`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

Как изменилось финансирование ИТ-направления в вашей организации?

Best CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Проводники в мир цифрового реализма

0 
 

Одним из главных этапов создания любого графического 3D-проекта, безусловно, является финальная визуализация. Именно при рендеринге коктейль из тысяч полигонов, дюжины источников освещения и нескольких квадратных метров текстур постепенно трансформируется в удивительно реалистичный цифровой мир, завораживающий нас с экранов кинотеатров, телевизоров, мониторов.
Сегодня трудно назвать точное количество программных решений, предназначенных для финальной визуализации разнообразных трехмерных композиций. Десятки software-лабораторий и сотни энтузиастов-одиночек периодически представляют на суд компьютерных художников не только законченные решения в этой области, но и отдельные алгоритмы, требующие последующей интеграции в конечные продукты. Ценовой диапазон встраиваемых визуализаторов также различен -- от абсолютной бесплатности до сумм с тремя нулями. Помимо этого, каждый анимационный пакет обладает собственным механизмом рендеринга, выдающим на-гора вполне пристойные результаты.

Проводники в мир цифрового реализма
Последний анимационный шедевр студии Pixar -- Monsters, Inc. -- ярко демонстрирует возможности технологии RenderМan
Заказчиками rendering-решений класса Hi-End традиционно являются крупнейшие FX-мастерские, работающие на гигантов киноиндустрии. Многомилионные бюджеты современных блокбастеров требуют от специалистов по компьютерной графике практически невозможного, однако с выходом очередного голливудского шедевра мы не устаем удивляться мастерству и упорству цифровых волшебников -- настолько зрелищными получаются создаваемые ими сюжеты. Matrix, Lord of the Rings, Ice Age... Каждый из наших читателей без труда продолжит этот перечень, а наиболее подкованные поклонники визуальных технологий с легкостью заполнят названиями кинолент с элементами FX не одну журнальную полосу.

В большинстве своем окончательный просчет "синтетических" фрагментов для проектов столь высокого уровня ведется с помощью стандарта RenderMan Interface. Это его почерк отчетливо прослеживается (а иногда и почти незаметен -- ведь точное воспроизведение окружающей нас действительности также удел цифровых технологий) во многих мировых кино- и мультипликационных хитах. Гибкая архитектура RI-совместимых рендереров (PRMan, BMRT, AQSIS и др.) позволяет настраивать входящие в них инструменты практически под любые задачи, а при необходимости и расширять список возможностей собственными уникальными решениями. Так, в FX-домах ILM, PDI, DreamWorks или Weta Digital визуализационное программное обеспечение на основе RI относится к категории in-house (разработки штатных программистов только для внутреннего использования), и, как говорится, результат -- налицо. Анимационный фильм Final Fantasy (Square, 2001) до сих пор остается непревзойденным в части воссозданного реализма героев и окружающей их среды. От первого и до последнего кадра он был просчитан на системе рендеринга Kilauea. Первая серия кинотрилогии "Властелин Колец" (Weta Digital, 2001) некоторыми умопомрачительными сценами обязана RenderMan-совместимому движку Liquid. Тот же Pixar просчитывает свои масштабные анимационные бестселлеры в сильно усовершенствованной версии собственного рендерера PRMan. А вот в руки 3D-творцов "со стороны" PRMan попадает уже в несколько урезанном виде.

Проводники в мир цифрового реализма
Современным системам рендеринга "по зубам" проекты любой сложности
RenderMan Interface берет свое начало в далеких 80-х. Родился он в 1982 г. в стенах LucasFilm и тогда же прошел боевое крещение при подготовке некоторых эпизодов для второй части киноэпопеи Star Trek. Двумя годами позже на весомую долю LF положил глаз "неожиданно" разбогатевший Стивен Джобс, и ее отсеченный сегмент был преобразован в компанию Pixar. С тех пор дальнейшее существование RenderМan тесно связано с именем этой production-студии.

