” материал.
• Текстура (или Карта текстур): Это файл 2D-изображения (например JPEG или PNG) который применяется, или “нанесен на карту,” на 3D-модель для обеспечения детализации поверхности. Для нашего “Грубая дубовая древесина” материал, одна карта текстур обеспечит цвет текстуры древесины, а другой может определять неровную текстуру.
• Шейдер: Это базовая компьютерная программа или набор вычислений, которые сообщают движку рендеринга, *как* материал должен реагировать на свет.. Он принимает карты текстур в качестве входных данных и рассчитывает окончательный внешний вид., включая блеск, прозрачность, и цвет.

Что такое ПБР (Физически основанный рендеринг)?

PBR — современный отраслевой стандарт для создания гиперреалистичных материалов.. Вместо того, чтобы художники притворялись, как должен выглядеть материал, Рабочий процесс PBR направлен на моделирование реальных физических свойств света, взаимодействующего с поверхностью.. Художники управляют простыми свойствами, такими как базовый цвет, металлический, и шероховатость. В результате получаются материалы, которые выглядят корректно и реалистично при любых условиях освещения., сделать весь процесс более предсказуемым и эффективным.

Что такое UV-картирование и UV-развертка?

Это один из самых важных и часто самых запутанных шагов в процессе текстурирования.. Применение изображения 2D-текстуры к 3D-модели, компьютеру нужно руководство, которое подскажет ему, как обернуть изображение вокруг объекта. Это руководство является УФ-карта.

Лучшая аналогия с УФ-разверткой — представить, что у вас есть картонная коробка.. Нарисовать на нем детальную картину, ты бы сначала разрезал его по швам и положил ровно. Ты бы нарисовал свою картину на расплющенном картоне., а затем сложите его обратно в коробку.

В 3D, этот процесс “выравнивание” преобразование 3D-модели в 2D-макет называется УФ-развертка. Полученное 2D-представление представляет собой UV-карту.. «У»’ и 'В’ просто обратитесь к осям 2D-текстурного пространства., так же, как «Х», «Д», и «З»’ обращаться к осям пространства 3D-модели.

Глоссарий основных карт текстур

Современный материал PBR обычно состоит из нескольких различных карт текстур, работающих вместе.. Вот самые важные из них, с которыми вы столкнетесь:

• Диффузный / Карта Альбедо: Это основной цвет материала.. Это плоское изображение цвета объекта., без какой-либо информации об освещении или тенях.
• Карта шероховатости: Это карта в оттенках серого, которая определяет, насколько шероховатой или гладкой является поверхность., который определяет, насколько размыты или резкие его отражения. Белые области грубые (как бетон), в то время как черные области гладкие и блестящие (как зеркало).
• Обычная карта: Это характерные фиолетово-синие карты, которые создают иллюзию мелких деталей поверхности, например пор., морщины, или царапины — без добавления в модель лишних полигонов. Они делают это, сообщая движку рендеринга, как затенять поверхность, как если бы детали действительно были там..
• Смещение / Карта высот: В отличие от обычной карты, это всего лишь иллюзия, карта смещения фактически толкает и тянет вершины геометрии модели во время рендеринга. Это создает реальные, физические детали, которые могут отбрасывать тени и изменять силуэт модели.. Это более реалистично, но гораздо более требовательно к производительности..
• Окружающая окклюзия (К) Карта: Эта карта в оттенках серого добавляет мягкости, тонкие контактные тени на щелях и углублениях модели. Это добавляет ощущение глубины и реализма, имитируя места, где окружающему свету будет труднее достичь..

Что такое запекание текстур?

Запекание текстур — это процесс переноса деталей поверхности из одной модели в другую в виде текстурной карты.. Его наиболее распространенное использование заключается в “выпекать” детали высокополигональной модели на карте нормалей, который затем можно применить к низкополигональной модели. Это основной метод, который позволяет персонажам и объектам в видеоиграх выглядеть невероятно детализированными, сохраняя при этом высокую производительность..

Создание настроения: Освещение & Терминология рендеринга

Освещение — душа 3D-рендеринга. Это диктует настроение, раскрывает форму, и превращает простую сцену в нечто кинематографическое и запоминающееся. Понимание языка света имеет решающее значение для любого художника..

