3D 观看无处不在：房地产、在线购物、游戏、电影等等。从该领域的艺术家和专家那里了解 3D 可视化的艺术和科学。

在本文中，您会发现：

3D 渲染是什么意思？

3D 渲染是一种使用数据和 3D 模型的计算机图形处理。目标是创造一个充满活力或不切实际的形象。3D 模型是使用软件或通过 3D 扫描创建的对象的数字文件。

3D渲染也是虚拟摄影的一种形式。组织和照明场景是生成和捕获图像的基础，无论是有意的还是不切实际的。

Marxent 的 3D 艺术主管 Ben Rubey 解释说：“3D 渲染是从 3D 场景创建 2D 图像的过程。将其比作用相机拍照。在 3D 渲染中，您获取所有 3D 数据并进行转换进入现场快照。”

两种渲染类型：3D 实时渲染和 3D 后处理渲染

实时 3D 渲染使用图形软件生成和分析图像，通常用于创建每秒 20 到 120 帧的运动错觉。一旦 3D 渲染达到艺术家可以接受的阶段，就会对 3D 渲染执行 3D 后处理。后处理修复了小错误并添加了更真实的细节，通常使用编辑软件。

3D 渲染与 3D 可视化

3D 可视化是多学科行动的系统，从概念到最终表示，它创建了一个似乎存在于真实空间中的引人注目的图像。3D 渲染是 3D 可视化的最后步骤之一。

3D 建模与 3D 渲染

3D 建模是开发对象或表面的数学表示的过程，因为它将在宽度、宽度和深度方面出现。3D 渲染将 3D 建模转换为高质量、详细和逼真的图像。

3D 建模和 3D 渲染是创建计算机生成图像 (CGI) 的两个独立步骤。在 3D 可视化过程中，3D 建模先于 3D 渲染，并且通常需要购买建模服务。详细了解流程以及如何外包建模服务。

什么是3D产品展示？

3D 产品渲染从模型创建 2D 图像。3D 产品渲染创建逼真的图像，显​​示对象在制造后的外观。产品通常被渲染以显示多个角度。

许多行业在产品制造之前利用产品的 3D 渲染。例如，3D 产品效果图可以帮助在产品投放市场之前测试产品对客户的吸引力，检测设计缺陷并节省开发成本。

3D 渲染是如何工作的？

3D 渲染是将整个产品或场景渲染为二维表示的多步骤过程。使用用于视频或故事片的方法，显示单个图像或帧可能需要几毫秒或几天的时间。

3D渲染流程步骤

3D 渲染过程从咨询和最终愿景开始。接下来是分析和设计，这是建模的基础。接下来是 3D 渲染，然后是优化。一旦渲染被批准，它就会被交付。

申请步骤可能因项目、使用的程序类型和期望的结果而异。

预演步骤

在开始演出之前，请考虑以下三个步骤，这些步骤对流程来说是独立且必不可少的：

• 愿景：在任何工作开始之前，进行初步咨询以了解项目的目标：公司、市场、外观和图像的预期用途。根据这些输入，更容易确定最终输出是什么。然后客户或创意总监同意该愿景。
• 分析和设计：考虑到采用的愿景，开始对项目进行分析，并做出有关对象渲染的决策。决定它应该在最终产品中具有哪些功能，例如颜色、纹理、摄像机角度、照明和环境。
• 建模： 3D 建模生成表面或对象的三维数字表示。使用该程序，艺术家以虚拟速度（称为顶点）操纵点以形成网格：构成对象或实体的一组顶点。生成的实体是几何形状，通常是多边形（也称为图元）。多边形是通过操作顶点手动或自动创建的。如果所需的结果是特殊效果或角色动画，则可以对数字对象进行动画处理。

Ruby 指出“3D 建模是关于创建对象，比如椅子。” “在 3D 中，椅子可以以几何形状、物体的形状存在，但在相机捕捉到它、渲染它并添加材料、照明、颜色和纹理之前，它是不可见的。”

3D 渲染步骤

建模后，3D 艺术家开始他的工作，使场景栩栩如生。“理解 3D 的最佳方式是将 3D 对象与现实世界中的事物进行比较，”Ruby 解释道。假设我想在厨房里做一把勺子。首先，我需要在 3D 中绘制或捕捉勺子的形状或几何形状。然后我添加我想要的材料：透明塑料、不透明塑料、木材或不锈钢，带有光泽或哑光饰面。然后引入照明以增加尺寸。最后一个阶段是使物体看起来真实的原因。”

