رندرینگ (گرافیک رایانه‌ای)
انیمیشن رایانه‌ای
پویانمایی رایانه‌ای هنر ساخت تصاویر پویا با استفاده از رایانه‌است که یکی از زیرمجموعه‌های گرافیک رایانه‌ای و پویانمایی است. ارائه یا رندرینگ از مراحل مهم در ساختن پویانمایی رایانه‌ای است. گاهی هدف پویانمایی خود رایانه‌است ولی گاهی هم هدف رسانه دیگری مانند فیلم است. در بسیاری از فیلم‌ها از آن به عنوان CGI (تصاویر ساخت رایانه) یاد می‌شود.
در پویانمایی‌های ۳بعدی، همهٔ فریم‌ها باید پس از اینکه مدل‌سازی پایان یافت تفسیر شوند. در پویانمایی‌های ۲بعدی برداری، فرآیند رندرینگ فریم کلیدی فرآیند تصویرسازی است، درحالی‌که فریم‌های میانی چنان‌که لازم باشند تفسیر می‌شوند. برای نمایش‌های از پیش ضبط شده، فریم‌های ارائه شده، به یک فرمت یا رسانهٔ دیگر مانند فیلم یا تصویر دیجیتال (ارقامی) منتقل می‌شوند. همچنین ممکن است فریم‌ها به صورت بی‌درنگ درحالی‌که به کاربر نهایی نمایش داده می‌شود رندر شوند. رندرینگ بی‌درنگ در موتورهای بازی و شبیه‌سازها استفادهٔ گسترده‌ای دارد.
رندرینگ سه‌بعدی
به طور کلی به فرآیند تولید تصویر از یک صحنهٔ مجازی به منظور نمایش بر روی صفحهٔ نمایشگر، رندرینگ می‌گویند که توسط نرم‌افزار رندرینگ انجام می‌شود و آخرین مرحله در تولید پویانمایی رایانه‌ای است. برخی از مباحثی که در رندرینگ تصاویر و فریم‌ها باید به آنها بپردازیم شامل:
- • سایه‌زدن
یکی از روش‌های القای سه‌بعدی بودن تصاویر است که محاسبه می‌کند با تغییر میزان نور رنگ‌ها و روشنایی سطوح چگونه باید تغییر کنند. فرض کنید می‌خواهیم به بیننده القا کنیم که شکل زیر یک مکعب مستطیل سه‌بعدی است. همان‌طور که می‌بینید این شکل که شامل سطوح یک‌رنگ است به هیچ وجه نمی‌تواند تداعی‌گر یک جسم سه بعدی باشد.
در شکل بعدی سعی می‌کنیم با پررنگ کردن لبه‌ها و متمایز کردن سطوح به این وسیله حالت سه‌بعدی را به وجود آوریم. این کار را معمولاً در طراحی اشکال سه بعدی بر روی کاغذ انجام می-دهیم. به این روش در اصطلاح علمی سایه‌زدن کارتونی یا سلولی می‌گویند.
همان‌طور که مشاهده کردید روش سایه زدن سلولی تا حدی موفق بود ولی این روش به واقعیت نزدیک نیست. روش بهتر روش سایه زدن به وسیلهٔ تفاوت رنگ‌ها و سایه هاست که در ادامه می‌بینید که بسیار به واقعیت نزدیک است.
- • نگاشت بافت
شامل اضافه کردن جزئیات به سطوح که القا کنندهٔ جنس سطوح می‌باشد. این مرحله بسیار مهم است زیرا استفادهٔ درست از بافت‌ها باعث کاهش قابل ملاحظه‌ای در تعداد اشکال ابتدایی برای نشان دادن اجزای دنیای واقعی با تقریبی مناسب، می‌شود. از آنجایی که زمان رندرینگ عموماً متناسب با تعداد چندوجهی‌هایی است که باید ترسیم شوند، بنابراین کاهش تعداد این چندوجهی‌ها به افزایش کیفیت پویانمایی از طریق درجه‌فریم بالاتر کمک می‌کند. برای مثال ترسیم یک دیوار آجری را در نظر بگیرید، ما می‌توانیم هر آجر را به عنوان یک مستطیل در نظر بگیریم و هر کدام را به طور جداگانه رسم کنیم ولی از آنجایی که ممکن است هزاران آجر در دیوار باشد، فرآیند رندرینگ ما به طور قابل‌توجهی کند خواهد شد؛ راه دیگر این است که کل دیوار را به صورت یک مستطیل بزرگ نمایش دهیم و بر روی آن مستطیل بافت آجر بزنیم که این عمل فرآیند رندرینگ را بسیار سریع خواهد کرد.
- • نگاشت برجستگی
روشی برای اضافه کردن برجستگی‌های جزئی سطوح که مربوط به القای جنس اجسام می‌شود. برای مثال فرض کنید ما می‌خواهیم یک پرتقال را مدل کنیم. در ابتدا ما یک شکل کروی با سطح صاف خواهیم داشت که تنها شباهتی که با پرتقال دارد همان شکل کروی و رنگ نارنجی آن است ولی جزئیات در پویانمایی سه بعدی بسیار اهمیت دارد.
در اشکال بالا مشاهده کردید که اضافه کردن جزئیات مربوط به برجستگی تا چه حد به واقعی جلوه دادن مدل سه بعدی کمک می‌کند.
- • محوشدگی
روشی است برای مشخص کردن بهتر مفهوم فاصله، به طوری که هرچه فاصلهٔ اجسام از دوربین بیشتر باشد به خاطر وجود رسانهٔ میانی مثل هوا و مه و دود و... اجسام محوتر به نظر می-رسند. محاسبهٔ میزان این محو شدگی با توجه به فاصله و واسط میانی از کارهایی است که در مرحلهٔ رندرینگ باید انجام شود.
- • روشن سازی غیر مستقیم
روشن سازی غیرمستقیم نام دسته‌ای از الگوریتم‌هاست که با محاسبهٔ نورهایی که به طور غیرمستقیم از منبع نور یعنی از بازتاب آن بر اجسام دیگر صحنه به یکدیگر می‌رسد، باعث می‌شود که نورهای صحنه بسیار واقعی‌تر به نظر برسند. گاهی به این روش روشن سازی عمومی هم می‌گویند. در تئوری بازتاب‌ها ، تجزیه و شکست نور و سایه‌ها و به خصوص نیم‌سایه‌ها مسایلی هستند که در روشن‌سازی عمومی محاسبه می‌شوند. تصاویری که با روشن‌سازی عمومی محاسبه می‌شوند بسیار واقعی به نظر می‌رسند. در این روش تغییر نور و روشنایی هر جسم و شیء روی محاسبهٔ نور و روشنایی اجسام مجاورش تأثیر می‌گذارد. از نکات منفی این روش باید به محاسبات حجیم و زمان‌بر و پرهزینهٔ آن اشاره کرد. رادیوسیتی از الگوریتم‌هایی است که روشن سازی عمومی را محاسبه می‌کند. دیگر مواردی که در رندرینگ به آنها می‌پردازیم:
- سایه‌ها و نیم‌سایه‌ها
- بازتاب به خصوص در اجسام درخشان و آینه‌ها
- نور در اجسام شفاف و نیمه شفاف و کدر
- عمق تصاویر
- شکست و تجزیهٔ نور
- تیرگی و محوشدگی در حرکت
