Программы для рендеринга. Программы рендеринга POV-Ray, LuxRender и Blender в качестве теста процессоров и ПК: изучаем зависимость теста от количества ядер процессора, тактовой частоты процессора и частоты памяти

Научитесь рендерить быстрей и эффективней с помощью советов от мастеров своего дела!

Кому-то процесс рендеринга может показаться скучным и неинтересным по сравнению с другими этапами работы с 3D, но от этого он не становится менее важным. Сегодня огромное значение имеет скорость и качество работы исполнителя, при этом время не должно тратиться впустую. Отрендеренные кадры или секвенции всегда можно перерендерить на свежую голову, но от этого вы не потратите меньше времени на них. Поэтому необходимо понимать, что вы работаете правильно.

«Normal-пас добавит отрендеренной картинке еще больше света. Каждый канал можно использовать как дополнительный источник света», — Carlos Ortega Elizalde.

Совет №1: Рендерьте все по пасам

«Иногда нужно «подтянуть» уже отрендеренную картинку. Поэтому я рендерю по отдельности все элементы (фон, передний план, персонаж и пр.), и затем свожу все вместе в Photoshop. Далее я тонирую изображение с помощью корректирующих слоев, таких как selective color, hue/saturation и levels. Также при необходимости я использую виньетирование и размытие. И держусь подальше от ползунка chromatic aberration, который в последнее время используется слишком часто и не к месту», — Andrew Hickinbottom .

Работа со слоями помогает взглянуть на работу по-новому

Совет №2: Normal-пасы

«Normal-пас добавит отрендеренной картинке еще больше света. Каждый канал можно использовать как дополнительный источник света. И, хотя, это не физически корректный свет, такой подход помогает подчеркнуть важные детали и вытянуть пересвеченные или засвеченные участки изображения, имитируя rim- или bounce-светильники. Это экономит массу времени и усилий. Такой подход можно также использовать для отрендеренных анимационных секвенций в программах для композитинга», — Carlos Ortega Elizalde .

Советы, помогающие сэкономить время, очень важны

Каждая деталь, добавленная в процессе моделирования, текстурирования или освещения, сыграет на руку рендеру Carlos Ortega Elizalde

Совет №3: Не ленитесь создавать specular-пас…

«Для того, чтобы отрендерить specular-пас в Keyshot, я использую материал wax с translucency 0 и максимально выкрученной specularity, для SColor и Subsurface Color я использую черный цвет. Задний фон я также делаю черным, для освещения сцены использую HDRI Urban», — Luca Nemolato .

Пасы Keyshot используются для еще большего улучшения картинки

Совет №3: … и пас кожи

«Для того чтобы получить хороший пас кожи в Keyshot, я использую метариал Human Skin с translucency 0.7 (значение translucency также зависит от модели), roughness 0.8, затем я загружаю Texture-карту и Normal-карту. Сцену я обычно освещаю с помощью HDRI Factory», — Luca Nemolato.

Кожа стоит потраченного на нее времени, поэтому экспериментируйте, пока не получите удовлетворительный результат

Совет №4: Рендерьте только важные эелементы

«Обычно разрешение у иллюстраций для печати должно быть достаточно высоким, поэтому для финального рендера я использую разрешение в 6-8k. Для такого рендера нужны текстуры с очень высоким разрешением, что значительно замедляет работу Maya и Hypershade. Текстуры с таким разрешением нужны только для финального рендера, поэтому для тестовых рендеров я изменяю размер текстур, поскольку для работы со светом и материалами мне не нужно высокое разрешение», — Alex Alvarez .

Текстуры для этой сцены весят несколько ГБ. После уменьшения размера текстур время тестового рендера во время настройки света сократилось на 75%

Совет №5: Сначала все тестируйте

«Перед тем, как переходить к финальному рендеру, делайте несколько тестовых с низким разрешением, также проверьте, что все настройки корректны, освещение выставлено правильно, на картинке не появляются непонятные пятна или засветы. Например, для начала я рендерю с разрешением 800 х 800, которое затем увеличиваю до 1800 х1800, для финального рендера я использую разрешение 5000 х 5000, также отдельно рендерю пасы, важные на этапе поста. Картинку я сохраняю в формате HDR, поскольку хочу иметь возможность отредактировать и настроить экспозицию», — Sérgio Merêces .

Быстрый тест спасет вас от многих часов ожидания

Совет №6: Цветокоррекция

«Рендеры в формате RAW обычно выглядят не лучшим образом, но все меняется, если у вас есть возможность подредактировать картинку в Photoshop, Fusion или NUKE. При этом для важных элементов изображения можно провести цветокоррекцию, расфокусировать их, добавить шума или, наоборот, фокуса, резкости, наименее важные части изображения можно сделать более темными», — Toni Bratincevic .

Затемнение, осветление или тонирование изображения для получения лучшего результата

Вернитесь назад к концепту, если вы недовольны рендером. Как говорит Toni Bratincevic: «Если референс по факту является хорошо проработанным концептом с корректной композицией, получение качественного рендера превращается в вопрос времени и технических скиллов, с помощью которых вы будете моделировать, текстурировать и освещать сцену».

Совет №7: Используйте пасы

«Используйте рендер-пасы для всего блестящего, светящегося или прозрачного. Отдельно рендерьте задний фон, передний план и пр., что позволит более гибко работать с картинкой на композе. Прячьте все, что хоть как-то не относится к рендеру, т.е. отключайте у таких элементов тени и их участие в GI, не используйте отражения для небольших объектов. Для всего, достаточно далекого от камеры, используйте matte painting», — Francesco Giroldini .

Различные пасы добавляют картинке выразительности

Совет №8: Используйте ID matte

"ID matte - дешевый и сердитый способ изменить картинку после рендера. Назначьте элементам в сцене самый обычный красный или голубой цвета, отрендерьте их с той же камеры как beauty-пас, это поможет более эффективно работать с элементами на композе», — Francesco Giroldini.