“最后，您必须定位相机并拍照。我们可以将相机放在上方、下方和朝上——就像在现实生活中一样。然后您可以拍摄单张照片或一系列照片的动画，就像在电影院或电影。当你在a中拍照时，实际上镜头打开以捕捉光线。在3D中，它是一样的，但是计算机对光线的质量和角度进行数学计算。元素越多，灯光越多，创建图像所需的时间就越长。”

1.渲染：材质和纹理准确描绘物体的纹理
对于真实感至关重要。艺术家更改材料和外观设置，例如有光泽的塑料或哑光亚麻布，以获得逼真的视觉表现。其他参数，例如表面甚至用于安装它的硬件，都已更改。

2.渲染：照明
光就是一切，根据罗比。“一个在 3D 中打光的人了解光和反射的物理原理。照明会产生阴影。阴影使事物看起来真实。如果没有令人信服的照明，产品看起来是假的和不自然的。人们不一定明白为什么他们认为某些东西看起来是假的，但它确实归结为一个点。“大，缺乏逼真的照明、反射和阴影。”

3.渲染：细节
安装和照明后，3D 艺术家将继续雕刻和添加细节以完成概念，目标是否是使模型尽可能接近现实。

4.提交：反馈和改进
收集客户或技术经理的反馈以进行任何修改或更改。艺术家结合输入，进行任何更改，并提交图像以供最终批准。

5.交付
最终图像提供给客户或存储在更全面的图像序列中使用。图像的分辨率和格式取决于最终用途：印刷、网络、视频或电影。

3D 渲染艺术家

3D 渲染艺术家是独特的工匠，因为他们既富有创造力又欣赏技术。许多 3D 艺术家拥有艺术或工业设计方面的经验，并将他们的技能转化为数字形式。在工业设计中，创建 2D 标志和高光以创建汽车等产品，这也称为渲染。

Julian de Puma 是一位视觉艺术家和 3D 艺术家，在游戏和工程可视化方面拥有超过 25 年的经验。De Boma 说，灵活性在过去是一个优势，但今天的雇主经常寻找专家。“例如，机械和工业设计客户使用更高质量、更昂贵的软件工具，因为它们需要精度。这些艺术家往往有更多的工程思维。有机渲染就像在粘土中工作，创造龙、怪物、人和软的事情，更像是绘画或传统绘画，我都可以做，但我更喜欢更有机的主题。”

无论 3D 艺术家从事何种类型的工作，不断学习新软件都是当今职业的一部分。尽管技术的发展速度比以往任何时候都快，de Boma 指出，“它们往往使事情变得更容易和更快，这是一件好事。”

