Iluminación y rendering 3D PDF

Preview

Summary

Resumen de las lecturas del modulo 1 y 2 de iluminación y Render 3D del año 2021, primer parcial...

Description

Lectura 1

Existen 2 tipos o estilos principales de Render: Fotorrealista: Busca verosimilitud No Fotorrealista o cinematografico: El objeto no emula necesariamente algo real. Podemos notar que aunque represente objetos y escenas posiblemente reales, no es verosímil.

Tiempo real o prerrenderizado Según el programa o la aplicación de 3D que se utilice, en los gráficos por computadora, el proceso de renderización puede darse en tiempo real o como prerrenderizado. El prerrenderizado suele utilizarse en efectos especiales (VFX), en animación y en arquitectura principalmente, ya

que las imágenes no se renderizan en el momento por parte del hardware o los gráficos que se usan para reproducir el video. El render en tiempo real, generalmente, se utiliza en realidad aumentada, en realidad virtual y en videojuegos. El uso primordialmente está basado en la aceleración por hardware y las tarjetas de video.

Motores de render: En la actualidad, existen diversos motores de render, cada uno con distintas características y funciones ya que es un proceso clave para muchas industrias, además de la animación. Se utiliza en la publicidad, los videojuegos, la arquitectura y los efectos especiales, además de una multiplicidad de aplicaciones 3D. Un motor de render se trata de un programa especializado que tiene a cargo la interpretación y el procesamiento de los elementos que componen una escena digital, como las fuentes de luz, las texturas, las geometrías y los shaders (sombreadores). Este programa capta toda esa información de la escena y logra sintetizarla en una imagen de tipo 2D. Luego, estas escenas se pueden exportar como imagen o como secuencia de imágenes.

Esencialmente, podemos definir a un motor de render como un algoritmo basado en conceptos que provienen de ciencias como la física, la matemática y la óptica. Los distintos motores de render ofrecen productos finales de diferente calidad. La elección del motor dependerá de las acentuaciones y particularidades de cada proyecto. Algunos de ellos están integrados en programas base de modelado 3D, otros funcionan como plugins que se instalan en los programas de animación 3D y otros funcionan de forma independiente o standalone. Un motor de render es un programa especializado que tiene a cargo la interpretación y el procesamiento de los elementos que componen una escena digital, como las fuentes de luz, las texturas, las geometrías y los shaders (sombreadores).

Lectura 2

Según su funcionamiento, los motores de render pueden ser: Standalone o independientes. Plugin. Ambos.

Motores standalone Se trata de cualquier programa o software que no viene añadido a otros programas y que es autónomo en su funcionamiento. Ejemplos: 3Delight. Appleseed. Arnold. Corona Renderer. Guerilla Station. KeyShot. LuxCore. Maverick. OctaneRender. U-Render.

Motores tipo Plugin

Funcionan con versiones plugin o complementos. Esto significa que deben instalarse en los programas de animación 3D (como Cinema 4D, 3ds Max, Sketchup, Blender, Maya) para que funcionen. Ejemplos: Arnold. V-Ray. MentalRay. Redshift. RenderMan.

Sesgos: Motores biased vs unbiased De acuerdo a la presencia o ausencia de sesgos, los motores de render serán: Biased (con sesgo). Unbiased (sin sesgo). Ambos. Motores biased (con sesgo) Se trata de un tipo de motor con sesgo que usa una suerte de atajos o trucos para calcular trayectorias y rebotes de fotones presentes en objetos que estén en la escena 3D. La persona que lleva a cabo la renderización puede hacer ajustes para intentar imitar los resultados de un render unbiased. La finalidad es lograr una mejor velocidad y eficiencia para la tarea de renderización de las imágenes, a la vez que se usa

mucho menos potencia a la hora de procesar, por ende, puede llevar menos tiempo en el caso del renderizado.Veamos algunos ejemplos: V-Ray. MentalRay. Redshift. Motores unbiased (sin sesgo) Se trata de un tipo de motor sin sesgo también conocido como físicamente preciso que autoriza a su algoritmo para el cálculo más exacto posible de la trayectoria y los rebotes de fotones o rayos de luz presentes en objetos que estén en la escena 3D. Generalmente, se utilizan en el sector cinematográfico. Si bien representa una mayor tarea a la hora de procesar imágenes, es más simple lograr un realismo. Veamos algunos ejemplos: Arnold. Maxwell. KeyShot. OctaneRender. Cycles. Iray. LuxCore Render.