Никогда не поздно что-то исправить

Рендерьте только то, что действительно нужноFrancesco Giroldini

Совет №9: Постарайтесь увидеть всю картинку

«Финальный рендер составляет 90% от картинки, остальные 10% приходятся на пост, что решит, будет ли ваша картинка более CGI или фотореалистичной. В свободное время изучите минусы рендерера, которым вы пользуетесь, и возможности получения с помощью него более реалистичной картинки. Такие элементы как блики, световой ореол, свечение, зерно и контраст добавляются уже на посте. Такие инструменты как Magic Bullet Looks легки в использовании и позволяют работать в режиме реального времени, что делает процесс имитации какого-либо эффекта более быстрым по сравнению с рендерером», — Alex Alvarez.

Различные варианты изображения, полученные с помощью Photoshop и Magic Bullet

Так выглядел финальный рендер работы «Meadow» в mental ray, который Alex Alvarez затем обработал Alex Alvarez

Эти текстуры Alex Alvarez исключил из финального рендера Alex Alvarez

Совет №10: Рендеру время, потехе час

При условии корректно выполненной работы вы будете несказанно рады финальному рендеру, а законченному продукту обрадуетесь еще больше. А если нет, то задумайтесь о следующем проекте. В следующий раз вы будете еще более искусно моделить, текстуры будут невесомы, свет ослепительным, а рендер идеальным. В следующий раз у вас получится воссоздать картинку из головы. А если нет? Что ж, попробуйте еще раз, а потом еще раз, и еще раз.

«Используйте рендер-пасы для всего блестящего, светящегося или прозрачного» Francesco Giroldini

Внедрение компьютерных технологий в промышленности позволило значительно упростить работу с объёмными конструкциями. Системы 3d визуализации и проектирования объектов дают возможность наглядно увидеть формы, которые раньше были представлены на чертежах.

Назначение и технологии трехмерной цифровой графики

Перевод плоских изображений в пространственные значительно облегчил прикладные области науки. Благодаря этому удалось решить ряд задач:

• Зрительно представить детали. Для прочтения схем требуются определённые навыки и аналитический склад ума. После обработки понять, что нарисовано на картинке, сможет каждый.
• Моделировать конструкции. При двухмерной прорисовке сложных геометрических форм возникает много ошибок в стыковке отдельных элементов. Они могут стать причиной дополнительных затрат и переделок на этапе изготовления изделий.
• Согласовывать проектные решения. За счёт наглядного представления стало проще действовать смежным специалистам, которые должны прорабатывать свои разделы в рамках одного компьютерного файла.

Для реализации этих потребностей компания SGI создала библиотеки OpenGL. Они стали стандартом в области и активно распространяются в наше время. Разработки представляют собой инновационный интерфейс для аппаратного обеспечения, которое взаимодействует с графикой. Наибольшей продуктивности по кодированию информации удаётся достичь с использованием ускорителей. Ускоритель – это деталь компьютера, которая берёт на себя часть потока данных и разгружает процессор.

Первоначально алгоритмы разрабатывались фирмой для собственных нужд на рабочих станциях Iris. В дальнейшем они были интегрированы на все современные платформы. Сегодня считаются самыми универсальными и производительными.

Принцип действия основан на применении библиотек данных, которые выполнены на языке программирования С. Это позволяет работать с неограниченным количеством задач. Такой принцип усложняет взаимодействие с простыми элементами и стандартными формами. Но для современных разработок это большой плюс. Они могут без ограничений создавать собственные объекты, используемые в области, на которую распространяется софт.

OpenGL интегрируется в другие оболочки. Поддерживает следующие языки кодирования:

• Fortran;
• Python;
• Java;
• Delphi.

Для отдельных областей науки и промышленности разработаны свои библиотеки простейших деталей и форм. Они дают возможность делать простые программы визуализации.

Компания Майкрософт для своих нужд создала аналог – приложение DirectX. Оно действует только в операционных системах Windows и активно применяется для проработки мультимедийных надстроек и игровых движков. Эта разработка не нашла распространения в области прикладных наук и ПО для проектирования. Причиной этому стала узкая направленность в развитии.

Создание реалистичных графических объектов

Описанные технологии позволили получить достоверное внешнее представление о трёхмерных деталях, конструкциях и даже персонажах в анимационных фильмах. Изображения получались объёмными, но ограничивались простыми фигурами и их сочетаниями. Несмотря на то, что операторам стали доступны сложные варианты исполнения, все они были безжизненными. Дизайн, мультипликация и другие направления, связанные с редактированием картинок, требовали большей проработки.

Для реализации этих потребностей была создана новая технология – рендеринг. Она выполняла отрисовку поверхностей по заданным моделям. Для этого прописали специализированные движки, которые можно разделить на два типа по принципу действия. Ниже опишем их принцип действия.

Biased rendering – с допущениями

Основаны на допущениях, которые может сделать приложение в процессе просчитывания пикселей. Работа выполняется по определённым критериям. Пользователь указывает конкретные значения, которые служат конечными показателями для системы. По этому принципу действуют:

• RenderZone;
• Artisan;
• V-Ray;
• FinalRender;
• Mental-ray.

Ориентация на оператора позволяет реализовать любые задачи – даже те, которые идут вразрез с законами физики. Есть возможность игнорировать структуры поверхностей, классическое направление светотени и другие эффекты. Негативная сторона этих нововведений – придется вводить все параметры самому.

Unbiased rendering – без допущений

В основе лежит отрицание допущений. Процесс графических вычислений производится по заданным физическим образцам. Детализация доводится до того уровня реалистичности, который будет приемлем для пользователя. Для этого используются следующие движки:

• Fryrender;
• Maxwell;
• Iray.