各种3D显示技术

现实主义，或不真实图像中的现实错觉，是 3D 渲染的主要目标之一。大多数技术专注于创造可信的视角、照明和细节。

3D 渲染的类型

• 实时显示或交互式显示：实时渲染主要用于交互式图形和游戏中，对来自 3D 信息的图像进行高速处理。专用图形硬件提高了实时渲染性能，确保快速图像处理。“实时渲染的最佳示例是视频游戏，”Ruby 解释道。“现在正在以每秒 60 帧的速度进行渲染。Marxent 有一款可以实时渲染的产品：3D 房间布局。当您想要以高质量渲染时，计算机会计算出自然阴影的样子。发现一个更真实的场景需要几分钟。”
• 非即时或离线预渲染：通常用于对处理速度的需求较低的情况，当照片级需要尽可能高的视觉效果时使用此方法。与实时查看不同，过程中没有不可预测性。“皮克斯的动画需要一小时来渲染一帧，”罗比指出。
• 多通道视图：后期制作过程将此图像拆分为单独的层。修改每一层以改善整体图像。该技术可调整颜色和光强度以保留细节。视频游戏、计算机生成的电影和特殊效果使用这种技术来创建更逼真的场景。
• 多次通过通常发生在胶片中以改善最终图像。在 Markcent，我们提供单一框架。在 3D 中，我们将视图分为通道：一个通道用于阴影，一个用于反射，另一个仅用于颜色。我们采用这些通道并将它们放入合成程序中，将它们分层，并独立地改变每一侧，使阴影更亮或更暗。几个不同的通道通过更多的控制提供更好的结果 – 就像在 Photoshop 中一样，但对于动画。“
• 透视投影：这种技术使远处的物体看起来比靠近观察者眼睛的物体更小；该程序将通过乘以“恒定膨胀”来适当地映射场景中的对象来创建透视投影。单个膨胀常数意味着没有透视，而高膨胀常数会导致图像失真或“鱼眼”效应。正交投影沿垂直于绘图的平行线显示对象，用于需要精确测量和保存第三维的科学建模。
• 辐射：该技术模拟表面在照明时如何充当其他表面的间接光源。光能传递产生逼真的阴影，模拟光在现实世界场景中的传播方式。从特定表面上的一点散射的光在宽光谱中反射，实际上照亮了显示的空间。
• 光栅化：使用这种“经典”的 3D 渲染技术，从多边形、虚拟三角形或多边形网络创建对象以创建 3D 模型。在这个虚拟网格中，每个三角形的角（顶点）与不同形状和大小的三角形的顶点相交。数据与每个顶点相关联，包括空间位置、纹理和颜色。
• De Boma 解释了游戏指点：“低多边形建模可防止旧的或较弱的处理器跳闸。这样，您可以在旧系统上制作实时动画。或者您可以在一个场景中扮演很多角色。在游戏中使用低多边形建模游戏。便携，不需要高分辨率角色和对象。在现代系统上运行的现代游戏中，高分辨率角色具有不同的细节层次 (LOD)；当角色远离相机时，他们的细节减少。他们有铸造多边形。他们的纹理分辨率也降低了“。
• 光线投射：这是一种检测可见表面的快速技术。3D 艺术家自定义位置并定义视点，通常包括 60 度的视野。在虚拟空间内，艺术家放置光源。单独追踪光线，并确定光线的交点。基于这些交叉点，根据 POV 确定可见的内容。
• 光线追踪：通过将光路作为图像平面中的像素进行追踪，该技术模拟了它们如何与虚拟物体相遇。光线追踪比光线投射慢。
• 分辨率增强： 3D 图像的显示分辨率取决于用于创建图像的像素数。图像中像素的数量和密度越高，或每英寸的像素数越高，最终图像就会越清晰。准确性取决于图像需要的真实程度。
• 扫描线/线框宽度：这是一种用于确定可见表面的算法。它不是逐个像素或逐个多边形地扫描，而是逐行扫描对象。
• 着色：着色是一个渲染过程，它从特定的角度计算场景中对象的颜色。着色的一个例子是纹理映射。
• 纹理映射：纹理映射确定表面纹理、颜色或高频细节。在实时创建逼真的场景时，它显着减少了多边形和照明计算的数量。
• 传输：此技术显示场景中的光如何从一个区域传播到另一个区域。能见度是轻型运输的关键因素。
• Z 缓冲：也称为深度缓存，Z 缓冲有助于确定整个对象或对象的一部分是否在场景中可见。它用于软件或硬件中以提高显示效率。

如何安装 3D 显示器

合成是一个 3D 渲染步骤。该过程结合了路径和图层的渲染。除了增加真实感之外，它还可以节省时间和金钱，因为它编辑照片比渲染更快。

组成示例

该顺序显示了从初始实施方案到最终化合物的不同层是如何形成的。

 

以下是视频游戏 Grand Theft Auto 的序列，展示了如何操纵数据集以提高照片真实感：

由增强图像现实增强功能提供，Stefan R. Richter、Hassan Abu Al-Hija 和 Vladlin Colton

在何处以及如何使用 3D 渲染

建筑师和室内设计师在 1980 年代率先普及了 3D 观看的使用。今天，从广告到科学研究的每个行业都使用 3D 观看来打动、娱乐和教育观众。

Grégoire Olivero de Rubiana 是 The Full Room 的管理合伙人兼联合创始人，这是一家总部位于法国的机构，为家居和生活零售商创建 3D 可视化和 CGI​​。“我们的客户使用 3D 渲染而不是图像，”他解释说，“3D 图像可以更快、更经济地提供更多未来即用型产品的图像。该过程与客户建立了亲密关系，从而加速了销售转化。”

de Rubiana 还指出，使用和增强 2D 图像的能力可以实现更大的真实感，并希望将物体或环境变成自己的东西。de Rubiana 提供“使用 100% 3D 或重新设计的 2D 和 3D 组合的目标是邀请客户前往令人惊叹的美丽内部或外部寻找灵感。” “户外创作往往很成功，客户问，这里是哪里？其实，没有地方，也没有地方！”

3D 渲染示例

建筑、零售和医药等许多行业都使用 3D 渲染来可视化现实对象、销售产品、娱乐、教学或参与。3D 渲染还可以创建令人信服的人物、地点、动作和事物，这些人物、地点、动作和事物只能存在于电影和视频游戏中创建的幻想世界中。

在我们的 3D 渲染示例文章中查看组织使用此技术的各种方式。

3D 和细节层次 (LOD) 最佳实践

场景优化的最佳实践侧重于如何加快渲染速度，同时让对象看起来很逼真，从而以最快的速度获得高质量的图像。

“对于 3D 世界的初学者来说，最重要的是那些无法创建完全逼真的场景的人，他们是如何处理灯光和细节的。” The Full Room Studio 的 CG 艺术家和沙发总监 Benoît Ferrier 解释道。

Ferrier 为该领域的新手提供照明指导和细节，包括：

• 光线适度：对于 3D 室内设计，光线是创造真实感的关键因素。使用不适当的光源使场景过载可能会破坏构图。在拍摄产品时，我们经常充分利用户外自然光。对于夜景和影棚拍摄（静止或移动产品拍摄），我们依赖于标准的三点照明设置（主光、补光和背光），就像在摄影中一样。为了更自然的外观，适度是关键。
• 保持平滑：一致性、硬角和直线是“假”图像的关键特征。不平整、粗糙的角度或任何类型的铜绿都是模拟现实世界的一种方式。
• 了解你的工具并保持观察力：仅仅因为有可用的效果并不意味着你必须全部使用它们。滥用效果或滤镜（如颗粒、景深和色差）来模仿摄影对于初学者来说是一种新奇事物。查看您周围世界中的空间和物体，并根据距离，注意建模和纹理中的细节深度。

Rubey 提供了更多技巧来节省您的计算机时间并更快地完成它：

• 更少的多边形：就场景中的多边形总数而言，使模型几何图形的成本更低。例如，如果模型的某些部分由于摄像头角度而无法在视图中看到，或者如果有部分或产品远离摄像头，您可以隐藏它们或使用较低级别的清晰度。当您以多种格式构建相同的产品时会发生 LOD：低细节或高细节以从特写中查看。
• 将 LOD 用于纹理：另一种选择是将 LOD 用于纹理。就像在电脑游戏中一样，如果从特写镜头渲染，准确的产品可以显示高质量的纹理贴图，如果从远处渲染，则可以显示低/小纹理贴图。
• 减少一切：您拥有的对象越多，您拥有的特殊效果和灯光就越多，创建单个帧所需的计算时间就越多。与拥有许多树木或角色的森林不同，一个方格有一件东西可以快速计数。显示图像的确切尺寸需要更长的时间。您可以自己改进模型。
• 坚持中等多边形：当您制作 3D 模型时，它是由小三角形组成的。假设你正在制作一个球。拥有 40,000 多次计数，它看起来就像一个迪斯科球 – 这么多面。百万分之一的人，你看不到任何方面。因此，您会影响大量学生的柔软度和真实感。但是，渲染一百万个多边形对象可能需要很长时间。中级多级事物数量用于提高效率。最佳做法是不要让对象具有超过 60,000 个多边形。关键是要在速度和真实感之间找到平衡。

Ferrier 和他的艺术家团队使用不断发展的最新系统，就像这个行业一样。Ferrier 团队进行内部创新，以使整个过程更快，结果更现实。“工具包可能会改变，但我们应用于每个项目的手工方法和尖端创造力不会改变，”Verrier 强调说。

3D显示日期

在计算机出现之前，手绘 3D 显示器是艺术、工程和科学中用于交流空间现实的标准。感谢 3D 可视化领域的先驱，我们在 19 世纪以来的每个时期都取得了重大进展。

 