Типы источников света в 3D-сцене

Большинство 3D-программ предоставляют набор цифровых источников света, имитирующих свои реальные аналоги..

• Зона света: Имитирует источник света с площадью поверхности, например софтбокс фотографа или люминесцентная потолочная панель. Из-за их размера, они производят мягкие, рассеянные тени.
• Точечный свет: Имитирует голую лампочку, излучающий свет одинаково во всех направлениях от одного, бесконечно малая точка. Это создает резкий, четко определенные тени.
• Прожектор: Имитирует реальный прожектор или фонарик.. Он излучает конус света в определенном направлении., позволяет сфокусировать освещение на определенной области.
• Направленный свет: Имитирует очень удаленный источник света, как солнце. Все его световые лучи движутся в одном, параллельное направление. Его положение в сцене не имеет значения., только его вращение.

Основные методы и концепции освещения

• Глобальное освещение (GI): Это, пожалуй, самая важная концепция для достижения фотореализма.. GI – это имитация косвенного, или отскочил, свет. В реальном мире, свет исходит не просто от источника; он отскакивает от любой поверхности, заполнение теней и создание естественного, ощущение света. Механизмы рендеринга, использующие GI, дают значительно более реалистичные результаты..
• HDRI (Изображение высокого динамического диапазона): Это особенный, 360-панорамная фотография, содержащая огромный диапазон данных об интенсивности света. В 3D, HDRI можно использовать для освещения всей сцены. Механизм рендеринга использует информацию об освещении, захваченную на фотографии, для освещения 3D-моделей., в результате получается невероятно реалистичное и детализированное освещение, которое идеально соответствует окружающей среде на фотографии..
• Хард против. Мягкие тени: Мягкость тени определяется размером источника света относительно объекта, отбрасывающего тень.. Небольшой источник света (как солнце с нашей точки зрения) создает жесткий, резкие тени. Большой источник света (например, пасмурное небо или большой источник света) создает мягкий, рассеянные тени.

Ключевые концепции рендеринга

• Механизм рендеринга: Это специальное программное обеспечение или плагин, который выполняет сложные вычисления для создания окончательного изображения из вашей 3D-сцены.. Примеры включают V-Ray., Корона, Циклы, и Арнольд.
• Трассировка лучей против. Отслеживание пути: Это продвинутые методы рендеринга, имитирующие физику света.. Трассировка лучей отслеживает путь лучей света от камеры в сцену. Отслеживание пути это более продвинутая и требующая больших вычислительных ресурсов форма трассировки лучей, которая отслеживает пути света для большего количества отражений., который является основой почти всех современных фотореалистичных движков автономного рендеринга..
• Проход рендеринга (или АОВ): В АОВ (Произвольная выходная переменная) — это отдельный компонент окончательного визуализированного изображения, который сохраняется в виде отдельного файла.. Например, вы можете визуализировать только отражения, просто тени, или просто освещение. Цель состоит в том, чтобы дать артисту максимальную гибкость во время финального выступления. Композиция этап.

Воплощая это в жизнь: Анимация & Терминология такелажа

Анимация – это процесс создания иллюзии движения.. В 3D, это включает в себя манипулирование объектами или персонажами с течением времени, процесс, ставший возможным благодаря цифровому скелету, известному как буровая установка.

Основы 3D-анимации

• Рамка: Одно неподвижное изображение в видеоряде.
• Ключевой кадр: Маркер на временной шкале, определяющий конкретную позу., позиция, или свойство объекта в конкретный момент времени. Программа автоматически рассчитывает “между” кадры для создания плавного движения между ключевыми кадрами.
• Временная шкала: Элемент пользовательского интерфейса, визуально представляющий время., позволяя художникам размещать и редактировать ключевые кадры.
• Частота кадров (ФПС): Означает количество кадров в секунду. Это определяет, сколько неподвижных изображений отображается каждую секунду, чтобы создать иллюзию движения.. Общие стандарты 24 FPS для фильма, 30 FPS для транслируемого видео, и 60+ FPS для видеоигр.

