Representación de gráficos por computadora: Explorando el realismo visual: conocimientos sobre gráficos por computadora

Por Fouad Sabry

Qué es el renderizado de gráficos por computadora

El renderizado o síntesis de imágenes es el proceso de generar una imagen fotorrealista o no fotorrealista a partir de un modelo 2D o 3D mediante un programa de computadora. . La imagen resultante se conoce como renderizado. Se pueden definir varios modelos en un archivo de escena que contenga objetos en un lenguaje o estructura de datos estrictamente definidos. El archivo de escena contiene información de geometría, punto de vista, texturas, iluminación y sombreado que describe la escena virtual. Los datos contenidos en el archivo de escena luego se pasan a un programa de renderizado para ser procesados y generados como una imagen digital o un archivo de imagen de gráficos rasterizados. El término "renderizado" es análogo al concepto de impresión artística de una escena. El término "renderizado" también se utiliza para describir el proceso de cálculo de efectos en un programa de edición de vídeo para producir el resultado final del vídeo.

Cómo se beneficiará

(I) Insights y validaciones sobre los siguientes temas:

Capítulo 1: Renderizado (gráficos por computadora)

Capítulo 2: Iluminación global

Capítulo 3 : Ray tracing (gráficos)

Capítulo 4: Representación de líneas de exploración

Capítulo 5: Rasterización

Capítulo 6: Ray casting

Capítulo 7 : Representación de volumen

Capítulo 8: Representación no fotorrealista

Capítulo 9: Gráficos por computadora en tiempo real

Capítulo 10: Gráficos por computadora

(II) Responder a las principales preguntas del público sobre la renderización de gráficos por computadora.

(III) Ejemplos del mundo real para el uso de la renderización de gráficos por computadora en muchos campos.

¿Quién? El libro es para

Profesionales, estudiantes de pregrado y posgrado, entusiastas, aficionados y aquellos que quieran ir más allá del conocimiento o la información básica para cualquier tipo de renderizado de gráficos por computadora.

 

• Idioma: Español
• Editorial: Mil Millones De Conocimientos [Spanish]
• Fecha de lanzamiento: 14 may 2024

Vista previa del libro

Capítulo 1: Renderizado (infografía)

Mediante el uso de un software informático, el renderizado o síntesis de imágenes es el proceso de generar una imagen fotorrealista o no fotorrealista a partir de un modelo 2D o 3D. La imagen renderizada se conoce como renderizado. Un archivo de escena que contiene objetos en un lenguaje o estructura de datos especificados con precisión puede definir muchos modelos. El archivo de escena contiene información sobre la geometría, el punto de vista, la textura, la iluminación y el sombreado de la escena. A continuación, los datos del archivo de escena se envían a un programa de renderizado para su procesamiento y salida como una imagen digital o un archivo de imagen de gráficos rasterizados. El término renderizado corresponde a la interpretación que hace un artista de una escena. El renderizado también se refiere al proceso de calcular efectos en una herramienta de edición de video para producir el resultado final de video.

El renderizado es uno de los subtemas más importantes de los gráficos por computadora en 3D, y siempre está interconectado con los demás en la práctica. Es el último paso significativo en la canalización de gráficos, y le da a los modelos y la animación su apariencia final. Desde la década de 1970, a medida que la sofisticación de los gráficos por computadora ha aumentado, el tema se ha vuelto más distinto.

El renderizado tiene aplicaciones en arquitectura, videojuegos, simuladores, efectos visuales de cine y televisión, y visualización de diseños, cada uno de los cuales emplea una combinación única de características y enfoques. Hay numerosos renderizadores disponibles para su uso. Algunos están integrados en paquetes de software de modelado y animación más grandes, mientras que otros son proyectos gratuitos de código abierto. Un renderizador es un programa intrincadamente diseñado basado en varios campos, como la física de la luz, la percepción visual, las matemáticas y la ingeniería de software.

Aunque los detalles técnicos de las tecnologías de renderizado varían, la canalización de gráficos de un dispositivo de renderizado, como una GPU, maneja los problemas generales de la creación de una imagen 2D en una pantalla a partir de una representación 3D contenida en un archivo de escena. Una GPU es un dispositivo diseñado específicamente para ayudar a una CPU a completar cálculos de renderizado sofisticados. El software de renderizado debe resolver la ecuación de renderizado para que una escena parezca relativamente realista y predecible bajo iluminación virtual. La ecuación de renderizado no tiene en cuenta todos los fenómenos de iluminación, sino que sirve como un modelo básico de iluminación para imágenes generadas por ordenador.

Las escenas en gráficos 3D se pueden renderizar por adelantado o generar en tiempo real. El renderizado previo es una técnica lenta y costosa desde el punto de vista computacional que se utiliza a menudo para la creación de películas, en las que las escenas se pueden preparar de antemano, mientras que el renderizado en tiempo real se utiliza normalmente para videojuegos 3D y otras aplicaciones que deben generar escenas en tiempo real. La aceleración del hardware 3D puede mejorar el rendimiento de renderizado en tiempo real.

Cuando se completa la imagen previa (a menudo un boceto de estructura alámbrica), el renderizado se utiliza para agregar texturas de mapa de bits o de procedimiento, luces, mapeo de relieve y la ubicación relativa de los objetos. El producto final es una imagen terminada que el consumidor o público objetivo observa.

Se deben producir varias imágenes (fotogramas) y unirlas en una herramienta de creación de animaciones para crear una animación de película. La mayoría de las aplicaciones de edición de imágenes 3D pueden hacerlo.

Una imagen renderizada puede ser comprendida en función de sus características visuales. La investigación y el progreso en renderizado se han inspirado en gran medida en la búsqueda de técnicas de simulación eficientes. Algunos están directamente relacionados con algoritmos y métodos particulares, mientras que otros se generan de forma colaborativa.

El sombreado es la forma en que cambian el tono y la luminancia de una superficie en función de la iluminación.

Mapeo de texturas: una técnica para impartir detalles de la superficie

El mapeo de relieve es una técnica para replicar la rugosidad de la superficie a pequeña escala.

Medio de nebulización/participación: atenuación de la luz a medida que pasa a través de una atmósfera o aire opaco.

Las sombras son el resultado del bloqueo de la luz.

Oscuridad variable resultante de fuentes de luz parcialmente ocluidas.

Reflexión: reflexión altamente reflectante o similar a un espejo

Transmisión nítida de la luz a través de objetos opacos.

Translucidez: transmisión de luz muy dispersa a través de objetos opacos

La refracción es el fenómeno de flexión de la luz asociado con la transparencia.

La difracción es la curvatura, propagación e interferencia de la luz que perturba los rayos que viaja a través de un objeto o abertura.

La iluminación indirecta se refiere a las superficies que se iluminan con luz reflejada por otras superficies en lugar de una fuente de luz directa (también conocida como iluminación global)

La cáustica (un tipo de iluminación indirecta) es el reflejo de la luz en un objeto brillante o el enfoque de la luz a través de un objeto transparente para crear reflejos deslumbrantes en otro objeto.

Profundidad de campo: cuando los objetos están demasiado lejos delante o detrás del objeto enfocado, aparecen borrosos o desenfocados.

Los objetos aparecen borrosos debido al movimiento a alta velocidad o al movimiento de la cámara.

Representación no fotorrealista: escenarios renderizados de forma artística para parecerse a una pintura o dibujo.

Se han estudiado numerosos métodos de renderizado, y el software de renderizado puede utilizar una variedad de formas para producir una imagen final.

Trazar todas y cada una de las motas de luz en una escena es casi siempre poco práctico y requeriría una enorme cantidad de esfuerzo. Incluso trazar una pieza lo suficientemente grande como para hacer una imagen requiere un tiempo excesivo si el muestreo no se limita cuidadosamente.

En consecuencia, han evolucionado varias familias informales de algoritmos de modelado de transporte de luz más efectivos:

La rasterización, que incluye el renderizado de la línea de escaneo, proyecta los objetos de la escena en un plano de imagen físicamente, sin efectos ópticos avanzados; La proyección de rayos analiza la escena tal como se percibe desde un punto de vista particular, calculando la imagen observada utilizando simplemente la geometría y las ecuaciones ópticas más fundamentales de intensidad de reflexión, y tal vez empleando enfoques de Monte Carlo para disminuir los artefactos; El trazado de rayos es comparable a la proyección de rayos, pero incorpora una simulación óptica más compleja y, por lo general, utiliza técnicas de Monte Carlo para obtener resultados más realistas a velocidades que suelen ser órdenes de magnitud más rápidas.

El trazado de rutas es similar al trazado de rayos en el sentido de que se centra en proporcionar efectos de iluminación realistas y es capaz de realizar un renderizado imparcial, pero requiere muchos más recursos.

La radiosidad, el cuarto tipo de enfoque de transporte de luz, no suele implementarse como técnica de representación; más bien, calcula el flujo de luz a medida que sale de la fuente de luz y enciende las superficies. Normalmente, estas