Развитие #Статьи

28 февраля, 2024

Как создавать фотореалистичные рендеры. Обзор 3ds Max и V-Ray

Хотя современная компьютерная графика и может почти все, добиться реалистичной картинки не так просто. А если еще важна производительность, то, пожалуй, выбор только один — V-Ray. Разбираемся, что это за плагин и как его использовать с редактором 3ds Max.

Что такое визуализация и для чего она нужна

Сегодня существуют десятки программ для 3D-моделирования. Среди них — мощные коммерческие системы и бесплатные приложения для начинающих художников с базовым функционалом. Но далеко не весь софт подходит для визуализации и анимации — создания видеороликов и изображений на основе 3D-сцен, которые можно использовать в рекламе, фильмах, играх, презентациях.

Чтобы понять, как все устроено, кратко разберем этапы создания компьютерной 3D-графики:

  • 3D-моделирование;
  • создание окружения;
  • раскрашивание моделей (текстурирование);
  • добавление эффектов и природных явлений (VFX);
  • рендеринг или визуализация.

Во многих приложениях хорошо реализованы инструменты для моделирования — создания 3D-объектов. Это математические модели, которые на экране 3D-редактора мы видим как объекты без заливки, очерченные векторными линиями. Это может быть куб, шар или более сложная модель здания, концепт автомобиля, персонажа для фильма или игры.

3D-модели создают геймдизайнеры, художники компьютерной графики, архитекторы и инженеры-конструкторы. Полигональную модель детали вроде шестерни или корпуса для электроприбора можно загрузить в 3D-принтер или фрезеровальный ЧПУ-станок — на выходе получится готовое изделие.

Но моделирования недостаточно, чтобы получить картинку или анимацию, которые можно использовать в рекламных видео или брошюрах, в кино и на телевидении. Модель нужно раскрасить (ред.: наложить текстуры — растровые изображения, имитирующие материалы), заполнить окружение, добавить визуальные эффекты, настроить свет и отражение.

Узнайте, как добиться реалистичности с помощью текстур, света и тени на курсе Основы визуализации интерьеров в 3ds Max

Узнать больше

Рендеринг или визуализация — завершающий этап. Его результатом может быть видео, которое можно использовать при производстве фильмов, или картинка. Например, рендеры создают архитекторы, дизайнеры интерьера на этапе демонстрации проектов заказчикам.

За визуализацию отвечает движок рендеринга — это отдельная программа или встроенный в 3D-редактор модуль. Он позволяет настроить виртуальную камеру, источники освещения, преломление и отражение света, природные явления. И передает команды ЦП или GPU на обработку математической модели и формирование на ее основе растровой картинки или видео. 

У таких 3D-редакторов, как Cinema 4D, Autodesk Maya, 3DS Max, Houdini, Blender, AutoCAD, уже есть встроенный модуль или движок для рендеринга. Но просчет частиц и распространения света — ресурсоемкая задача. Компьютеру нужно обработать сотни тысяч, а иногда и миллионы точек, и это занимает много времени. 

Например, компьютерную графику первой части фильма «Аватара» просчитывал дата-центр на 35 000 процессорных ядер, который занимал площадь 930 кв. м. И все равно рендеринг отдельных кадров (ред.: в одной секунде — 24 кадра) занимал несколько часов. В общей сложности просчет графики для фильма занял более месяца при круглосуточной работе сервера. Одному обычному компьютеру понадобились бы десятки лет.

Редакция Skillbox.by рекомендует к прочтению:


Кто такой 3D-дженералист и чем он занимается

 

Лучшие графические редакторы. Обзор платного и бесплатного софта от эксперта

 

3D-художник. Профессия, без которой не обходятся геймдизайн, реклама и кинопроизводство

Вторая проблема — во многих движках нет предпросмотра. Итоговый результат можно увидеть только после завершения визуализации. И если что-то не так, придется менять настройки и снова ждать несколько часов, пока компьютер сформирует изображение.

 Учитывая, что рендеринг — завершающий этап производства, часто на него просто не хватает времени. Если сократить время на визуализацию, то появится возможность выполнять работу, не срывая сроков.

Прорыв сделала небольшая компания Chaos Group из Болгарии. Она разработала плагин V-Ray, который при относительно умеренных требованиях к аппаратной части позволяет добиться невероятной реалистичности видео и изображения. И по качеству контента превосходит встроенные движки, которые создали более крупные разработчики.

V-Ray — плагин, который можно использовать самостоятельно или установить как дополнение к популярным редакторам компьютерной графики. В списке более десятка поддерживаемых приложений, включая Rhinoceros, Maya, Blender, Cinema 4D, Unreal Engine, SketchUp, Nuke. Но чаще всего с этим плагином используют 3ds Max — популярный среди 3D-художников, дизайнеров и архитекторов редактор. Именно под эту систему изначально и разрабатывался движок.