На их базе созданы программы для визуализации и рендеринга 3d моделей, которые обеспечивают лучшую детализацию итогового изображения. Они дают возможность добиться качества сопоставимого с фотографией. Эти технологии вычисления пикселей широко распространены в мультипликации и прорисовке спецэффектов для фильмов.

Оба варианта перечисленных алгоритмов применяются в софте для дизайна и проектирования. Они позволяют делать по заданным параметрам разный уровень прорисовки для одинаковых объектов. Один продукт обычно включает несколько модулей. Благодаря этому пользователь может сохранять конечный файл в разных форматах и степенях реалистичности.

Программы работают как самостоятельные приложения или используются в качестве интегрированных компонентов.

Обзор движков для визуализации графики

RenderZone

Плагин с поддержкой глобального освещения для создания 3D-изображений. Поддерживает три уровня рендеринга: простой, Z-буфер и рейтрейсинг. Распространяется как надстройка к form·Z.

Преимущества программного решения:

• Разнообразие функций для безупречной визуализации.
• Возможность применения кубических и сферических карт окружающей среды, прозрачных фонов, создания реалистичной картины неба.
• Функция эскизного рендеринга.
• Применение одного или нескольких источников света – в том числе природных, атмосферных и пользовательских.
• Final Gather для глобального освещения и более реалистичного изображения.

Artisan

Инструментарий для создания моделей виртуальных товаров или строений разного типа. Привлекает возможностью интеграции в существующие САПР, простотой настроек и эксплуатации. Artisan работает с технологией SnapShot, с помощью которой вы можете делать мгновенные снимки на всех стадиях проектирования, а позже возвращаться к ним.

FinalRender

Система, основанная на трассировке лучей. Она даёт возможность создавать эффекты, которые были недоступны в ранних версиях, построенных на принципе линейной обработки. Большим преимуществом является достижение полной интеграции в необходимые программные продукты. В стандартный пакет входят следующие библиотеки:

• Материалы.
• Освещение.
• Карты.
• Эффекты.
• Атмосфера.
• Утилиты.
• Модификаторы.

Модуль не требует перевода объектов в специализированный формат и полностью интегрируется в софт. Он работает с теми файлами, которые генерируются системой. Каждой поверхности присваивается своя текстура и другие настройки в рамках отдельного проекта.

V-Ray

Движок был разработан в 2000 году в Болгарии компанией Chaos Group. В основу создания положили метод Монте-Карло. Наибольшее распространение приложение получило в качестве модуля к CAD среде. На его основе строятся многие программы для архитектурной 3d визуализации проектов домов. Благодаря возможности гибкого регулирования настроек и высокому соотношению качества детализации к скорости просчёта пикселей V-Ray стал популярным среди рядовых пользователей.

Софт ориентирован на широкий круг выполнения задач. Для того, чтобы достигать максимальной реалистичности, особое внимание уделяют освещению. В рендере V-Ray для этого предусмотрен ряд надстроек:

• Irradiance и Photon Map;
• Light Cache;
• Brute Force.

Они отвечают как за блики и тени на моделях, так и за светоиспускание. Отдельные объекты или их части служат источниками иллюминации.

Mental-ray

Движок является платформой для визуализации от немецких создателей. Он поддерживает сегментную систему вычислений пикселей. В ядре реализована распределительная схема взаимодействия. Она даёт возможность выполнять обработку сложных изображений и задействует до 8 локальных и 4 сетевых процессоров.

Основное преимущество рендера в достижении расширения его функционала. Сторонние программисты могут придумать самописные шейдеры, которые будут отвечать за реализацию специфических задач.

Вложенная библиотека материалов не является стандартной и требует адаптации в каждом отдельном случае. Поэтому при интеграции в сторонний софт потребуются дополнения для модуля.

Fryrender

Движок разработала компания Feversoft. Если выбирать, в какой программе сделать визуализацию природных явлений, то это приложение подойдёт наилучшим образом. Его особенность в том, что построение объектов производится в соответствии со всеми существующими законами физики.

После редактирования проекта система запускает механизм симуляции. Виртуальная камера считывает информацию и сопоставляет её с набором материалов и источников света. Подобный механизм действия лёг в основу современных 3d карт. Пользователи могут в реальном времени перемещаться в пространстве моделей и осматривать их под разными углами.

Рендер позволяет сопоставлять множество внешних факторов для того, чтобы поверхности выглядели реалистично. Работа дизайнера по расстановке источников освещения для каждой грани упрощается. Достаточно указать направление теней. Остальное компьютер выполнит сам. Это делает софт популярным и доступным для пользователей без особых профессиональных навыков.

Light Cache

Не используется как самостоятельное приложение, но широко применяется для интегрирования в другие подсистемы. Изначально разрабатывался для V-Ray. Отвечает за свет и его отображение на плоскости. Техника основана на глобальной иллюминации в рамках сцены.

Метод подразумевает множественную трассировку лучей. Каждый из них отражается от поверхности, запоминая освещённость в 3d структуре. Принцип действия во многом похож на фотонную карту, но имеет ряд существенных усовершенствований и преимуществ:

• Простота настройки. В инструментарии присутствует только одна камера, которая обеспечивает высокий уровень детализации.
• Эффективно работает с любыми источниками излучений, в том числе skylight и omni.
• Позволяет корректно отображать такие слабые места для других программ, как углы и области вокруг мелких элементов.
• Высокая скорость. При интеграции в другой софт Light Cache может быстро активироваться в режиме предпросмотра и показать предварительный результат.

Brute Force

Обладает универсальным алгоритмом действия, который способен справиться с любой задачей по визуализации графики. Это является бесспорным преимуществом. В противоположность выступает отсутствие встроенной адаптивности. Это вызывает необходимость использования всех ресурсов компьютера для просчёта даже небольших объектов.

Система активно применяется как дополнительный движок в тех случаях, когда другие устройства не справляются с возложенными на них обязательствами. Позволяет добиваться лучшей детализации, чем могут выдать другие приложения на максимальных настройках.

Рендеринг в проектировании

В условиях высокой рыночной конкуренции среди архитектурных и конструкторских бюро большое значение имеет время разработки строительной документации. Необходимость визуализации изображений требует использования модулей и программ для 3д моделирования. С активацией интегрированных надстроек в CAD-системы можно избавиться от дополнительных итераций и быстро выводить данные.

Создавая планировочные решения для промышленных, гражданских и жилых объектов, исполнители сталкиваются с необходимостью подготовки чертежей разного уровня деталировки. Для схем коммуникаций достаточно получить представление о взаимном пространственном положении отдельных частей магистралей. Дизайн интерьера требует фотореалистичного рендеринга.

Применение разных программ усложняет работу и делает её менее продуктивной. Для решения проблемы нужно совместить всё в единое приложение.

Использование комплекса ZWSOFT для визуализации

Основой для пространственной графики является ZW3D. Это универсальная CAD система, которая объединяет в себе выполнение задач на всех уровнях проектирования. При необходимости интегрируется со станками с ЧПУ. Предназначена для создания статических 3d моделей и подвижных деталей с возможностью их взаимодействия.

Для реалистичного внешнего отображения поверхностей предусмотрены библиотеки материалов. Чтобы упростить работу при создании специализированных однотипных конструкций, каждый может создавать собственные базы деталей и элементов.

Простой, интуитивно понятный интерфейс делает использование лёгким. Даже если приходится переходить на ZW3D с другого программного обеспечения, освоить его не составит труда. Поддержка базовых форматов позволяет пользоваться всеми старыми наработками.

Для получения фотореалистичных моделей подойдёт надстройка Artisan. Она содержит в своём составе широкую базу материалов и даёт возможность без специальных навыков превратить 3D в высококачественное изображение. Еще одно преимущество – применение компьютерной аппаратной OpenGL обработки данных. Благодаря этому можно оперативно получить результат на предпросмотре и относительно быстро вывести итоговую картинку в высоком разрешении.

Комплекс полностью совместим с распространёнными приложениями и позволяет осуществлять проектирование любой сложности.

В статье мы детально рассмотрели программы, которые понадобятся для визуализации объектов, разобрали базовые движки для рендеринга. Теперь каждый может выбрать нужные модули по своим потребностям или воспользоваться готовым решением, которое сэкономит время и силы.

Эта статья является третьей в цикле, посвященном различным реальным приложениям, которые могут использоваться для тестирования процессоров, компьютеров, ноутбуков и рабочих станций и которые в дальнейшем будут положены в основу нового тестового пакета iXBT Application Benchmark 2017. Напомним, что в первой статье данного цикла мы рассматривали два специализированных приложения LAMMPS и NAMD, которые используются для решения задач молекулярной динамики. Во второй статье мы уделили внимание специализированным математическим пакетам FFTW и GNU Octave. В нынешней же мы рассмотрим программы, которые используются для рендеринга трехмерных сцен. Всего рассматривается три популярных рендера: POV-Ray 3.7, LuxRender 1.6 и Вlender 2.77a.

POV-Ray 3.7

На сайте разработчика можно скачать сцену (), которую рекомендуется использовать для тестирования.

Поскольку LuxRender является фотореалистичным рендером, процесс рендеринга в нем может длиться бесконечно долго. Точнее, он длится до тех пор, пока пользователь не остановит процесс при достижении удовлетворительного качества. Пользовательский интерфейс программы LuxRender позволяет задать условия, при достижении которых рендеринг будет остановлен. Это могут быть временны́е ограничения, когда задается время рендеринга, либо ограничения по качеству, которое задается в S/p (Samples per pixel). Хорошее качество достигается при значении 100 S/p, однако такое качество требует очень продолжительного времени рендеринга. Поэтому при тестировании мы ограничиваем качество на уровне 30 S/p, измеряя время рендеринга, которое требуется для достижения такого качества.

Вlender 2.77a

В отличие от LuxRender и POV-Ray, ) - это уже полноценный редактор трехмерной графики и анимации. Приложение бесплатное и включает в себя средства моделирования, анимации, постобработки и монтажа видео со звуком и, что самое главное, средства рендеринга.

Есть версии этого программного пакета под Mac OS X, Linux и Windows. Для тестирования мы используем 64-битную Windows-версию Вlender 2.77a.

Кроме того, на сайте производителя есть , которые можно использовать для тестирования. Мы используем сцену BMW Benchmark (файл BMW27.blend.zip).

Запуск процесса рендеринга возможен как из интерфейсного окна самой программы (клавиша F12), так и из командной строки. Для тестирования режим запуска из командной строки более удобен. Команда запуска процесса рендеринга имеет огромное количество параметров, ознакомиться с которыми можно, набрав команду blender.exe -h.

Для тестирования мы используем следующую команду:

blender.exe -b -f 1

В данном случае подразумевается, что процесс рендеринга происходит в фоновом режиме (параметр -b) и рендерится только один кадр (параметр -f 1).

Тестовый стенд и методика тестирования

Для тестирования с использованием рендеров POV-Ray, LuxRender и Blender мы использовали стенд следующей конфигурации:

• Процессор: Intel Core i7-6950X (Broadwell-E);
• Системная плата: Asus Rampage V Edition 10 (Intel X99);
• Память: 4×4 ГБ DDR4-2400 (Kingston HyperX Predator HX424C12PBK4/16);
• Видеокарта: Nvidia Quadro 600;
• Накопитель: SSD Seagate ST480FN0021 (480 ГБ).

В ходе тестирования замерялось время выполнения тестовых задач.

Рассматривалась зависимость результатов тестирования от количества используемых ядер процессора, от частоты ядер процессора и от частоты памяти.

Зависимость результатов от количества ядер процессора

Количество используемых в ходе тестирования ядер процессора Intel Core i7-6950X регулировалось через настройки UEFI BIOS платы Asus Rampage V Edition 10. Напомним, что процессор Intel Core i7-6950X является 10-ядерным, но поддерживает технологию Hyper-Threading, поэтому операционной системой и приложениями он видится как 20-ядерный (имеет 20 логических ядер).

Мы не отключали технологию Hyper-Threading и меняли лишь количество физических ядер процессор от 1 до 10. В дальнейшем мы будем говорить о логических ядрах процессора, количество которых менялось от 2 до 20 с шагом 2.

Частота работы всех ядер процессора фиксировалась и составляла 4,0 ГГц.

Для всех рендеров время выполнения тестовой задачи зависит от количества процессоров примерно одинаково. При удвоении числа ядер процессора время выполнения теста уменьшается примерно в 2 раза, скорость выполнения тестовых задач меняется почти линейно в зависимости от числа ядер процессора. Это особенно хорошо видно по графику зависимости нормированной скорости выполнения тестовых задач от числа ядер процессора (нормируется относительно времени выполнения задач на двух логических ядрах процессора).

Для рендеров POV-Ray и LuxRender скорость выполнения тестовых задач меняется линейно в зависимости от числа ядер процессора фактически во всем диапазоне: при увеличении числа ядер от 2 до 20 скорость возрастает почти в 10 раз. Для рендера Blender линейная зависимость скорости выполнения тестовой задачи от числа ядер процессора наблюдается лишь в диапазоне от 2 до 12 ядер. При большем количестве ядер (от 12 до 20) зависимость тоже почти линейная, но коэффициент линейной зависимости уже меньше. В результате при увеличении числа ядер от 2 до 12 скорость возрастает почти в 5,5 раза, а при увеличении числа ядер от 2 до 20 скорость возрастает в 7,7 раза.

Зависимость результатов от частоты процессора

Частота ядер процессора Intel Core i7-6950X менялась в настройках UEFI BIOS платы Asus Rampage V Edition 10 путем изменения коэффициента умножения. Частота работы всех ядер фиксировалась (то есть режим Turbo Boost отключался). Использовались все ядра процессора (10 физических/20 логических). Частота менялась от 3,0 ГГц до 4,2 ГГц с шагом 200 МГц.

Результаты тестирования следующие:

Как видно по результатам тестирования, во всех трех рендерах время выполнения тестовых задач зависит от частоты ядер процессора практически одинаково. При увеличении частоты с 3 до 4,2 ГГц (увеличение на 40%) время выполнения тестовых задач уменьшается примерно на 24%.

Зависимость результатов от частоты памяти

Теперь рассмотрим зависимость скорости выполнения тестовых задач от частоты работы памяти. Память DDR4 работала в четырехканальном режиме (по одному модулю на канал), а частота памяти менялась в настройках UEFI BIOS в диапазоне от 1600 МГц до 2800 МГц c шагом в 200 МГц. Тайминги памяти фиксировались и не менялись при изменении частоты. Все ядра процессора работали на частоте 4,0 ГГц.

Результаты тестирования следующие:

Как видим, скорость выполнения тестовых задач во всех рендерах никак не зависит от частоты работы памяти. По крайней мере, в четырехканальном режиме работы пропускной способности памяти DDR4 вполне достаточно даже на частоте 1600 МГц, и дальнейшее увеличение частоты памяти не позволяет ускорить выполнение тестовых задач.

Это типичный для большинства приложений результат. Приложения, скорость работы которых зависит от частоты памяти - это, скорее, исключение из правил.

Заключение

Итак, в этой статье были рассмотрены три приложения для рендеринга: POV-Ray 3.7, LuxRender 1.6 и Вlender 2.77a. На примере 10-ядерного процессора Intel Core i7-6950X было показано, что, во-первых, тестовые задачи в этих пакетах отлично распараллеливаются на все ядра процессора и загружают их на 100%. Именно это обстоятельство позволяет рассматривать данные приложения как отличный вариант для тестирования многоядерных процессоров. Зависимость скорости выполнения тестовых задач от числа ядер процессора является почти линейной для всех рендеров.

Во-вторых, было показано, что время выполнения тестовых задач во всех трех рендерах линейным образом зависит от частоты ядер процессора. При увеличении частоты процессора на 40% время выполнения тестовых задач уменьшается примерно на 24%.

В-третьих, было показано, что время выполнения тестовых задач во всех трех рендерах никак не зависит от частоты памяти DDR4 (в четырехканальном режиме и в диапазоне от 1600 до 2400 МГц).

Представьте себе мир, в котором вы можете сфотографировать все, что угодно, где вы можете выбрать любую студию и освещение, мир, где нет ничего невозможного. Добро пожаловать в мир трехмерной компьютерной графики! Подобно скульптору мастер трехмерной графики может создать что угодно, от стилизованных или абстрактных объектов и образов до фотореалистичных сцен со сложным освещением и текстурой. За последние годы развитие CGI (computer generated imagery, компьютерной графики) в кино, телевидении, графике и видеоиграх доказало, что нет ничего невозможного, и единственное ограничение — это наше воображение.

Чтобы научиться пользоваться приложением для создания трехмерных изображений, требуется немало усилий, что часто пугает новичков. Конечно, довольно просто открыть 3D приложение, создать несколько примитивных форм, применить шаблонную текстуру и стандартное освещение и нажать кнопку «рендеринг». Но это не совсем то, к чему мы стремимся, не так ли?

Создание трехмерного изображения — это длительный процесс, включающий моделирование, текстурирование, разработку освещения, многократное тестирование и, наконец, рендеринг. Любой из этих этапов может занять часы и даже дни, поэтому для создания качественных изображений необходимо точно знать, что делать.