Motores biased y unbiased Existen ciertos motores que pueden funcionar como biased o como unbiased, ya que disponen de diferentes algoritmos que se pueden seleccionar. Así, se modifica el modo de renderizado. Ejemplos: Appleseed. Corona renderer. RenderMan. Thea Render. Renderización por CPU vs GPU De acuerdo con la tecnología de render que se utilice, los motores de render se pueden ejecutar en: CPU (unidad central de procesamiento). GPU (tarjeta gráfica de video). Ambos (por ejemplo, Cycles, LuxCore, RenderMan o V-Ray). Motores con renderización por CPU Estos motores usan la CPU, o unidad central de procesamiento, para cualquier cálculo que deban hacer. Una CPU cuenta con diversos núcleos optimizados para el procesamiento en serie secuencial. Mientras más veloz sea el procesador que tengamos, más rápido se llevará a cabo la renderización. Ejemplos:

Arnold. Corona renderer. Maxwell. Motores con renderización por GPU Estos motores usan la GPU, o la tarjeta gráfica de video, en lugar de la CPU como procesador. Por la arquitectura que poseen, las GPU están diseñadas para realizar un procesamiento de instrucciones en simultáneo en todos sus núcleos. Es por ello que se obtiene un tiempo mucho menor de renderizado. La cantidad de núcleos que poseen es mayor a la cantidad de núcleos de una CPU. Veamos algunos ejemplos: Iray. Maverick. OctaneRender. Redshift. Modo de procesamiento De acuerdo con su modo de procesamiento, los motores de render pueden trabajar:

En tiempo real En modo offline o prerrenderizado Motores con renderización en tiempo real Se trata de motores que trabajan en real time o tiempo real. Se suelen usar para realidad virtual, videojuegos y realidad aumentada. Su uso surge a raíz de la necesidad de un ritmo muy rápido de cálculo de las imágenes 3D para que el render se ejecute en tiempo real y el usuario pueda interactuar con el ambiente digital. Ejemplos: U-Render. Motores con prerenderización o render offline Se trata de motores que usan un prerrenderizado. Se suelen usar en arquitectura, animación y efectos especiales, cuando no se necesita una velocidad tan alta de elaboración. A diferencia de la renderización en tiempo real, en este caso no existe el factor de imprevisibilidad. La ventaja es que ofrecen resultados visuales de gran calidad. Como desventaja, podemos mencionar que se necesita gran cantidad de tiempo para lograrlo. Ejemplos:

Corona render. Arnold.

Lectura 3

Algoritmo: es un proceso secuencial y lógico. Es un conjunto de pasos u operaciones creados para computar una tarea específica. En relación con la renderización, decimos que el algoritmo es la esencia de los motores de render.

Biased: Se trata de un tipo de motor de render con sesgo en el que existen atajos a la hora de calcular la trayectoria y el rebote de los rayos de luz en las escenas 3D. Es posible hacer ajustes con el objetivo de imitar resultados de una renderización sin sesgo. La renderización es más veloz y eficaz, con menos potencia y duración del renderizado.

Frame: Cada frame o fotograma es cada una de las diversas imágenes secuenciales que conforman un video o una animación.

Granja de render: Hace referencia a una agrupación de varias computadoras a cargo de las tareas de renderización de imágenes o animaciones a partir de programas 3D. Su principal objetivo es lograr una mayor rapidez de procesamiento de cada frame.

