Renderiranje i izrada fotorealističnih prikaza

Izgled naspram fizikalnog materijala

U parametarskom CAD sustavu model nosi dva odvojena podatka o materijalu koji se lako pobrkaju jer dijele isto ime u razgovoru, ali ne i istu namjenu. Fizikalni materijal (engl. physical material) određuje gustoću, mehanička svojstva i, kako je pokazano u ranijim jedinicama, masu i položaj težišta modela — to je podatak koji sustav koristi za proračune. Izgled (engl. appearance) je posve odvojeno svojstvo: boja, hrapavost, sjaj i tekstura koje površina pokazuje na fotorealističnom prikazu, a koje ni najmanje ne utječu na masu ili volumen.

Ta razdvojenost nije nedostatak nego namjerna prednost: aluminijski dio hvatača MPH-1 može u fazi provjere mase koristiti gustoću aluminija, a istodobno za prezentacijski prikaz dobiti izgled eloksiranog srebrnog aluminija ili, ako je potrebno prikazati varijantu boje, potpuno drugačiji izgled bez ikakve izmjene fizikalnog materijala i time bez utjecaja na proračune mase koji su već izvedeni.

Izgled se dodjeljuje na razini cijelog dijela, pojedine značajke ili čak samo jedne odabrane plohe, ovisno o tome koliko fino je prikaz potrebno razlikovati. Podnožna zavarena konstrukcija hvatača, primjerice, u praksi dobiva jedinstven crni lakirani izgled na cijelom tijelu, dok tijelo hvatača može imati različit izgled na obrađenim funkcijskim plohama vodilica u odnosu na vanjske, samo grubo obrađene plohe — razlika koja se u fotorealističnom prikazu odmah vidi, iako na fizikalni materijal i masu dijela nema nikakav utjecaj.

Svojstva izgleda površine

Osnovno svojstvo izgleda je boja, no fotorealističan dojam prvenstveno stvara način na koji površina odbija svjetlo: hrapavost odnosno sjaj (engl. roughness/gloss) određuje je li odsjaj oštar i zrcalan (polirani metal) ili raspršen i mat (pjeskareni ili plastificirani materijal). Uz boju i sjaj, teksturna karta (engl. texture map) dodaje uzorak — drvo, tkaninu, ispisanu naljepnicu — kao sliku razvučenu preko plohe, dok reljefna karta (engl. bump map) simulira sitnu neravninu površine (hrapavost lijevanog materijala, teksturu brušenja) igrom sjena, bez stvarne izmjene geometrije modela.

Raspored teksture na zakrivljenoj plohi rijetko je savršen bez podešavanja: veličina uzorka, smjer i ishodište mapiranja podešavaju se dok se tekstura ne poklopi s oblikom bez vidljivih šavova ili razvučenih dijelova. Za jednostavne, ravne plohe savijenog nosača hvatača dovoljno je zadano mapiranje; za zaobljeno tijelo hvatača često je potrebno ručno podesiti smjer projekcije teksture kako sjena na zaobljenom rubu ne bi izgledala izobličeno.

Knjižnice gotovih izgleda uobičajeno već sadrže uvriježene kombinacije (eloksirani aluminij, brušeni nehrđajući čelik, crni plastificirani lim) koje je brže prilagoditi promjenom boje ili sjaja nego graditi izgled od nule za svaki novi dio. Za dosljednost cijele dokumentacije hvatača MPH-1 isplati se unaprijed dogovoriti mali skup izgleda — jedan za sve aluminijske dijelove, jedan za čeličnu podnožnu konstrukciju — i njih ponovno primjenjivati, umjesto da svaki prikaz dobiva neznatno drugačiju nijansu istog materijala.

Scena i okruženje

Prikaz izoliranog modela na praznoj bijeloj pozadini rijetko djeluje fotorealistično jer stvaran predmet uvijek odražava svijet oko sebe. Okruženje (engl. environment), obično panoramska slika studijske pozadine ili vanjskog prostora, ne samo da se vidi u pozadini prikaza nego i osvjetljava model svojom svjetlinom te se djelomično zrcali na sjajnim plohama — taj se pristup naziva osvjetljenjem temeljenim na slici (engl. image-based lighting) i danas je uobičajen način postizanja uvjerljivog fotorealizma bez ručnog postavljanja desetaka izvora svjetla.

Podloga na koju je model postavljen zaslužuje jednaku pažnju kao i pozadina: ravna, blago reflektirajuća podloga s mekim sjena ispod modela vizualno "usidruje" prikaz u prostor i sprječava dojam da dio lebdi. Za tehničku prezentaciju hvatača MPH-1 uobičajen izbor je neutralna studijska pozadina koja ne odvlači pozornost od samog proizvoda.

