Rendu
Le rendu est le processus de génération d'une image bidimensionnelle à partir de la description d'une scène tridimensionnelle, simulant la manière dont la lumière interagit avec les surfaces et atteint une caméra virtuelle.
Definition
Le rendu est le calcul d'une image pixel par pixel en déterminant, pour chaque pixel, la radiance arrivant à la caméra depuis la géométrie visible de la scène, dans des conditions d'éclairage et de matériaux données.
Scope
Ce domaine englobe les deux principales familles d'algorithmes de rendu – la rastérisation, qui projette la géométrie sur le plan de l'image, et le lancer de rayons (ray tracing), qui suit les chemins de la lumière à travers la scène – ainsi que les modèles physiques et empiriques de transport de la lumière, de réflectance de surface et d'ombrage qui déterminent l'apparence des points. Il couvre également les pipelines accélérés par le matériel et en temps réel qui rendent possibles les graphiques interactifs.
Sub-topics
Core questions
- Étant donné une scène composée de géométrie, de lumières et de matériaux, quelle couleur chaque pixel devrait-il avoir ?
- Comment la physique du transport de la lumière est-elle approximée de manière suffisamment efficace pour être calculée ?
- Quel est le compromis entre la précision physique et la vitesse de rendu ?
- Comment les effets d'éclairage globaux tels que les ombres, les réflexions et l'illumination indirecte peuvent-ils être reproduits ?
Key concepts
- Rastérisation et lancer de rayons
- L'équation de rendu
- Radiance et irradiance
- Illumination locale et globale
- Visibilité et élimination des surfaces cachées
- Ombrage et réflectance
Key theories
- L'équation de rendu
- Le transport de la lumière dans une scène est régi par une équation intégrale exprimant la radiance sortante en un point comme la somme de la radiance émise et de la radiance incidente réfléchie intégrée sur l'hémisphère, fournissant ainsi le fondement physique unificateur pour le rendu photoréaliste.
- Illumination locale versus illumination globale
- L'illumination locale ombrage chaque point de surface en utilisant uniquement les sources de lumière directes, tandis que l'illumination globale tient compte en outre de la lumière qui rebondit entre les surfaces, produisant des ombres douces, des saignements de couleur (color bleeding) et des caustiques, mais à un coût computationnel substantiellement plus élevé.
Clinical relevance
Le rendu est à la base des effets visuels et de l'animation cinématographiques, des jeux vidéo, de la visualisation architecturale et de produits, de la réalité virtuelle et augmentée, de la visualisation scientifique et médicale, ainsi que des pipelines de données synthétiques utilisés pour entraîner les systèmes de vision par ordinateur.
History
Les premiers graphiques matriciels (raster graphics) dans les années 1970 ont établi les algorithmes de surfaces cachées et d'ombrage ; le lancer de rayons récursif de Whitted en 1980 et l'équation de rendu de Kajiya en 1986 ont formalisé le transport de la lumière, et l'essor des GPU programmables à partir des années 2000 a généralisé le rendu physique et en temps réel.
Debates
- Rastérisation versus lancer de rayons pour les graphiques en temps réel
- La rastérisation a longtemps dominé le rendu interactif en raison de sa vitesse, tandis que le lancer de rayons offre des ombres, des réflexions et une illumination globale plus naturellement correctes ; l'accélération matérielle du lancer de rayons a réduit mais n'a pas comblé l'écart de performance, rendant les pipelines hybrides courants.
Key figures
- James Kajiya
- Turner Whitted
- Edwin Catmull
Related topics
Seminal works
- kajiya1986
- pharr2016
- hughes2013
Frequently asked questions
- Quelle est la différence entre la rastérisation et le lancer de rayons ?
- La rastérisation projette la géométrie de la scène sur l'image et remplit les pixels qu'elle couvre, ce qui est rapide ; le lancer de rayons, en revanche, suit les rayons de la caméra dans la scène pour déterminer ce que chaque pixel voit, ce qui capture plus naturellement les réflexions, les réfractions et les ombres, mais coûte plus cher.
- Pourquoi les rendus photoréalistes prennent-ils autant de temps ?
- La simulation de la lumière qui rebondit de nombreuses fois entre les surfaces nécessite l'évaluation d'intégrales de haute dimension, généralement en traçant des millions de chemins lumineux aléatoires et en les moyennant, de sorte que la réduction du bruit à un niveau acceptable est coûteuse en termes de calcul.