3D Rendering là gì? – Khái niệm dành cho người mới bắt đầu

Về cơ bản, 3D rendering là quá trình tạo ra những hình ảnh 2 chiều (ví dụ như cho màn hình máy tính) từ một mô hình 3D. Những hình ảnh được tạo ra dựa trên tập dữ liệu chỉ ra màu sắc, kết cấu và chất liệu của một đối tượng nhất tịnh trên hình ảnh.

Rendering xuất hiện lần đầu tiên vào năm 1960 khi William Fetter tạo ra phần mô tả của một phi công để mô phỏng không gian cần thiết trong buồng lái. Sau đó, vào năm 1963, Ivan Sutherland tạo ra Sketchpad – chương trình mô hình 3D đầu tiên, khi còn ở MIT. Với những công việc tiên phong của mình, ông được biết đến là “Cha đẻ của đồ họa máy tính”

Vào năm 1975, nhà nghiên cứu Martin Newell tạo ra “Utah Teapot”, một mô hình 3D thử nghiệm sau đó trở thành một render thử nghiệm tiêu chuẩn. Cái “teapot” này cũng được gọi là Newell Teapot, đã trở nên mang tính biểu tượng đến mức mà nó được cho là tương đương với “Hello World” trong lĩnh vực lập trình máy tính.

Về khái niệm, 3D rendering tương tự với nhiếp ảnh. Ví dụ, một chương trình rendering hướng máy tính về phía đối tượng một cách hiệu quả để lập bố cục ảnh. Như vậy, ánh sáng kĩ thuật số đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên một render chi tiết và thực tế.

Qua thời gian, một số lượng các kĩ thuật rendering khác nhau được phát triển. Tuy nhiên, mục tiêu của mọi render là nắm bắt hình ảnh dựa trên cách mà ánh sáng chiếu lên vật thể, giống như ngoài đời thật.

Một trong những cách thức rendering sớm nhất, rasterization hoạt động bằng cách xử lí mô hình như một mạng lưới đa giác. Những đa giác này có các đỉnh được nhúng các thông tin như vị trí, kết cấu và màu sắc. Những đỉnh này sau đó được chiếu lên một mặt phẳng bình thường đối với bối cảnh (ví dụ như camera).

Với những đỉnh hoạt động như các đường biên giới, các pixels còn lại được tô bằng những màu sắc phù hợp. Hình dung việc vẽ tranh bằng cách có đường viền cho mỗi màu mà bạn tô – đấy chính là rendering thông qua rasterization.

Rasterization là một dạng thức nhanh chóng của rendering. Nó vẫn được sử dụng rộng rãi ngày nay, đặc biệt là cho rendering thời gian thực (ví dụ games máy tính, mô phỏng, và tương tác GUI). Gần đây, quá trình đã được phát triển hơn nữa bằng độ phân giải cao hơn và anti-aliasing, quá trình làm mịn các cạnh của các vật thể và trộn chúng với các pixels xung quanh.

Mặc dù tiện lợi nhưng rasterization gặp vấn đề khi các vật thể chồng chéo xuất hiện. Nếu các bề mặt chồng chéo lên nhau, cái cuối cùng được vẽ sẽ bị phản chiếu trên render, gây ra việc render sai đối tượng. Để xử lí việc này, khái niệm về bộ đệm Z đã được phát triển. Cái này bao gồm một cảm biến độ sâu để chỉ ra bề mặt nào ở dưới hay ở trên trong một quan điểm nhất định.

Điều này trở nên không cần thiết, tuy nhiên, ray casting đã được phát triển. Trái ngược với rasterization, vấn đề nền tảng của các bề mặt chồng chéo không xuất hiện ở ray casting.

Ray casting, như tên gọi của nó, truyền tia lên mô hình từ góc nhìn của máy ảnh. Các tia được vẽ ra đến từng pixels trên mặt phẳng hình ảnh. Bề mặt nó chạm đầu tiên sẽ xuất hiện trên render, và bất kì sự giao nhau nào sau bề mặt đầu tiên sẽ không được render.

Mặc cho những lợi ích mà ray casting đem lại, kĩ thuật này vẫn thiếu khả năng mô phỏng các bóng, sự phản chiếu và khúc xạ. Do vậy, ray tracing đã được phát triển.

Ray tracing hoạt động tương tự với ray casting, ngoại trừ việc nó tốt hơn khi mô tả ánh sáng. Về mặt bản chất, các tia chính từ phía góc nhìn máy ảnh được truyền qua các mô hình để tạo ra các tia thứ cấp. Sau khi chạm vào mô hình, các tia bóng, tia phản chiếu hoặc tia khúc xạ sẽ được phát ra, tùy thuộc vào đặc tính của bề mặt.

Cái bóng được tạo ra trên bề mặt khác nếu con đường của tia bóng đến nguồn sáng bị cản trở bởi bề mặt. Nếu bề mặt là bề mặt phản chiếu, tia phản chiếu sẽ được phát ra ở một góc và sẽ chiếu sáng bất kì bề mặt nào nó chạm đến, phát ra tập hợp các tia khác. Vì lí do như vậy nên kĩ thuật này được biết đến là ray tracing đệ quy. Đối với bề mặt trong suốt, một tia đệ quy sẽ được phát ra một khi bề mặt bị tia thứ cấp đánh trúng.

Sự phát triển hơn nữa trong rendering cuối cùng đã dẫn đến redering equation, nỗ lực mô phỏng cách ánh sáng được phát ra chính xác hơn trong thực tế. Kĩ thuật cho rằng ánh sáng được phát ra bởi mọi thứ, không chỉ bởi một nguồn sáng duy nhất. Phương trình này cố gắng xem xét tất cả các nguồn ánh sáng trong render, so sánh với ray tracing, kĩ thuật mà chỉ sử dụng ánh sáng trực tiếp. Thuật toán được tạo ra sử dụng phương trình này được biết đến là sự chiếu sáng toàn cầu hoặc sự chiếu sáng gián tiếp.

Phần cứng

Chất lượng rendering đang cải thiện, nhưng quá trình vẫn còn chậm. Đó chính là lý do vì sao các công ty lớn đã đầu tư phần lớn vào render farms. Trong lúc đó, các nhà thiết kế hoặc họa sĩ cá nhân phải sử dụng phần cứng tiên tiến.

Phần mềm rendering sử dụng GPU hoặc CPU, hoặc cả hai để tạo ra renders. Hơn nữa, các thiết bị rendering là những chương trình ngốn tài nguyên. Cho một render nhanh hơn, sẽ cần đến những sự nâng cấp bổ sung. Tốc độ bộ xử lý, khả năng tương thích và tích hợp đồ họa, khả năng tương thích bộ điều khiển, RAM, là những khía cạnh cho phép rendering nhanh và chất lượng cao.

Phần mềm

Nghe có vẻ thật đáng buồn nhưng không có thứ nào là một render hoàn hảo. Điều này là do một số biến luôn cân bằng bao gồm chủ nghĩa quang thực chất lượng, tốc độ, kích cỡ dữ liệu và độ phân giải.

Mặc dù có độ tương thích nhưng một người có thể làm việc cùng với những yếu tố cơ bản này để thu được các render quang thực Đầu tiên, mô hình cần được điều chỉnh trong tỷ lệ chính xác. Một mô hình được thu hợp trong thực tế sẽ giúp ích. Sự đo lường không cần chính xác, bởi các chi tiết có thể tái điều chỉnh nếu chúng bị sai trên render.

Các chất liệu mô hình phải phù hợp cũng như cực kì chi tiết để đạt các kết quả thực tế. Các yếu tố ngẫu nhiên trong kết cấu cũng giúp renders trông thực tế hơn.

Cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và vị trí tất nhiên là một nhân tố lớn. Số lượng và vị trí ánh sáng phù hợp sẽ giúp các chi tiết trở nên dễ dàng nhìn thấy. Chú ý rằng màu sắc nhiệt độ nếu không được cài đặt chính xác có thể làm rối loạn render của bạn.

Cuối cùng, xử lý hậu kì cung cấp những chỉnh sửa cuối cùng đến render của bạn. Những chỉnh sửa đơn giản của render thô của bạn có thể biến renders của bạn trở thành những hình ảnh chân thực ngoạn mục.

3D rendering đã thay đổi cách thức làm việc ở nhiều nền công nghiệp. Trong kiến trúc và kỹ thuật, các mô hình và kế hoạch truyền thống hiện tại đã được bổ sung bởi sự hiện diện của render. Tạo mẫu sử dụng rendering trở nên tiết kiệm chi phí, cũng như tiết kiệm thời gian.

Trong nền công nghiệp điện ảnh, các bộ phim mới hiện tại phụ thuộc rất nhiều vào renders. Các studio phim hoạt hình 3D đang làm việc để tạo ra những bộ phim có đọ nét cao. Để sản xuất ra một cảnh quay hoàn hảo, những hiệu ứng phim vật lý và đạo cụ được hỗ trợ cùng với những hiệu ứng video có độ nét cao và những hình ảnh được tạo ra bởi máy tính. Không có bất kì giới hạn nào bất kể cảnh có là gì.

Trong marketing, renders được sử dụng để phác họa những bức ảnh chân thực của sản phẩm. Tiết kiệm ngân sách, ngành marketing đã sử dụng rendering để tạo ra những chương trình khuyến mãi sao cho thực tế và hấp dẫn nhất có thể.

Những cải tiến trong games thông qua rendering hình ảnh thực tế và có độ phân giải cao có ý nghĩa rất lớn đối với nền công nghiệp này. Mỗi năm, những nhà sản xuất game tiếp tục hướng tới những chi tiết chân thực để game thủ nhập vai hơn.

Sự phát triển của 3D rendering không bao giờ dừng lại. Cùng với số lượng lớn các ngành nghề phụ thuộc vào rendering, sự tăng trưởng của nó sẽ được đảm bảo trong những năm tiếp theo.

iRender là công ty công nghệ điện toán đám mây (Cloud computing) của Việt Nam cung cấp các dịch vụ kết xuất đồ họa trên nền tảng điện toán đám mây (Cloud Rendering) cho 3D rendering. Với nền tảng hệ thống được đầu tư bài bản và mạnh mẽ nhất với 20.000 Cores hỗ trợ song song sức mạnh điện toán của CPUs và GPUs.

iRender có đội ngũ nhân viên nhiệt tình luôn sẵn sàng hỗ trợ bạn 24/7. Bất cứ khi nào bạn gặp sự cố khi sử dụng máy chủ của chúng tôi hoặc thậm chí với phần mềm của bạn, chúng tôi – iRender Support Team luôn sẵn sàng trợ giúp bạn giải quyết vấn đề của mình. Chúng tôi cung cấp hỗ trợ chưa từng có phù hợp với nhu cầu và mục tiêu cụ thể của bạn.

Với tất cả những ưu điểm vượt trội kể trên, chắc hẳn bạn đã tìm được cho mình sự lựa chọn hoàn hảo cho iRender . Chúng tôi tin rằng chất lượng hỗ trợ mà chúng tôi cung cấp cũng quan trọng như công nghệ mà chúng tôi cung cấp. Chúng tôi cung cấp hỗ trợ chưa từng có phù hợp với nhu cầu và mục tiêu cụ thể của bạn. ƯU ĐÃI ĐẶC BIỆT cho tháng 10 này: Tặng  cho tất cả người dùng mới đăng ký. Hãy cùng kiểm tra nào!

iRender – Happy iRender

Nguồn và ảnh: ALL3DP