Rasvjeta i kamera

Uz osvjetljenje iz okruženja, scena po potrebi dobiva i namjenske izvore svjetla: točkasto svjetlo (svjetli u svim smjerovima iz jedne točke), usmjereno svjetlo (paralelne zrake, poput sunčeve svjetlosti) i reflektorsko svjetlo (stožac svjetla s podesivim kutom) koriste se pojedinačno ili zajedno da naglase oblik, otklone preduboke sjene ili istaknu jedan detalj dijela. Prejako ili loše postavljeno dodatno svjetlo lako "spere" fotorealizam dobiven okruženjem, pa je dobra praksa krenuti bez dodatnih svjetala i dodavati ih tek kad osvjetljenje iz okruženja samo ne daje dovoljno jasan prikaz oblika.

Kamera određuje kadar: kut gledanja, fokalnu duljinu (širi kut naglašava perspektivu i rubove modela, uža duljina daje "spljošteniji", tehničkiji dojam bliži izometrijskom prikazu) i, kad je dostupna, dubinsku oštrinu (engl. depth of field) koja zamućuje dijelove izvan žarišne ravnine radi naglaska na jednom detalju sklopa. Za katalošku fotografiju cijelog hvatača MPH-1 uobičajena je umjerena fokalna duljina bez izražene dubinske oštrine, kako bi cijeli sklop ostao jednako oštar.

Kut gledanja vrijedi birati prema onome što prikaz treba objasniti, ne prema tome što izgleda najefektnije: pogled tri-četvrt odozgo obično najbolje otkriva prostorni raspored dijelova sklopa, dok pogled gotovo sprijeda, blizak ortogonalnom, bolje odgovara katalogu u kojem se prikaz uspoređuje s nacrtom istog dijela. Više spremljenih pogleda kamere za istu scenu, nazvanih i lako dohvatljivih, ubrzava kasniju izradu cijelog seta prikaza bez ponovnog ručnog namještanja kuta za svaki od njih.

Postavke izlaza i kvaliteta

Konačni prikaz izračunava se za zadanu rezoluciju izlazne slike, izraženu brojem piksela širine i visine (na primjer 1920 × 1080 px za standardni prikaz na zaslonu). Kvaliteta izračuna kontrolira se brojem uzoraka po pikselu (engl. samples): više uzoraka smanjuje zrnatost i netočnosti sjena i odsjaja, ali proporcionalno produljuje vrijeme izračuna. Sustav obično nudi gotove razine kvalitete (brzo, srednje, visoko) umjesto da korisnik ručno podešava broj uzoraka, što ubrzava svakodnevni rad dok se finalna kvaliteta ostavlja za posljednji, dovršeni prikaz.

U praksi se render provjerava u niskoj rezoluciji i brzoj kvaliteti dok se scena, rasvjeta i kamera podešavaju, a tek kad je kompozicija zadovoljavajuća pokreće se konačan izračun u punoj rezoluciji i visokoj kvaliteti — obrnut redoslijed, gdje se svaka sitna izmjena kamere čeka u punoj kvaliteti, nepotrebno troši vrijeme bez ikakve dodatne koristi za konačan rezultat.

Format izlazne datoteke bira se prema namjeni: format bez gubitka kvalitete pogodan je za daljnju obradu u programu za uređivanje slika, dok je format s kompresijom dovoljan za brzo dijeljenje ili umetanje u prezentaciju. Kad prikaz treba imati prozirnu pozadinu radi kasnijeg postavljanja na proizvoljnu podlogu, potrebno je unaprijed uključiti kanal prozirnosti u postavkama izlaza, jer se on naknadno, iz već izračunate slike bez tog kanala, ne može pouzdano rekonstruirati.

Procjena vremena izrade prikaza

Vrijeme izrade fotorealističnog prikaza raste približno razmjerno broju piksela slike i odabranoj razini kvalitete: udvostručenje rezolucije po širini i visini učetverostručuje broj piksela, a viša razina kvalitete množi vrijeme po pikselu dodatnim faktorom zbog većeg broja uzoraka.

Ta jednostavna procjena objašnjava zašto se probni prikazi tijekom podešavanja scene gotovo uvijek rade u nižoj rezoluciji i bržoj kvaliteti — razlika u vremenu između probnog i konačnog prikaza hvatača MPH-1 u punoj rezoluciji i visokoj kvaliteti lako doseže red veličine, pa desetak brzih provjera kompozicije stane u vrijeme jednog jedinog finalnog izračuna.

Stvarno vrijeme na konkretnom računalu ovisi i o snazi grafičkog ili procesorskog sklopovlja, broju i vrsti izvora svjetla te složenosti materijala u sceni, pa gornji izračun treba čitati kao okviran odnos između postavki, ne kao jamstvo točne minutaže na svakom uređaju. Za planiranje vremena izrade cijelog seta kataloških prikaza korisnije je zabilježiti stvarno izmjereno vrijeme jednog probnog izračuna na vlastitom računalu i njega, a ne teorijsku procjenu, koristiti za procjenu preostalih prikaza iste složenosti.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V14 Renderiranje i animacija · 2 sata