Трехмерные изображения чаще всего распространяют в растровом формате jpeg, поэтому к ним часто применяют те же стандарты, что и к фотографиям. Но так как процесс создания фотографий и трехмерных изображений отличается, к последним также применяют некоторые особые требования.

Мы бы хотели рассмотреть наиболее часто встречающиеся недостатки трехмерных изображений, а также их причины и способы устранения. Мы надеемся, что эта статья поможет вам преодолеть основные трудности, особенно если вы новичок в создании трехмерных изображений.

Мы рассмотрим следующие темы:

Моделирование

Текстурирование

Освещение

Рендеринг

Качество

Моделирование

Моделирование — это создание фундамента, физической структуры объектов в вашей композиции. Метод моделирования зависит от приложения, которым вы пользуетесь. Наиболее распространенные методы — это моделирование с помощью полигональных сеток (polygon mesh modelling), сплайнов (spline modelling), неоднородных рациональных B-сплайнов (NURBS modelling) и лоскутное моделирование (patch modelling).

В первую очередь необходимо решить, насколько детальным должно быть изображение. Трехмерное моделирование — это постоянное балансирование между детализацией, достаточной для того, чтобы изображение выглядело реалистично, и простотой, чтобы сократить время визуализации. Правило простое и достаточно жесткое: чем больше деталей в модели, тем больше времени займет рендеринг.

Скорее всего, вы уже решили, хотите ли вы создать реалистичное или стилизованное изображение. Однако создание стилизованного изображения требует ничуть не меньше усилий, чем создание реалистичного. Если предмет маленький или находится на заднем плане, вероятно, высокой детализации не потребуется. Но что, если предмет занимает большую часть изображения размером 6000 на 4000 пикселей? Всегда продумывайте размер конечного изображения. Задумайтесь, будете ли вы использовать изображение многократно? Возможно, высокий уровень детализации не требуется сейчас, но может пригодиться в будущем.

Сколько раз при увеличении изображения после рендеринга вы с сожалением обнаруживали, что вместо плавных линий контуры предмета состоят из некрасивых углов? Это так называемые видимые полигоны. Полигоны — это многогранники, из которых состоит модель. Иногда ограненные поверхности приходятся кстати (представьте себе бриллиант или хрустальную вазу), но в большинстве случаев видимые полигоны неприемлемы при создании изображений высокого разрешения, которые впоследствии будут использовать дизайнеры. В зависимости от того, какой программой вы пользуетесь, существуют несколько методов устранения этого недостатка. Например, увеличить количество полигонов или применить сглаживающие модификаторы.

Если вы стремитесь к реализму, хорошенько присмотритесь к окружающему миру. У многих ли предметов идеально гладкая поверхность или очень острые края? В реальной жизни это редко встречается. Но в мире 3D по умолчанию используется идеально гладкое и острое как бритва. Реальный мир несовершенен, и часть 3D реализма — это умение имитировать или создавать впечатление несовершенства и разнообразия. Для этого можно использовать закругление (filleting), сглаживание острых ребер (chamfering), или добавление едва заметных неровностей на поверхность модели.

Еще одна часто встречающаяся проблема — это столкновение объектов, когда объект с твердой поверхностью врезается в другой объект. Два объекта с твердой поверхностью не должны пересекаться, занимая пространство друг друга (за исключением тех случаев, когда это делается осознанно, для того, чтобы создать образ: например, нож в бруске дерева). К сожалению, зачастую эти неприятные ошибки обнаруживаются после многочасового рендеринга. Возьмите в привычку внимательно рассматривать изображение и при необходимости менять расположение объектов до того как начать длительный процесс визуализации. Надеемся, эта привычка спасет ваш монитор от удара кулаком.

Наложение текстур

Текстурирование — это методы, с помощью которых мы придаем поверхности объектов надлежащий внешний вид. В мире 3D графики мы можем придать нашему объекту (например, кружке) глянцевую, гладкую, шершавую, металлическую, стеклянную или любую другую поверхность. Мы можем контролировать, как свет падает на объект, как он рассеивается, как объект отражает или преломляет окружающие предметы. Во многих 3D программах есть стандартные текстуры, предназначенные для новичков. Они, как правило, легко узнаваемы, и конечное изображение получается пресным. Стандартные текстуры разработаны для того, чтобы служить базой для дальнейшей разработки, поэтому в большинстве 3D приложений есть опции, которые позволяют изменить внешний вид и физические свойства текстуры. Не бойтесь потратить время на разработку текстуры, которая подходит вашему объекту и композиции в целом.

После создания подходящей для нашего объекта текстуры необходимо применить ее, и здесь начинаются трудности. У нас есть текстура для нашей кружки, и нам необходимо объяснить программе, как эту текстуру применить к объекту. Подгонка текстуры — довольно распространенная проблема. Разработанная нами текстура плоская, но ее необходимо применить к цилиндрической кружке. Именно на этом этапе необходимо использовать маппинг (mapping, от англ. «map» — карта). Существуют различные методы и техники маппинга, выбор которых зависит от приложения, которое вы используете. Но основная идея в том, что вам необходимо «объяснить» кружке, что она цилиндрической формы, чтобы текстурная карта смогла правильно распознать форму объекта. Вероятно, вам придется поэкспериментировать с масштабом и расположением карты, прежде чем изображение приобретет должный вид. В большинстве случаев маппинг не менее важен чем сама текстура.

Чтобы добиться большего реализма, в текстурировании иногда используют растровые изображения. В связи с растровыми текстурами возникают две основных проблемы.

Во-первых, качество. Растровое изображение должно быть достаточно большим, чтобы соответствовать конечному результату. Не стоит использовать в качестве текстуры изображение с расширением 200 на 200 пикселей, если объект будет визуализирован размером 5000 на 5000 пикселей. В итоге у вас получится размытое, неряшливое изображение.

Текстура должна быть, по меньшей мере, такого же размера, как и финальное изображение, а лучше даже больше, ведь, скорее всего, вам придется обернуть ее вокруг объекта. При этом использование больших растровых изображений в качестве текстуры может привести к увеличению времени визуализации. Использование фотомозаики и тщательное сглаживание карт текстуры поможет решить проблему разрешения, но убедитесь в том, что стыки между частями мозаики не видны. Также убедитесь в том, что на текстуре не осталось артефактов сжатия и других технических дефектов, потому что они, как правило, более заметны в конечном визуализированном изображении.

Вторая проблема, которая возникает при использовании растровых изображений в качестве текстуры,- это авторские права. Если вы продаете свое изображение в какой-либо фотобанк, авторские права на это изображение, включая текстуру, передаются этому банку. Просто «найти» изображение в Интернете и использовать его в качестве текстуры неэтично. Следует уважать чужие права на изображение так же, как мы беспокоимся об использовании наших снимков. Убедитесь в том, что права на текстуру, которую вы используете, принадлежат вам. Лучший способ — это, конечно же, самостоятельно создать текстуру либо использовать собственную фотографию. Если вы используете изображение, которое принадлежит кому-то другому, обязательно приобретите права на использование данного изображения в своей работе.

Текстура значительно влияет на качество изображения, поэтому в долгосрочной перспективе затрата сил и времени на создание коллекции авторских текстур того стоит. В итоге у вас появится библиотека текстурных карт, которую вы сможете использовать для различных проектов.

Освещение

Как и в фотографии, в трехмерной графике освещение играет очень важную роль, создает настроение и делает композицию более творческой. Существует так много способов и техник освещения, что в них легко запутаться. Стандартное освещение, которое предлагает большинство программ, редко может создать достаточно качественное изображение, оно подобно печально известной встроенной вспышке в фотографии. Поэтому настройка и создание уникального освещения должно стать частью вашей схемы работы. Некоторые более продвинутые 3D программы позволяют контролировать экспозицию, рассеивать и отражать свет, а также создавать общий световой фон исходя из окружающих предметов. Используйте эти функции, чтобы сделать изображение более реалистичным и сложным.

Упрощенное освещение, как правило, снижает качество снимка. Разнообразные многочисленные источники света придают изображению изысканность и более естественный вид. Это в равной степени справедливо как для реалистичных, так и для стилизованных изображений. Однако так же как и в фотографии в трехмерном моделировании существуют технические аспекты, такие как экспозиция, контраст, баланс белого. Внимательная обработка и настройка типа, позиции, направления, интенсивности и тона освещения крайне важно для создания сбалансированного изображения. Лично для меня одна из наиболее трудоемких задач при тестовом рендеринге — это настройка освещения.

Основное преимущество трехмерного моделирования перед фотографией заключается в том, что здесь можно создать абсолютно любое освещение. Вы хотите воспользоваться студией размером со стадион, с 30-метровыми рассеивателями света, приподнятыми на 100 метров над землей — нет проблем. Вы хотите мягкий свет, который не отбрасывает теней — он в вашем распоряжении. Мы можем как угодно играть со светом, и эту возможность надо использовать творчески.

Свет отбрасывает тени и, как правило, именно качество этих теней отвечает за качество освещения в целом. Зачастую тени могут стать частью композиции, поэтому не стоит пренебрегать ими и относиться к ним как к случайности. Многие стандартные схемы освещения в 3D редакторах создают безжизненные, бесформенные тени. К счастью, у большинства из них также есть настройки, которые позволяют определить тип и густоту тени.

Присмотритесь к освещению на вашем изображении. Какие тени лучше использовать: легкие, густые, мягкие, резкие? Подходят ли они для данной композиции? «Зубчатые» края теней, как правило, вызваны низким разрешением карты теней. Решить эту проблему можно с помощью увеличения дискретизации карты теней. Чрезмерно жесткие или мало заметные тени часто вызваны неправильными настройками освещения или плохо отмасштабированной трассировкой лучей. Настройка области трассировки отвечает за глубину тени.

Рендеринг

Последняя стадия работы, долгожданный результат. В сущности, мы делаем фотографию нашей комозиции. На этой стадии моделирование, текстурирование и освещение сливаютяся в единое целое.

Рендеринг может занять достаточно много времени. В зависимости от мощности вашего компьютера, а также сложности модели, освещения и текстуры, процесс визуализации может занять от нескольких минут до нескольких дней. Сколько раз у 3D-художников давала сбой система или случался перебой подачи энергии, когда изображение уже на 90% визуализировано! Чтобы избежать подобных неприятностей, проведите несколько пробных рендеров и убедитесь, что все в порядке перед тем, как начать финальный рендеринг. Пробные рендеры — это неотъемлемая часть работы, которая поможет избежать эстетических и технических ошибок.

Многие 3D программы предлагают огромный выбор опций рендеринга, который может обескуражить. Однако некоторые настройки просто необходимо проверить перед тем, как начать финальный процесс.

Во-первых, частота дискретизации (sampling rate). Эту опцию также называют anti-aliasing; для получения качественного изображения ее необходимо отрегулировать. Дискретизация определяет правильное значение пикселя. Если этот параметр слишком мал, на изображении появятся «зазубренные» контуры вместо плавных границ, а цвета пикселей не будут сочетаться между собой.

Пастеризация (banding) часто встречается в трехмерных изображениях. Это извечная проблема, и разрешить ее довольно сложно. Пастеризация чаще всего появляется в тех участках, где цвета плавно перетекают друг в друга. Голубое небо — хороший пример. Вместо равномерного цвета на изображении появятся полоски, значительно отличающиеся по тону или цвету. Большинство 3D редакторов при определенных условиях создают изображение с пастеризацией, и эта проблема в равной степени актуальна для создания как статичных изображений, так и видео.