Motor de render: Es un programa especializado que interpreta y procesa los elementos que componen una escena digital. Tiene en cuenta aspectos como texturas, geometrías, fuentes de luz y shaders. El programa se encarga de captar la información de la escena y sintetizarla en una imagen de tipo 2D, que luego se puede exportar como imagen o como secuencia de imágenes. Los motores de render presentan diversas clasificaciones de acuerdo a criterios como su funcionamiento, el tipo de renderizado y la presencia o ausencia de sesgos, entre otros.

Path-tracing: También denominado trazado de rutas. Es un algoritmo de renderizado que se encarga, mayormente, del cálculo de rebotes de los rayos que se lanzan desde la cámara en objetos dentro de la escena 3D. Calcula la imagen que se obtendrá como resultado final para determinar cómo incidirá la luz en puntos

particulares de la escena, así como también en qué medida se reflejará en la cámara de la vista. Resulta útil para el fotorrealismo.

Plugin: Se trata de un complemento que añade funciones o características a programas o aplicaciones existentes. En el caso de los motores de render, como hemos visto en la lectura anterior, existen motores independientes y otros que se instalan o se agregan como complemento de otros programas principales.

Prerrenderizado: Es un proceso intensivo que implica cálculos (por lo general, ejecutados por CPUunidad central de procesamiento-) a fin de obtener como resultado una imagen final. También se lo denomina render offline y suele utilizarse en arquitectura, animación y efectos visuales. Si bien se calculan escenas muy complejas y se obtienen excelentes resultados, se debe dedicar mucho tiempo para hacerlo posible.

Ray-tracing: también conocida como trazado de rayos. Cada uno de los pixeles presentes en la imagen final se calcula a modo de partícula de luz y simula la interacción con los objetos que se encuentran en la escena. Traza rayos a partir de la cámara que pasan a

través de un plano de imagen y se dirigen a la escena 3D. Se registran los rayos que afectan algún objeto de la escena en el respectivo pixel del plano de imagen a través del cual pasaron. Si bien permite crear escenas con gran realismo y avanzadas características de reflejos y sombras, requiere una gran potencia de procesamiento. Se suele usar, generalmente, para imágenes prerrenderizadas.

Renderizado con CPU: Con este término nos referimos a la tecnología de renderización utilizada por la unidad central de procesamiento (CPU) para llevar a cabo todo cálculo.

Renderizado con GPU: Con este término nos referimos a la tecnología con la que cuenta un motor de render y que utiliza la potencia de la tarjeta gráfica de video (GPU) en lugar de utilizar la CPU. Por su diseño, la GPU puede procesar instrucciones en simultáneo en cada uno de sus núcleos. Esto permite un tiempo de renderización más acotado.

Standalone: Este término se utiliza para referirse a un programa, por ejemplo un motor de render, que es autónomo en cuanto a su forma de funcionamiento. Es

decir, no está añadido a otros programas. Algunos ejemplos de motores de render standalone son: Arnold, KeyShot, LuxCore y Corona Renderer.

tiempo real: El render en tiempo real o real time render hace referencia al cálculo de las imágenes realizado en tiempo real. Es por ello que el usuario interactúa con el entorno digital. Este suele ser el caso de la realidad virtual o los videojuegos.

Unbaised: Hace referencia a un tipo de motor de renderización sin sesgos y que permite que su algoritmo calcule los trayectos y los rebotes de fotones sobre los objetos presentes en una escena de la forma más precisa posible. Este tipo de renderización se suele encontrar en la industria del cine, ya que permite alcanzar un realismo de forma más simple, aunque con una tarea más pesada de procesamiento de imágenes.

Lectura 4

3Delight: Se trata de un motor standalone con path-tracing unidireccional. Fue desarrollado por Illumination Research y es capaz de resistir altas demandas en cuanto al renderizado de producciones de la industria de animación.