Сам по себе RI -- всего лишь программный мост между приложениями, генерирующими геометрическую, текстурную, анимационную информацию и впоследствии ее просчитывающими. На его основе построено множество законченных механизмов рендеринга. Среди них одно из ведущих мест занимает вскользь упомянутый выше PhotoRealistic RenderMan (PRMan). Некоторое время назад с мировой rendering-арены сошли два его серьезных конкурента. Вернее сказать, продукты остались, однако их дальнейшая разработка была заморожена на неопределенный срок. Речь идет о системах Blue Moon Rendering Tools (BMRT) и Entropy от Exluna -- компании небезызвестного в графических кругах Ларри Гритца. Freeware-пакет инструментов BMRT и по сей день состоит на вооружении многих голливудских Production House. Так, его услугами активно пользовались при производстве цифрового мультфильма Bugs Life, изобилующей спецэффектами комедийной картины Stuart Little и других не менее известных кинолент. В отличие от того же P RMan Blue Moon содержал в своем арсенале мощные, хотя и относительно медленные, инструменты трассировки лучей, предоставляющие возможность получения реалистичных отражений и преломлений виртуальных потоков света. Неудивительно, что продукт был костью в горле для Pixar, продвигающей собственный визуализатор стоимостью в $5000. Давал о себе знать и Entropy -- усовершенствованный коммерческий вариант BMRT стоимостью в $2250.

Проводники в мир цифрового реализма
Для просчета анимационного фильма Final Fantasy был разработан специальный визуализатор Kilauea
Большинство наблюдателей только в этом видят причину начала компанией Джобса судебной тяжбы со своими бывшими работниками, организовавшими Exluna. На страницах искового заявления были традиционные для высокотехнологичной Америки обвинения в незаконном использовании ранее запатентованных технологий. Нетрудно догадаться, чем могло закончиться для Ларри Гритца и Ко это мероприятие, если бы их предприятие не выкупил на корню графический гигант NVidia. Скандал удалось замять, и теперь команда знаменитого rendering-гуру трудится над новым высокоуровневым языком Cg (C for graphics), призванным облегчить написание шейдеров, участвующих в процессе генерации realtime-спецэффектов на видеокартах архитектуры NVidia. Благо опыта хоть отбавляй, так как доминирующим компонентом технологической начинки RenderMan-визуализаторов является Shading Language -- С-подобный язык программирования, предназначенный для описания характерных особенностей освещения того или иного материала сцены. Именно такие программы и называют шейдерами. Без полноценного знания SL стандарт RenderMan остается всего лишь еще одним модным словом из мира компьютерной графики.

Выход в свет одиннадцатой редакции RI намечен на конец этого года. Одной из его заслуживающих пристального внимания особенностей станет технология Deep Shadow, прошедшая тщательную обкатку на производственной площадке компьютерного мультфильма Monsters, Inc. Главный конек DS -- это генерация реалистичных теневых эффектов на объектах ничтожно маленьких размеров (волосы, листва и т. д.). Думаю, не секрет, что именно мелкие детали порой сводят на нет многодневную кропотливую работу по достижению пресловутого реализма картинки. Обзаведется RenderMan и собственными функциями глобального освещения сцен (Global Illumination), подкрепленными технологиями трассировки лучей (Raytracing) и фотонного текстурирования (Photon Mapping). Заявленные новшества найдут тесную интеграцию с архитектурой рендеринга REYES, которая в ранних версиях RI отвечала за получение качественных карт отражений и преломлений.

Проводники в мир цифрового реализма
Рендеринг первого украинского компьютерного мультфильма "Жизнь Замечательных Людей" (производство "Студии 1+1" и "Бабич-Дизайн") ведется в системе VRay
Следует отметить, что для небольших компаний, зарабатывающих на хлеб созданием Visual FX, применение этих rendering-решений представляется весьма затруднительным: пользуясь заслуженной славой сверхсложных в освоении продуктов, большинство RI-механизмов приходятся "по зубам" далеко не каждому 3D-художнику. Выделять же специально под эти цели должность программиста шейдеров -- вряд ли оправдывающая себя затея. Да и найти в нашей стране действительно классного специалиста, знающего RenderMan, задача непростая.