Бороться с этой проблемой можно несколькими способами:

Увеличение частоты дискретизации смягчит эффект

Настройка рендера на 16бит вместо 8бит увеличит количество информации, доступной каждому пикселю и позволит создать более плавный переход цвета.

Если это не помогает, вы можете добавить легкий эффект шума в изображение. Это можно сделать добавив шум в карту текстуризации или, в крайнем случае, добавить шум после рендеринга. Будьте осторожны при использовании шума. Помните, что основная цель — скрыть полоски, постарайтесь не испортить изображение.

Еще одна проблема, которая часто встречается в 3D, — это артефакты. Трехмерные изображения так же подвержены артефактам, как и фотография. Артефакты могут появиться по многим причинам: компрессия, чрезмерная постобработка, плохая текстурная карта; в любом случае, это неприемлемый дефект. Как мы уже упоминали ранее, для начала убедитесь в должном качестве растровых изображений, использованных для текстурирования. Не перестарайтесь с обработкой изображения. Чрезмерное использование фильтров, увеличение контраста и другие радикальные исправления могут сказаться на качестве изображения. Сохранять 3D изображения мы рекомендуем в формате «без потерь» (lossless) как, например, TIFF. Переводите изображение в JPEG только в самом конце.

Качество

Наконец, мы бы хотели обратить внимание на качество изображения. В фотобанки поступают фотографии и 3D изображения разнообразного качества. До настоящего момента проблема качества изображения была мало затронута, поэтому необходимо определить некоторые стандарты качества, которые позволят вам загружать ваши работы в различные фотобанки. Большинство, если не все, авторы трехмерных изображений получали отказ с пометкой «не подходит по уровню» (subpar rejection). Поэтому давайте разберемся, что означает этот термин в 3D.

3D изображения с явным использованием шаблонных настроек получат отказ.

Шаблонное освещение и текстурирование.

Большинство фотобанков требует творческого использования моделирования, текстурирования, освещения и композиции. Изображение должно быть изысканным, четко передавать вашу идею.

Это не означает, что изображение обязательно должно быть реалистичным. Многие 3D художники создают великолепные стилизованные концепты, которые фотобанки оценивают очень высоко. Однако простота и примитивность — разные вещи. Простое изображение часто красиво, в то время как примитивное — просто примитивно. Присмотритесь к моделированию, композиции, текстурированию, освещению, использованию теней в работах лучших 3D художников, и вы поймете, насколько широки ваши возможности.

Итак, какие работы не примут в фотобанки, а какие будут приняты?

Примитивные объекты и шаблоны

Простые формы (кубы, сферы, конусы и т. д.) со стандартным текстурированием и банальным освещением в фотобанк не примут. Такие изображения можно создать за пару минут. Более того, их можно создать во многих 2D редакторах.

В данном примере моделирование примитивно и скудно. Такое изображение любой дизайнер может создать самостоятельно за пару минут.

А вот пример изображения, на которое автор потратил немало сил. Сложное, трудоемкое моделирование, освещение и текстурирование сливаются в невероятный образ. Конечно, изображению не обязательно быть настолько сложным, чтобы его приняли в фотобанк, но теперь вы имеете представление о возможностях 3D редактора.

Простой текст

Простые объемные надписи, где текст является основным объектом также не подходят. Например, тексты «скидка 10%», «распродажа», «2010», «Счастливого Рождества» на простом фоне. Помимо того, что подобные надписи можно создать за считанные минуты, на шрифт, скорее всего, оформлены авторские права. Если шрифт узнаваем, изображение будет забраковано. Простой текст, инкорпорированный в авторскую сцену, проблемы не представляет. В общем, если вы хотите использовать текст, необходимо разработать достаточно сильную концепцию и контекст.

Это пример простого трехмерного текста со стандартным освещением. Подобные изображения фотобанк не примет.

А эти два изображения иллюстрируют грамотное использование моделирования, освещения и текстурирования для визуализации четкой концепции.

Упрощенные объекты

Популяция большеголовых человечков растет с невероятной скоростью. Если вы хотите создавать подобные фигурки, моделирование, освещение, текстурирование и концепция изображения должны быть на голову выше остальных. Хорошо продумайте фигуру, пропорции, подберите подходящую текстуру и, главное, убедитесь в том, что изображение выражает какую-то концепцию. В данный момент на рынке не хватает сложных фигурок человечков. Не столько реалистичных, сколько сложных стилизованных мультяшных человечков, с высокой детализацией и, в конце концов, лицами. Вдохните жизнь в ваших маленьких людей!

Моделирование, текстура и освещение в данной работе неприемлемы. К сожалению, неудачные пропорции и отсутствие выразительности не позволят продать это изображение в фотобанк.

Пример более удачной визуализации главного героя: четкий стиль, хорошее моделирование и выразительность.

А вот пример удачного использования большеголового человечка: здесь фигурка помещена в контекст, что придает изображению четкую концепцию.

Смешение стилей

Если вы работаете над стилизованным изображением, придерживайтесь единого стиля. Случайное смешение разнообразных стилей неприемлемо. Если вы намерено смешиваете стили, делайте это со вкусом.

Неубедительный реализм

Создавая реализм, делайте это убедительно. Там, где объект или сцена должна выглядеть реалистично, нет места неубедительному моделированию, текстурированию или освещению.

Примечание

3D редакторы — сложные программы. Техники, процессы, термины и схемы работы значительно разнятся от программы к программе. В данной статье мы постарались оперировать общими понятиями, применимыми практически к любому редактору. Помните, что терминология в редакторе, которым вы пользуетесь, может отличаться.

Статья написана по материалам фотобанка , 3d изображения созданы автором