Tecniche del Rendering in CG 3D
In Computer Grafica 3D, il Rendering identifica il processo di generazione di immagini a partire da una scena tridimensionale virtuale.
In tale scena vengono definite geometrie, colori, luci, effetti dei materiali e delle textures e altro ancora; il motore di Rendering (detto a volte renderer) si occupa, una volta definito un punto di osservazione all'interno della scena virtuale, di realizzare un'immagine raffigurante la scena "vista" da quel punto di osservazione (telecamera virtuale).
Ecco elencate alcune delle fasi trattate dalla maggior parte dei motori di Rendering esistenti:
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shading (ombreggiatura, calcolo delle luci);
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texture-mapping;
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bump-mapping;
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nebbia, attenuazione luminosa;
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ombre;
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effetti di riflessione;
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trasparenza;
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effetti di rifrazione;
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effetti di diffrazione;
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illuminazione indiretta;
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profondità di campo;
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motion blurring;
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Per ciascuno di questi passi sono disponibili, poi, molte implementazioni; ad esempio, l'ombreggiatura può essere piatta (flat: il colore di una faccia è ottenuto facendo la media del colore dei vertici che la compongono), sfumata (Gouraud: si effettua un'interpolazione tra i colori dei vertici che compongono la faccia), ecc... .
Le tecniche possono variare molto da un motore di Rendering all'altro, così come i tempi e le prestazioni; ad esempio, il Rendering con RayTracing produce ottimi risultati, ma può diventare anche molto dispendioso in termini di tempo, per cui negli anni sono state sviluppate altre tecniche, alcune delle quali fanno anche uso di euristiche, mantenendo comunque alto il livello della resa finale.
Ecco elencate (ciascuna di esse verrà trattata a parte) alcune di tali tecniche:
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Scanline Rendering
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Ray Casting (RayCasting)
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Radiosity
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Ray Tracing (RayTracing)
Appare chiaro che il punto centrale del processo di Rendering risiede nel calcolo dell'illuminazione dei vertici; in effetti, l'equazione del Rendering (usata per scopi didattici, teorici, tuttavia è alla base di tutti i motori di Rendering, che sono "particolari soluzioni" (con relative "particolari implementazioni") di tale equazione) è la seguente:
ossia: per ciascuna posizione e direzione, l'illuminazione risultante Lo è la somma della luce emessa Le e della luce riflessa, che a sua volta è la somma delle luci incidenti (da tutte le direzioni) Li moltiplicata per l'angolo di riflessione della superficie (a seconda dell'angolo di incidenza avremo, infatti, effetti differenti).
L'interazione tra luce e superfici può essere espressa come segue (BRDF - Bidirectional Reflactance Distribution Function):
In tutti questi casi vengono analizzati modelli continui, ma in fase di Rendering è necessario effettuare una discretizzazione, prendere dei campioni (samples): il sampling (campionamento) è un punto cruciale nel processo di Rendering, viene trattato in maniera diversa da ciascun motore di Rendering esistente e la sua implementazione "pesa" molto sulla qualità del risultato finale.
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