Для таких коллективов, а также для многочисленной армии рядовых "цифровых творцов" есть более легкие в освоении и использовании альтернативы. К примеру, 3ds max -- самый распространенный в мире анимационный пакет, на территории постсоветского пространства гордо носящий звание "народного трехмерного редактора". Что и говорить, до последнего времени собственный модуль визуализации (Scanline renderer) детища компании Discreet оставлял желать лучшего. Оправдывая многочисленные обещания разработчиков, свежевышедшая пятая версия некоторым образом изменила ситуацию -- появилась удачная интерпретация алгоритмов Global Illumination, модернизировалась техника трассировки лучей. Но несмотря на это чаша пользовательских предпочтений профессиональных 3D-художников, выбравших в качестве headline-инструмента 3DS, по-прежнему склоняется в сторону независимых продуктов. На переднем крае острых конкурентных баталий в настоящее время столкнулись сразу три достойных противника: SplutterFish Brazil, Cebas finalRender и Chaos Group VRay.

Проводники в мир цифрового реализма
Плоды применения технологии повышенного диапазона яркости HDRI -- налицо
Функциональное наполнение каждой из перечисленных систем находится приблизительно на одном уровне, отличия лишь в несколько разных подходах к решению стандартного набора задач и во времени их выполнения. Состав альтернативного поставляемому с 3ds max rendering-коктейлю можно рассмотреть на примере подключаемого модуля от компании Chaos Group. К ингредиентам, составляющим его основу, относятся: глобальное освещение, в свою очередь "замешанное" на быстрой трассировке лучей и картах освещенности (Irradiance Maps); замечательная реализация технологии HDRI (High Dynamic Range Imagery), позволяющая идеально совместить "вылепленных" виртуальных героев с оцифрованным видеоматериалом с помощью карт окружения; 3D Motion Blur -- действительно трехмерное размытие движений, дающее огромную фору встроенным в 3ds max опциям подобного плана. Ко всему прочему оригинальный алгоритм Subsurface Light Scattering удачно воссоздает мягкое и естественное подповерхностное рассеивание света в определенном сегменте модели. К числу хрестоматийных примеров этого эффекта можно причислить свечение плавящихся от яркого пламени горящего фитиля полупрозрачных восковых стенок свечи. Просчет отражений, преломлений (каустиков), теней и других эффектов, первопричина которых -- искусственные источники освещения, проходит очень резво. По оценкам многих специалистов в этом ему нет равных. Аналогичные мнения можно услышать в адрес VRay и по поводу просчета сложных анимационных проектов. Здесь он явно на голову выше своих ближайших конкурентов благодаря хорошей скорости рендеринга и практически полному отсутствию ошибок (например, при анимации с распределением фотонов).

С недавних пор по адресу www.vrayrender.com/demo/download расположена бесплатная ознакомительная версия VRay. К сожалению, под нож попали многие присущие коммерческому релизу функции, но все же некоторое представление о возможностях продукта получить можно. В зависимости от богатства технологического арсенала VRay его полная стоимость будет варьироваться в пределах от $300 до $800, что вполне по карману большинству организаций, "делающих деньги" на компьютерной графике.

От теории к практике

Для создания 3D-материала мы применяем пакеты 3ds max и A|W Maya. Выбор прост и обоснован в первую очередь коммерческим направлением наших работ. 3ds max -- идеальное приложение, позволяющее оперативно создавать трехмерные элементы заставок, объекты для использования в полиграфии и т. п. Конечно же, к сильной стороне детища Discreet следует причислить большое количество сторонних механизмов рендеринга. После долгих исканий мы остановили свой выбор на визуализаторе Vray, и в настоящее время он стал в нашей студии инструментом по умолчанию. Что в нем нравится -- идеальная поддержка технологии HDRI, которую, я считаю, нужно использовать всегда, когда стоит вопрос о совмещении живого видео и 3D.