3ds Max + V-Ray. Программный тандем, на который полагаются лидеры индустрии

Комбинация из мощного и универсального редактора 3ds Max и производительного V-Ray стала отраслевым стандартом при визуализации архитектурных проектов, в кинопроизводстве, рекламе и геймдизайне. Сегодня их используют крупные компании вроде Blizzard, Maxon, 20 Century Fox, Warner Bros, Marvel, Scanline VFX, Blur Studio, Bordel Entertainment. Нередко эти инструменты используют и фрилансеры, которые выполняют проекты на заказ. Рассмотрим ближе возможности программ. 

3ds Max. Приложение №1 для моделирования 

В индустрии 3D один из главных факторов — эффективность. И по этому показателю 3ds Max выигрывает у конкурентов.

3D Studio Max выпускается с 1990-го года. Первая версия была разработана для MS-DOS, а с 1996 года — для Windows. У приложения настолько большой набор инструментов, что при установке система предлагает выбрать, для каких задач будет использоваться 3D-редактор, чтобы настроить интерфейс.

Доступные инструменты и особенности 3D Studio Max:

  • Технологии 3D-моделирования. Полигональное на основе примитивов, сплайны, NURBS-кривые, кривые Безье.
  • Работа с частицами. Встроенные плагины позволяют реалистично просчитать физику поведения мягких и твердых тел. Например, волос или тканей под воздействием ветра, жидкостей.
  • Анимация масштабных объектов и отдельных моделей. Доступна анимация частиц (огня, дыма, ветра), жидкостей, динамики тел. Если необходимого инструмента нет, то его можно настроить и сохранить шаблон.
  • Риггинг или скелетная анимация. Формируется «скелет» и «суставы» — узлы, с помощью которых можно имитировать реалистичные движения, мимику на лице.
  • Инструменты текстурирования и UV-маппинга. Наложить текстуры можно в несколько кликов. При этом доступна гибкая настройка материалов.
  • Большой список примитивов. Это базовые формы для моделирования —  многогранники, коробка со скошенными и закругленными краями, цилиндр с выпуклыми и коническими крышками, призмы, капсула, шланг, C и L-образный объекты, коробка, цилиндр, чайник, конус, сфера, тюбик, пирамида, геосфера и пр.
  • Встроенная студия персонажей Character Studio. Ускоряет моделирование людей и существ для компьютерных игр, анимационных фильмов, кино.
  • Булевые операции (Booleans). Позволяют быстро вычесть один объект из другого.
  • Большой набор дополнительных модулей. Hair and Fur — укладка волос и шерсти в несколько кликов, Hard Surfaces ускоряет моделирование твердотельных объектов, MaxScript — встроенный скриптовый язык для автоматизации рутинных задач.
  • Встроенные движки рендеринга. Scanline, ART и Arnold. Плагины доступны и отдельно от 3ds Max, их можно установить на Maya, Houdini, Cinema 4D.

3ds Max используют разработчики игр, дизайнеры мебели, художники персонажей, архитекторы и художники по компьютерной графике. Именно эта система использовалась для создания мира Пандоры и всех населяющих его существ в фильме «Аватар», сказочной вселенной в «Алисе в стране чудес», в первой и второй частях франшизы «Гарри Поттер и Дары Смерти» С его помощью появились масштабные разрушения в «2012», «Послезавтра», «Мумии». Ну и вишенка на торте — «Звёздные войны: Эпизод III: Месть ситхов».

V-Ray — лучшая система визуализации

Многие 3D-редакторы имеют встроенный движок рендеринга. Подобный модуль  есть даже у систем для инженеров. Например, у AutoCAD, ArchiCAD, Revit, Rhino3D. Но уже с конца 90-х крупные издатели софта для 3D-моделирования позволили сторонним разработчикам создавать дополнения или плагины. Так появились десятки различных модулей, включая независимые движки для рендеринга.

Первая версия V-Ray появилась в 1997-м году. Сегодня это самый популярный движок рендеринга в мире, и по количеству пользователей он превосходит остальные визуализаторы. 

Небольшой команде удалось превзойти крупные студии. V-Ray работает быстрее, выдает более реалистичную картинку, чем встроенные визуализаторы в Maya и Cinema 4D, изначально созданные для геймдева и кинопроизводства.

V-Ray относится к движкам, в основе которых лежит трассировка лучей (Ray Trace). Бывают еще игровые движки, которые задействуют исключительно возможности GPU и обеспечивают высокую скорость, но не дают такого качества. А также Real Time, где рендеринг осуществляется в реальном времени.

При трассировке учитывается не только прямой свет, но и взаимодействие света с разными поверхностями, взаимное отражение, каустика. Например, ваза на столе не только бросает тень, но и отражает лучи света, что влияет на общую освещенность кадра.

В движке V-Ray хорошо проработано глобальное освещение. В его основе — обратная трассировка лучей, которая одновременно учитывает каустику, прямой свет, диффузные и зеркальные отражения. Предусмотрено четыре алгоритма просчета — Light Cache, Photon Map (фотонная карта), Irradiance Map, Brute Force (QMC). Можно подобрать оптимальные настройки для разных сцен — архитектуры, интерьера, природы открытых пространств.

Движок построен на алгоритмах Монте-Карло. Если коротко, то это математический метод, который позволяет вычислять приблизительные значения при просчете различных явлений. С одной стороны, метод значительно экономит вычислительные ресурсы, поскольку нет предельной точности. С другой, при съемке видеокамерой или фотоаппаратом фото не бывает идеальным, возникают незначительные искажения. В результате небольшие погрешности в вычислениях на этапе рендеринга позволяют добиться высокой реалистичности картинки.

Возможности и особенности V-Ray:

  • Поддержка распределенного рендеринга на нескольких ПК одновременно (Distributed rendering).
  • Встроенные утилиты для работы с текстурами и разными типами поверхностей. Огромный список материалов с предустановленными настройками.
  • Гибкая настройка сцены — доступны десятки опций для управления освещением, тенями, отражениями и визуальными эффектами.
  • Два режима рендеринга. С помощью CPU и GPU.
  • Встроенный модуль V-Ray RT (Real-Time).
  • V-Ray Denoiser — система подавления шумов на базе технологий NVIDIA AI и Intel® Open Image Denoise.
  • Поддержка облачного рендеринга. Если производительности ПК недостаточно, то можно использовать вычислительные мощности Chaos Group.
  • Технологии V-Ray IPR и V-Ray GPU IPR для гибкого управления тенью.
  • Более 150 кинематографических VFX пресетов.
  • Инструменты анализа освещения, встроенные шаблоны, которые позволяют точно отобразить особенности захода солнца и сумерек.
  • Можно имитировать особенности работы разных типов объективов, добавлять эффект линзы от камеры.
  • Гибкая работа с материалами (V-Ray Material). Можно управлять отражением света от волос, шерсти, металлов, различных типов отделочных материалов. Есть мультяшные шейдеры. Библиотека Chaos Scans на 1000+ материалов.

И это лишь часть возможностей V-Ray. Движок используют в самых разных отраслях — от визуализации анимации для кино, рекламы, телевидения до рендеров архитектурных концептов, проектов дизайна интерьера. Например, без V-Ray не обошлась работа над такими фильмами, как «Дэдпул», «Железный человек-3» и «Исход: Боги и короли». Движок использовали на этапе разработки кроссовок Nike Air Max.

Проекты, созданные с помощью V-Ray и 3ds Max

Универсальность, скорость и высокое качество визуализации сделало V-Ray главным движком среди крупных разработчиков. Тандем 3ds Max + V-Ray компании используют в разных направлениях:

  • Кинопроизводство. Набор использовали разные студии по визуальным эффектам. Scanline — в работе над проектами «Free Gay», «Падение Луны», Scanline VFX — над картинами «Железный человек-3», «Бэтмен», «Человек-муравей», «День Независимости-2», «Сан Андреас», Digital Domain — «Человек-паук: Нет пути домой», FuseFX — «Дэдвуд: Фильм».
  • Телевидение и реклама. V-Ray использовали при производстве огромного списка телесериалов. Например, «Очень странные дела» (Scanline), «Высадка на Луну» (BBC), «Игра престолов» (ред.: среди прочего с помощью 3DS Max + V-Ray визуализировали финальный штурм Королевской гавани), «Хроники Шаннары» (Pixomondo).
  • Разработка игр или геймдев. В самих играх используются игровые движки, обрабатывающие графику в режиме реального времени. Но V-Ray используется для создания трейлеров проектов, визуализации концептов персонажей. Например, модуль использует Blur Studio — автор таких проектов, как Call of Duty, Halo.
  • Архитектура и дизайн интерьера. 3ds Max в связке с V-Ray выбрали для создания концептов 3DC Studio, 747 Studios, Nmachine, Pikcells, Anima Visual, Альберт Мицуно, Габриеле Вакка.

Если хотите ближе познакомиться с примерами визуализации и описанием проектов, можно посетить официальный сайт Chaos Group.

Альтернативы V-Ray

Несмотря на популярность, V-Ray — не единственный движок с высокой производительностью и качественной визуализацией. И это не самый лучший выбор для новичков. При выборе визуализатора нужно учитывать его стоимость, с какими программами он совместим и насколько его легко освоить. 

Corona Renderer

Первая версия вышла в 2009-м году. Визуализатор выкупила компания Chaos Group, разработчик V-Ray. Поэтому по возможностям и функциям программы постепенно становятся все более похожими. Но есть и различия.

Во-первых, у Corona Renderer большой выбор предустановленных стилей, которые покрывают до 95% задач. Необязательно экспериментировать с настройками — достаточно выбрать готовый шаблон и на выходе получится ожидаемый результат. Визуализатор проще в освоении, работает немного быстрее. Во-вторых, используется прогрессивный рендеринг — рендерить можно бесконечно. Чем дольше, тем выше детализация и разрешение изображения. При этом результат видно почти сразу.

Несмотря на достоинства, Corona Render уступает по гибкости настройки. У него выше требования к производительности, меньше набор совместимых редакторов (3ds Max, ArchiCAD, Cinema 4D). Поэтому крупные студии предпочитают V-Ray.

Движок визуализации Cycles для Blender 

Blender — бесплатный редактор векторной и трехмерной графики. По набору инструментов и возможностям это одна из самых мощных систем, сопоставимая с 3ds Max, а в некоторых аспектах и превосходит его. Встроенный модуль визуализации Cycles предлагает высокое качество рендеринга. Есть режим предпросмотра (Real Time рендеринг), поддержка HDR освещения, VR. Рендеринг с использованием мощности центрального процессора (CPU) или графической карты (GPU).

Движок Cycles относительно простой в использовании, его легко освоить. Но работает только с Blender, который нельзя назвать дружелюбным, а по скорости освоения он относится к самым сложным программам для 3D-моделирования. 

Arnold

Движок разработала компания Solid Angle, дочернее предприятие Autodesk. Изначально он создавался для кинопроизводства по заказу студии VFD Sony Pictures Imageworks. Одна из особенностей — производительный алгоритм трассировки лучей, который позволяет обрабатывать графику в режиме реального времени. 

Применялся при производстве фильмов «Ведьмак-3», «Гравитация». Предлагает большой выбор пресетов (ред.: готовых шаблонов). Совместим с Maya, Houdini, Cinema 4D, Katana и Softimage. Установлен по умолчанию в 3ds Max и в некоторых подписках AutoCAD.

Полезные ресурсы от редакции Skillbox.by

3ds Max в паре с V-Ray — лучшее программное обеспечение для 3D-визуализации. Его используют архитекторы, художники по спецэффектам и компьютерной графике в рекламе, на телевидении и кино. Приложения быстро развиваются, а разработчики постоянно внедряют новые технологии. В прошлом — V-Ray одним из первых начал использовать технологию CUDA. Сейчас компания интегрирует искусственный интеллект.

3ds Max и V-Ray — самый популярный тандем программ, который используют студии по ландшафтному дизайну, архитектурные бюро, рекламные продакшены, кинокомпании. Если вы планируете работать в одном из этих направлений, то будет полезно разобраться в тонкостях этих программ. Чтобы это было сделать проще, редакция Skillbox.by собрала список полезных ресурсов для изучения.

 

Интернет-ресурсы:

  • docs.chaos.com — здесь собрана документация по V-Ray и других продуктах Chaos Group;
  • CCDirector — здесь можно узнать о «железе» для 3D-моделирования;
  • Медиа Contented — здесь можно найти полезные материалы о дизайне, современных профессиях и трендах;
  • docs.blender.org — официальный мануал по визуализации в Blender;
  • 3D | Creative Bloq — блог о дизайне, рекламе, цифровом искусстве;
  • The new V-Ray 6 for 3ds Max is here — официальный обзор V-Ray;
  • Luxury Visuals — блог о 3D-моделировании и визуализации для дизайнеров интерьера и архитекторов;
  • Jake Denham — youtube-канал о 3D и визуализации;
  • ARHITEACH — на этом youtube-канале можно найти много информации о моделировании для архитекторов;
  • VizAcademy UK — англоязычный youtube-канал о моделировании и визуализации. 

Осваивайте профессию 3D-визуализатора со Skillbox

Вы научитесь визуализировать интерьеры, создавать архитектурные модели, моделировать городскую среду, работать со светом и текстурами и делать постобработку рендеров. Вы освоите три программы для визуализации, включая 3ds Max, и познакомитесь с нейросетями. Поработаете над реальными задачами и добавите три проекта в портфолио.

Забрать доступ

Какие профессии будут востребованы на фрилансе в 2024 году

Подробнее