Что такое риггинг? Цифровой скелет

• Такелаж: Это технический процесс создания управляемого цифрового скелета внутри 3D-модели.. Риг — это то, что позволяет аниматору позировать и перемещать персонажа..
• Соединение (или кость): Индивидуум, иерархические компоненты цифрового скелета.
• Снятие шкур (или весовая живопись): Это важнейший процесс привязки сетки 3D-модели. (а “кожа”) к соединениям буровой установки. Художник “рисует гири” определить, какое влияние оказывает каждое соединение на окружающие вершины, обеспечение плавной и естественной деформации модели при перемещении установки.

Понимание кинематики: Я против. ФК

Аниматоры используют два основных метода управления цепочкой соединений., как рука или нога.

• Передняя кинематика (ФК): В ФК, вы анимируете, последовательно вращая каждый сустав в цепочке, от родителя к ребенку. Например, ты поворачиваешь плечо, затем локоть, затем запястье, чтобы расположить руку. Это прямо и просто.
• Обратная кинематика (я): Во мне, вы анимируете, перемещая конечную точку цепочки (как рука или нога), и программное обеспечение автоматически рассчитывает, как другие соединения в цепи (как локоть и плечо) должен наклониться, чтобы достичь этого положения. Это часто более интуитивно понятно для таких действий, как персонаж, ставящий ноги на землю..

Инструменты торговли: Программное обеспечение, о котором вы услышите

Когда вы погружаетесь глубже, вы услышите повторение названий различных программных инструментов. Вот краткий обзор наиболее распространенных приложений в отрасли., о многих из которых вы можете узнать больше из таких экспертных каналов, как Перевернутые нормали.

3D Моделирование & Анимационные люксы

• Блендер: Бесплатная электростанция с открытым исходным кодом, способная практически на все., от моделирования и лепки до рендеринга и анимации.
• Autodesk 3ds Max: Давний отраслевой стандарт, особенно доминирует в архитектурной визуализации и создании игровых ресурсов..
• Аутодеск Майя: Отраслевой стандарт анимации персонажей и визуальных эффектов. (VFX) в кино и телеиндустрии.

Специализированное программное обеспечение для скульптуры

• Zbrush: Бесспорный король цифровой скульптуры, используется для создания сверхдетализированных персонажей, существа, и органические модели.

Механизмы рендеринга

• V-Ray & Corona рендерер: Ведущие коммерческие движки офлайн-рендеринга для достижения фотореализма, особенно популярен в архитектуре и визуализации продуктов. Оба разработаны Хаос.
• Арнольд: Мощный автономный рендерер, также от Autodesk, широко используется в индустрии визуальных эффектов и анимации благодаря своей стабильности и качеству..

Движки реального времени

• Нереальный двигатель & Единство: Два доминирующих игровых движка, которые получили широкое распространение для интерактивной архитектурной визуализации., виртуальное производство, и анимация в реальном времени.
• D5 рендеринг, Twinmotion, & Enscape: Три удобных для пользователя средства рендеринга в реальном времени, разработанные специально для этой архитектуры., инженерный, и строительство (АЭК) промышленность, известны своей скоростью и простотой использования.

Язык доставки: Распространенные форматы 3D-файлов

Как только ваша 3D-модель будет готова, вам нужен способ сохранить и поделиться им. 3Форматы файлов D — это контейнеры для данных вашей модели., и выбор правильного имеет важное значение для сотрудничества.

В чем разница между проприетарными и нейтральными форматами файлов?

• Собственный (или Родной) Форматы: Это форматы, специфичные для одного программного обеспечения., нравиться .blend для блендера, .max для 3дс Макс, или .c4d для Синема 4D. Они прекрасно сохраняют все данные, специфичные для программного обеспечения, но не могут быть открыты другими программами..
• Нейтральный (или развязка) Форматы: Они созданы как универсальный язык., позволяющий перемещать 3D-данные между различными программными приложениями.

Глоссарий основных форматов обмена

Заключение: Почему этот словарь важен

Изучение языка 3D может показаться сложной задачей, но по мере того, как мы прошли путь от скромной вершины к сложным концепциям рендеринга, становится ясно, что этот словарь является основой творчества и сотрудничества в цифровом мире.. Понимание этих терминов не означает стать техническим гуру.; речь идет о расширении возможностей вашего творчества.

Когда архитектор может четко попросить художника компьютерной графики “более мягкие тени от местного освещения” или “более высокий показатель шероховатости бетонного материала,” весь процесс становится более эффективным, а конечный результат ближе к первоначальному видению. Когда клиент понимает разницу между низкополигональным драфтом и высокополигональным финалом, они ценят сложность и ценность работы художника. Этот общий язык устраняет разрыв между воображением и исполнением..

Знание терминологии упростит ваше общение., сэкономить бесчисленные часы доработок, и, в конечном итоге, дать вам уверенность в воплощении в жизнь ваших самых амбициозных идей..

Чувствуете себя более уверенно при использовании 3D-терминологии? Какой термин вас больше всего смущал?? Поделитесь своими мыслями в комментариях ниже!

Часто задаваемые вопросы (Часто задаваемые вопросы)

Сколько времени занимает 3D рендеринг?

Это классика “какой длины кусок веревки?” вопрос. Рендеринг может занять от доли секунды до нескольких дней.. Время зависит от многих факторов: сложность сцены, разрешение изображения, желаемое качество, используемый движок рендеринга (в реальном времени против. офлайн), и мощность аппаратного обеспечения вашего компьютера.

Трудно ли научиться 3D-рендерингу?

У этого есть определенная кривая обучения, но сейчас это более доступно, чем когда-либо прежде. Осваивая технические тонкости такой программы, как 3DS Макс может занять годы, современный, удобное программное обеспечение, такое как D5 Render или Twinmotion, позволяет новичкам создавать красивые изображения за считанные часы.. Художественные принципы — например, хорошая композиция., теория цвета, и освещение — зачастую их сложнее освоить, чем кнопки программного обеспечения..

Рендеринг на графическом процессоре лучше, чем рендеринг на процессоре??

Ни одно из них не является окончательно “лучше”— это разные инструменты для разных задач. Графический рендеринг невероятно быстр и является основой всех приложений реального времени.. Процессор рендеринг традиционно медленнее, но может обрабатывать более сложные сцены и большие объемы данных с большей стабильностью.. Многие современные офлайн-рендереры, как V-Ray, теперь предложи “гибридный” режим, который использует оба одновременно.

Какой компьютер мне нужен для 3D-рендеринга?

Для серьезной 3D-работы, мощный компьютер необходим. Вот ключевые компоненты, которые следует расставить по приоритетам:

• Процессор (Процессор): Процессор с большим количеством ядер и потоков (как AMD Ryzen 9 или Intel Core i9) имеет решающее значение для рендеринга процессора и общей производительности.
• Графический процессор (Графическая карта): Современный, мощная видеокарта от NVIDIA (как RTX 30-й или 40-й серии) необходим для рендеринга в реальном времени и ускорения графического процессора..
• БАРАН (Память): 32ГБ — хорошая отправная точка для большинства работ. Для сложных профессиональных сцен, 64Рекомендуется ГБ или даже 128 ГБ.

Нужно ли мне изучать программное обеспечение для постобработки, такое как Photoshop??

Абсолютно. Почти ни один профессиональный рендеринг, который вы видите, не создан прямо из 3D-программы.. Постпродакшн в такой программе, как Adobe Photoshop это решающий заключительный шаг. Используется для цветокоррекции., регулировка контрастности, добавление атмосферных эффектов, таких как туман, вставка 2D людей, и композицию различных проходов рендеринга для достижения финального результата, полированный, художественный образ.

Что такое рендер-ферма?

Рендер-ферма — это большая сеть компьютеров. (компьютерный кластер) создан специально для удовлетворения требований рендеринга. Если у вас есть массивная анимация, рендеринг которой на вашем единственном компьютере может занять месяцы., вы можете отправить его на коммерческую рендер-ферму. Они распределяют работу по сотням своих компьютеров., выполнение работы в кратчайшие сроки за отдельную плату. Это мощный ресурс для соблюдения сжатых сроков..