何谓3D渲染: 3D可视化指南

文 / Ricardo Ortiz
译 / Hammer Chen

三维影像能将电影中的幻想转为现实，并帮助准确规划未来的城市景观。本文中，我们的3D专家Ricardo Ortiz解释了三维影像的运作原理。

3D渲染无处不在。从大场景的动作电影到汽车广告，到新建筑或产品设计预览，3D可视化已经变得如此广泛和逼真，让你难以察觉它的存在。

在这篇介绍性文章中，Chaos的Ricardo Ortiz解释了3D渲染的基础知识，从创造影像的计算方法到产生伟大的计算机生成（简称CG）内容的艺术技术及其各种用途。

何谓三维渲染？

简单地说，三维渲染是使用计算机从数字三维场景中生成二维影像的过程。

为了生成影像，需要使用特定的方法和特殊的软件和硬件。因此，我们需要了解，三维渲染这个过程—也就是构建影像的过程。

三维渲染的类型

我们可创建不同类型的渲染影像；可以是写实的，也可以是非写实的。

逼真的影像可看起来像照片的建筑室内，产品设计的影像，如一件家具，或一辆汽车渲染。另一方面，我们可创建非写实的影像，如具有边线类型的图片或传统2D外观的卡通风格影像。技术上来说，我们可将任何东西可视化。

三维渲染的应用面有哪些？

三维渲染是许多行业的基本技术，包括建筑、产品设计、广告、电视游戏以及电影、电视和动画的视觉效果。

在设计和建筑领域，效果图让创意工作者以清晰透明的方式传达想法。效果图让他们有机会评估客户的建议，实验材质，进行研究，并在设计建造或制造出来前中进行背景模拟。

对于媒体和娱乐行业来说，3D渲染是讲述故事和动画的基础，无论我们是在观看动画电影、时代剧，还是带有爆炸特效、未来的飞船、外星世界或外星生物的动画。

请参观我们的在线画廊，看看渲染的力量。

在过去的几年里，计算机图形在行业发展下已经取代了传统技术。例如，传统特效被计算机视觉效果所取代，这表示特技人员不再冒着生命危险进行飞车特技。

在广告业，我敢说90%的汽车广告都是以计算机动画制作的，或者甚至超过90%。而建筑业，许多传统的表现技术，例如建筑比例模型，已经被逼真的影像所取代，以确保我们可准确地看到建筑完成后的样子。

加速进程、降低成本并满足更高质量的需求，都有助于技术进展。硬件速度变得更强大，因此由实体转向CG制作是不可避免的。

三维渲染的影像是如何生成的？

两种不同特点的软件用于计算机动画：渲染引擎和游戏引擎。渲染引擎使用叫做『光线追踪』的技术，而游戏引擎使用『光栅化』的技术–有些引擎混合使用这两种技术，稍后详述。

首先，我们来探讨光线追踪。V-Ray 就是使用这种技术。

何谓光线追踪？

光线追踪是通过追踪来自摄影机的光线穿过像素的虚拟平面并模拟其与物体相遇的效果来生成影像的。为了创造效果，必须追踪不同的光线。例如，为了获得阴影，必须追踪某些光线，为了获得反射，必须追踪其他光线，等等。

这种技术被用来创建逼真的影像。如果我们必须计算场景中大量的灯光和物体，就会大幅增加渲染影像的时间。三维艺术家必须考虑场景中一切事物的影响，包括反射、折射和半透明，以及更复杂的元素，如置换、次表面散射和实例物体。

什么是光栅化？

这是当今非常流行的方法，可让我们快速获得影像，但没有如光线追踪所提供的逼真。光栅化在游戏引擎中非常常见，最大的优点是能提供实时体验，玩家可在3D场景中移动并与之互动。

在光栅化中，屏幕上的物体是由虚拟三角形的网格创建的，创建了物体的三维模型。在这个虚拟网格中，每个三角形的角被称为顶点，与具有不同形状和大小的其他三角形的顶点相交。每顶点都提供特定的信息，通过收集所有数据，构成物体的形状。然后，计算机将三维模型的三角形转换为二维屏幕上的像素，我们就能看到最终的影像。

V-Ray Vision的范例，在V-Ray 5 for SketchUp中，利用光栅化技术进行快速交互式场景预览。

正如我所说，这种技术在游戏引擎中非常普遍。光栅化技术可能会涉及大量计算，因为场景中的所有物体可能有数百万个多边形，而屏幕上有数百万个像素。

V-Ray及其应用领域

V-Ray是一套经过生产实战经验的高阶光线追踪三维渲染引擎，提供最高的质量、功率、速度和创意控制。V-Ray是为处理最庞大的项目和最困难的场景而设计的。V-Ray与市场上最流行的3D平台紧密结合，为用户提供了精简的创意工作流程。

多年来，V-Ray使工作室能够创建专业的逼真影像和动画，V-Ray有庞大的用户社群，并因支持多种功能而受到认可。V-Ray还因为为多部电影创造逼真的影像而在2017年荣获奥斯卡科学技术奖。

V-Ray是套多合一的渲染引擎

用于建筑、工程和施工（SketchUp、Rhino和Revit）的V-Ray结合了光迹追踪和实时性。V-Ray Vision是套基于光栅引擎的新工具，V-Ray Vision允许用户在模型周围移动，应用材质，设置灯光和摄影机–所有都是在场景的实时视图中预览。当用户准备好进行照片级质量的渲染时，也可轻易地切换至V-Ray来出图。

总结

写这篇短文的目的是为了提供关于V-Ray的基本信息。在我看来，这方面的知识对于任何对渲染主题感兴趣的数字艺术家都十分重要。掌握观念并了解其背景，将使我们能够领先一步。如果你觉得有灵感，有热情，你可研究更多的理论和相关知识。

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