A pesar de ser un motor autónomo, desarrolla plugins que se ofrecen de forma opcional como complementos de código abierto para Cinema 4D, Maya y Daz Studio, entre otros. la ventaja que ofrece es la renderización de grandes escenas con un impacto bajo en lo que concierne a la memoria. La versión standalone es amigable y brinda al usuario la posibilidad de hacer visualizaciones en capas, previsualizar en miniaturas y realizar comparativas entre distintas imágenes.

Appleseed: Se trata de un motor de código abierto (u open source) para renderizado basado en la física y la iluminación global. Se creó, principalmente, para la producción de efectos visuales y animación. Es una solución confiable que emplea las más recientes tecnologías. Existe como un motor autónomo, pero también se ofrecen plugins para 3ds Max, Maya, Blender y Gaffer. Es de código abierto (gratuito). Otra de sus ventajas es que ofrece un flujo de trabajo moderno. Además, se puede usar la renderización unbiased si se requiere de precisión o bien la renderización biased si se desea más libertad a nivel artístico o mayor eficacia en cuanto al tiempo de renderizado.

Arnold: Se trata de un motor unbiased en CPU. Su

desarrollo está a cargo de SolidAngle, que hoy es parte de Autodesk, y se diseñó a partir de necesidades específicas de la producción de efectos especiales y largometrajes. Existe como un motor autónomo pero también se ofrecen plugins para 3ds Max, Maya, Cinema 4D, Houdini, Katana y Softimage, entre otros. La ventaja que ofrece es ser un standalone relativamente simple y fácil de aprender. En cuanto a la memoria, es eficiente. Puede trabajar sin dificultades con activos complejos. Es un motor de render muy utilizado en sectores como animación, VFX y publicidad, además de ser el motor predefinido de 3ds Max y Maya.

Corona Renderer: Se trata de un motor unbiased en CPU. Su desarrollo está a cargo de Render Legion. También tiene disponible la opción de trabajar como un motor biased. Ofrece una calidad alta gracias a la iluminación física y al shading. Existe como un motor autónomo y como plugins para 3ds Max y Cinema 4D. Tiene la ventaja de ofrecer una curva de aprendizaje muy corta para aquellos que están dando sus primeros pasos. Para los expertos, permite cambiar las leyes del realismo para lograr efectos artísticos. Se utiliza en arquitectura, efectos visuales (VFX) en diseño y visualización de productos.

Cycles: Se trata de un motor de render basado en la

física y de código abierto. Es un motor de path-tracing en CPU y múltiples GPU. Su desarrollo está a cargo de Blender Project. Está disponible como plugin para 3ds Max y Cinema 4D. Además, está integrado a Blender, Poser y Rhino. En cuanto a costos, es un motor de render con una licencia gratuita para 3ds Max y Blender. Resaltamos entre sus ventajas que ofrece buena interactividad, efectos volumétricos, iluminación global y más.

Eevee: Se trata de un motor de render en tiempo real propiedad de Blender. Tiene como finalidad brindar interactividad y velocidad a la hora de renderizar materiales basado en la física. Está disponible únicamente como plugin integrado en Blender y esta es su principal ventaja. Viene integrado desde la versión 2.80 de este software.

Guerilla: Se trata de una solución standalone que se enfoca, principalmente, en efectos visuales y animación. Esta solución se compone de Guerilla Station y Guerilla Render, que brindan a los usuarios opciones de iluminación, ensamblado, desarrollo de apariencia (look development) y renderizado.

Está disponible como standalone en el caso de tareas de apariencia y desarrollo e iluminación. Sin embargo, también existe como plugin para 3ds Max y Maya. Por último, su principal ventaja es la potente herramienta que emplea para trabajar la iluminación. Ofrece flexibilidad y facilidad en el renderizado y personalización completa a lo largo de todo el programa, entre otros aspectos.

Iray: Se trata de un motor unbiased en GPU que se enfoca en crear imágenes fotorrealistas al imitar el modo de comportamiento de los materiales y la luz a nivel físico. Está disponible como plugin para 3ds Max, Maya y Rhino. Además, está integrado en Daz3D, Patchwork3D, ProWalker GPU, Sketchup, Solidworks y Substance. la ventaja que ofrece es una mejora del flujo de trabajo de renderización, en especial para artistas digitales y diseñadores. Su interfaz de trabajo es amigable e incluye una función que permite limitar la calidad del render por tiempo. Se suele usar en los sectores de publicidad, ingeniería, mercadotecnia, cine, diseño y arquitectura.

KeyShot: Se trata de un motor unbiased en CPU

desarrollado por Luxion. Permite la creación de imágenes con alta calidad en cualquier fase, desde su concepción hasta el mercadeo. Es un motor standalone, pero está disponible como plugin para 3ds Max, Cinema 4D, Fusion, Maya, Revit, Rhino, Sketchup, Solidworks, Substance, Vstitcher y Zbrush. La ventaja que ofrece es un renderizado que se puede realizar directamente sobre el software standalone, con un gran soporte de diversos formatos 3D. Es fácil de usar y, en cuestión de minutos, presenta resultados de calidad fotográfica. Brinda opciones avanzadas para usuarios profesionales y permite el renderizado en CPU o GPU.

V-Ray: Se trata de un motor de render biased en CPU desarrollado por Chaos Group. Es un motor que se incluye a través de plugins para 3ds Max, Blender, Cinema 4D, Houdini, Maya, Rhino, Sketchup y más. Entre las ventajas que ofrece podemos mencionar su gran trayectoria, versatilidad, eficacia y potencia para una gran diversidad de sectores: efectos visuales, arquitectura, diseño automotriz, diseño industrial, animación y publicidad. Se utiliza para crear animaciones e imágenes fotorrealistas.

Lectura 1

“Desarrollado por Luxion, Keyshot en un motor unbiased en CPU que permite crear imágenes de alta calidad para cualquier etapa que vaya desde la concepción hasta la mercadotecnia”

Actualmente, es un motor muy utilizado en el mercado porque permite generar imágenes de tipo publicitarias con apariencia de fotografía, hasta el punto en que es difícil distinguir una fotografía de una imagen generada por computadora. Si bien es un motor autónomo o standalone, está disponible como plugin para varios programas de modelado y animación 3D: Maya, 3ds Max, Cinema 4D y otros. Nos interesa este motor porque permite obtener resultados de calidad fotográfica en minutos y es simple de usar.

Hoy en día, muchas de las imágenes que vemos a diario se hacen completamente por computadora. Son muy realistas y KeyShot es protagonista de estos avances en programas de renderización, especialmente porque recrea colores e iluminación con un nivel de detalle impresionante. Lo cierto es que, al día de hoy, las principales marcas del mundo utilizan este tipo de tecnología para promocionar sus productos, ofrecer sus servicios e impactar con innovación.

En 2013 Microsoft lanzó Windows 8 para todo el mundo y empleó imágenes elaboradas con KeyShot para promocionar los productos y las cajas. Todo era virtual. Esta tendencia no ha cambiado, ya que la mayoría de las imágenes publicitarias de smartphones, computadoras portátiles, tabletas y dispositivos de todo tipo dejaron de ser fotografías.En una entrevista que KeyShot le realizó al principal ingeniero de diseño industrial 3D de la marca Under Armour, este expresó que las ventajas que ofrece este motor sobrepasaron sus formas previas de diseñar y publicitar. Además,afirma, permitió recortar costos, mejorar la velocidad de trabajo y la calidad del producto final. FOX, el gigante internacional de indumentaria para deportes extremos y componentes de competición, utilizó las prestaciones de KeyShot para el lanzamiento de la línea de bicicletas 2021 ya que, debido a la

situación mundial de pandemia de 2020, no era posible tomar fotografías de los productos. Los tiempos de entrega se v...