• 19 世纪：工业革命：所有通过 3D 制造改变世界的机器都在生产之前就被引入了——例如 James Watt 的尺寸工程图。根据尺寸图创造的发明包括电织机、蒸汽机、发电机和白炽灯。
• 19 世纪：矩阵数学：Arthur Cayley 在 1850 年代的两篇论文中发展了矩阵的代数方面。在计算机图形学中，矩阵是处理 3D 模型并将其投影到 2D 屏幕上的基础。
• 1920 年代：包豪斯：沃尔特·格罗皮乌斯 (Walter Gropius) 创立的艺术学校改变了三维空间的表现形式。即使是普通人也能理解如何在拟建的建筑和公共空间中使用空间，尽管他们仍然手工制作这些图像。
• 1950 年代：第一个数字图像：Russell Kirsch 和他的团队开发了第一台可编程计算机，即东方自动计算机 (SEAC)。SEAC 由鼓式扫描仪和用于将图像输入计算机的数据软件组成。Kirsch Walden 三个月大儿子的照片是 1957 年扫描的第一张照片。
• 1960 年代：计算机辅助设计 (CAD) 系统：Patrick Hanratty 被称为 CAD 之父，他是在与通用电气合作时开发的。CAD 使用计算机系统来创建、修改和分析设计。其他几个图形系统也被采用，包括用于设计 3D 对象的 Ivan Sutherlands Sketchpad。
• 1970 年代： 3D 实体建模软件：当 Martin Newell 使用 3D 可视化和渲染创建“犹他茶壶”，3D 渲染的象征时，展会开始起飞。
• 八十年代：双边空间划分：双边空间划分和树双边空间划分是八十年代德克萨斯大学亨利福克斯和布鲁斯兹维基达姆 F. Naylor 的创意。BSP 树结构有效地提供有关场景中空间和对象的信息。其他 BSP 应用包括光线追踪、3D 视频游戏中的碰撞检测和其他复杂的空间场景应用。
• 1990 年代：现代建模/3D 打印。1990 年代，渲染技术随着更好的软件和更高的计算能力和速度而起飞。完全以 3D 图形呈现的《玩具总动员》彻底改变了好莱坞。视频游戏也发展迅速，从像素艺术到全 3D 显示。
• 2000 年代：增强现实和虚拟现实：在新千年中，3D 图形在广告、娱乐、科学和在线购物中无处不在。巨大的飞跃是在增强、虚拟和混合现实可视化方面，让观众能够进入完全的视觉体验。
  至于未来，Robbie 说，“如果你认为第一部皮克斯电影于 1995 年问世，我们已经在制作在许多方面看起来更好的实时游戏。随着技术和实时渲染的改进，皮克斯和后期制作工作室正在为好。我不知道是怎么回事如何迅速发生，但差距是越来越近了，它变得很难看，在实时与离线观看这么多领域的差异。”

3D 渲染的好处

3D 观看有很多好处：高质量的视觉交流、显示多个视点的能力、准确的照明和规格，以及以低成本进行探索和设计的机会。

• 快速概念： 3D 渲染在物理或 2D 模型上提供一定程度的细节和比例精度。3D 渲染提供了空间、产品或体验的真实视角和规模感。
• 视觉传达质量：向买家或客户进行清晰的视觉展示有助于销售您的概念，并在您销售产品时减少退货。
• 显示多个视图：从多个位置和角度查看对象的能力使观看者能够从各个角度体验现实生活中的视图。
• 精确照明：您可以在现实生活中控制产品的室外和室内照明。
• 准确的测量和规格：当客户知道物体的尺寸时，他们可以更好地购买产品、在虚拟空间中创建或计划——这是 3D 渲染的最佳用途之一。
• 以低成本进行探索和设计：客户可以通过 3D 渲染的强大功能和灵活性产生想法并探索想象力的外部极限。

3D 渲染挑战

3D 渲染的挑战是在合理的时间内创造出引人注目的真实感。要克服的主要问题：形式本身、纹理和材料、照明。

挑战包括：

• 模型：模型在比例、大小和细节方面应该看起来很逼真。
• 纹理和材质：如果纹理和材质不是高质量和逼真的，那么模型的精度就无所谓了；你会失去现实主义。
• 光：这通常是最被忽视的因素，因为许多人没有意识到它的重要性。由于我们通常可以分辨出图案何时不正确或纹理何时不真实，因此我们大多数人都会注意到某些地方出现故障，但很难理解是因为光线造成的。人们认为在 3D 中你所要做的就是添加光，一旦你看到产品，这是一个常见的错误。
  获得良好的灯光效果需要一位经验丰富的灯光师，他知道如何为演出带来正确的细节。艺术家必须知道如何创造环境，以及如何使用和调整合适的灯光为场景添加感觉和故事。

3D渲染需要多长时间？

简单的图像可以快速渲染为 3D，而动画电影的动作序列可能需要数周才能完成。可能影响渲染时间的因素包括硬件、技术、场景复杂性、艺术家技能和最终输出要求。

3D渲染的成本是多少？

3D 渲染取决于项目大小和详细程度。对于一个简单的概念，价格可以低至数百起，对于大型公司的大型项目，起价甚至可以达到几千。

如何简化 3D 渲染

实现良好可视化的最重要因素是生产前计划和稳健的建模。如果您足够熟练并拥有适当的硬件和软件，则该过程将顺利进行。您还可以使用专业服务来加快流程。

有效的 3D 渲染就是将视觉考虑在内，进行简单的流程并了解最终目标。但是好的计划能做的事情是有限度的。

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