Далее, хочется отметить удачную реализацию технологий Radiosity и Global Illumination. Плоды их деятельности просчитываются относительно быстро и качественно. Антиалиасинг в системе VRay реализован на довольно высоком уровне, поэтому он отлично подходит для полиграфии. VRay обладает очень большой скоростью просчета. Мы долго ждали выхода Brazil r/s 1.0, поскольку его скорость была заявлена как одна из основных отличительных особенностей, однако за время ожидания технологический процесс был тщательным образом отлажен под использование Vray, и теперь перестраивать его -- весьма накладная затея. Нередки случаи, когда сцены, созданные в Maya, мы экспортируем в 3ds max и просчитываем там. Кстати, о Maya... Встроенный механизм рендеринга этого пакета позволяет выполнять многие задачи, но он довольно медленный и морально устаревший (не поддерживает HDRI и глобальное освещение). В этом случае выручают многочисленные эмуляции этих эффектов (например, скрипты GI Joe и RayDiffuse). Я не знаю, реальна ли портация решений от Chaos Group и SplutterFish под Maya, но это было бы весьма кстати. Пока что 3ds max -- оптимальный выбор при работе над проектами с критическими сроками исполнения. Новшества, заявленные в новой версии PRMan, -- весьма заманчивы. Не исключено, что мы начнем его использование. Может быть, это окончательно снимет все вопросы с рендерингом сцен, созданных в Maya.

Игорь Сировтако, руководитель production-студии Lama



Данный материал был бы неполным без упоминания еще об одном важном представителе рынка систем рендеринга. Речь идет о компании Mental Images и ее механизме фотореалистичного просчета Mental Ray, который без ложной скромности можно назвать родоначальником львиной доли используемых в профессиональном 3D техник. Досконально изученное поведение реальных световых потоков в различных средах позволило программистам MI воплотить в жизнь корректную, с физической точки зрения, модель имитации "мягких" теней, освещенности сцен GI, бликов. Особенную нехватку в Mental'е ощущают дизайнеры различных архитектурных форм, интерьеров, в чьих работах присутствует большое количество стекла, света, жидкостей и т. д.

Пользователи пакета Alias|Wavefront Maya, ожидая адаптации немецкого рендерера под свой редактор, долгое время с завистью поглядывали в сторону аниматоров, работающих в Softimage XSI или в том же 3ds max. Однако в долгожданный день "Х" радость от выхода подключаемого модуля Mental Ray for Maya 1.0 сменилась большим разочарованием. Так, если на низкую скорость просчета еще можно было закрыть глаза, то значительное ограничение на использование многих присущих Maya функций (например, беспроблемное применение собственных шейдеров) не шло ни в какие ворота. Дабы реабилитироваться перед своими клиентами, MI срочным порядком принялась готовить обновление "Разумного Луча". Уже сегодня публичную бета-версию этого продукта за номером 1.5 можно обнаружить в разделе www.aliaswavefront.com/maya/getmental. Приложение, ранее требовавшее оставить за себя в кассе дилера продукции Mental Images около $4000, теперь будет предлагаться совершенно бесплатно всем легальным пользователям Maya 4.5. А в версии 5.0 A|W планирует провести капитальный ремонт внутреннего рендерера Maya и на века объединить его с MR. Договоренность с немецкой стороной по этому поводу уже достигнута.

Делая краткие выводы, отметим, что в наше поле зрения попало лишь ограниченное число наиболее заметных игроков внушительной по размерам команды rendering-профессионалов. За рамками этой статьи осталась еще не одна интересная технология non-realtime-визуализации. Большое же количество предложений позволяет легко подобрать оптимальную по соотношению цена/качество систему в зависимости от "марки" используемого ПО и решаемых с его помощью проблем.
0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 
 
IDC
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT