Не фотореалистичный рендеринг - Non-photorealistic rendering

  (Перенаправлено из Художественного рендеринга )
Обычный шейдер (слева) и шейдер NPR с использованием cel-shading (справа)

Нефотореалистичный рендеринг ( NPR ) - это область компьютерной графики, которая фокусируется на предоставлении широкого спектра выразительных стилей для цифрового искусства, в отличие от традиционной компьютерной графики , которая фокусируется на фотореализме . NPR вдохновлен другими художественными стилями, такими как живопись , рисунок , техническая иллюстрация и анимационные мультфильмы . NPR появлялся в фильмах и видеоиграх в форме анимации с затенением целиком (также известной как затенение « мультяшек »), а также в научной визуализации , архитектурной иллюстрации и экспериментальной анимации .

История и критика термина

Термин нефотореалистичный рендеринг, как полагают, был введен комитетом по документам SIGGRAPH 1990, который провел сессию под названием «Не фотореалистичный рендеринг ».

Термин получил некоторую критику:

  • Термин « фотореализм » имеет разные значения для исследователей графики (см. « Фотореалистичный рендеринг ») и художников. Для художников, которые являются целевыми потребителями техники NPR, это относится к школе живописи, которая фокусируется на воспроизведении эффекта объектива камеры со всеми искажениями и гиперотражениями, которые он создает. Однако для исследователей графики это относится к изображению, которое визуально неотличимо от реальности. Фактически, исследователи графики относят все виды визуальных искажений, которые используются художниками-фотореалистами, к «нефотореализму».
  • Описать что-то тем, чем оно не является, проблематично. Эквивалентные (выдуманные) сравнения могут быть «неслоновой биологией» или «негеометрической математикой». Исследователи NPR заявили, что они ожидают, что этот термин со временем исчезнет и будет заменен теперь более общим термином «компьютерная графика» с термином «фотореалистичная графика», используемым для описания «традиционной» компьютерной графики.
  • Многие методы, которые используются для создания «нефотореалистичных» изображений, не являются методами визуализации . Это методы моделирования или методы постобработки. Хотя последние становятся известными как «рендеринг на основе изображений», методы моделирования на основе эскизов технически не могут быть включены в этот заголовок, что очень неудобно для организаторов конференций.

Первая конференция по нефотореалистичной анимации и рендерингу включала обсуждение возможных альтернативных названий. Среди предложенных были «выразительная графика», «художественная визуализация», «нереалистичная графика», «художественная визуализация» и «психография». Все эти термины использовались в различных исследовательских работах по этой теме, но, похоже, термин «нефотореалистичный», тем не менее, прижился.

Первой технической встречей, посвященной NPR, был организованный ACM Симпозиум по нефотореалистичной визуализации и анимации (NPAR) в 2000 году. NPAR традиционно совмещается с фестивалем анимационных фильмов в Анси, который длится четные годы. Начиная с 2007 года, NPAR начал работать в нечетные годы совместно с ACM SIGGRAPH .

3D

Пример NPR, используемого для технических иллюстраций

Трехмерный NPR - это стиль, который чаще всего встречается в видеоиграх и фильмах. Результатом этого метода почти всегда является 3D-модель , которая была изменена по сравнению с исходной входной моделью, чтобы отобразить новый художественный стиль. Во многих случаях геометрия модели идентична исходной геометрии, и изменяется только материал, нанесенный на поверхность. С увеличением доступности программируемых GPU -х, шейдеры позволили NPR эффекты , которые должны применяться к rasterised изображение, которое будет отображаться на экране. Большинство методов NPR, применяемых к трехмерной геометрии, предназначены для того, чтобы сцена выглядела двухмерной.

Методы NPR для 3D изображения включают чел затенение и Гуч затенение .

Для повышения удобочитаемости наиболее полезные технические иллюстрации для технической коммуникации не обязательно фотореалистичны. Нефотореалистичные визуализации, такие как покомпонентные диаграммы, значительно помогают показать размещение деталей в сложной системе.

2D

Не фотореалистичная визуализация существующего 2D (фотографического) изображения
Оригинал здесь

Входом в двухмерную систему NPR обычно является изображение или видео. Результатом обычно является художественная визуализация этого входного изображения (например, в стиле акварели, живописи или зарисовок), хотя некоторые двухмерные NPR служат нехудожественным целям, например, визуализации данных.

Художественная визуализация изображений и видео (часто называемая стилизацией изображений) традиционно ориентирована на эвристические алгоритмы, которые стремятся имитировать размещение мазков кисти на цифровом холсте.

Возможно, самым ранним примером 2D NPR является работа Пола Хэберли « Раскраска по номерам » на выставке SIGGRAPH 1990. Эта (и аналогичные интерактивные техники) предоставляет пользователю холст, который он может «рисовать» с помощью курсора - как пользователь рисует , на холсте раскрывается стилизованный вариант изображения. Это особенно полезно для людей, которые хотят имитировать мазки кисти разного размера в соответствии с различными областями изображения.

Впоследствии основные операции обработки изображений с использованием операторов градиента или статистических моментов были использованы для автоматизации этого процесса и минимизации взаимодействия с пользователем в конце девяностых (хотя художественный контроль остается за пользователем посредством настройки параметров алгоритмов). Эта автоматизация позволила на практике применить 2D NPR к видео, впервые в живых картинах фильма « Куда приходят мечты» (1998).

Более сложные методы абстракции изображений были разработаны в начале 2000-х годов с использованием операторов компьютерного зрения, например операторов заметности изображения или сегментации, для управления размещением штрихов. Примерно в это же время машинное обучение начало влиять на алгоритмы стилизации изображений, особенно на аналогии изображений, которые могут научиться имитировать стиль существующих произведений искусства.

Появление глубокого обучения возродило деятельность в области стилизации изображений, особенно с помощью алгоритмов передачи нейронных стилей (NST), которые могут имитировать широкий спектр художественных стилей из отдельных визуальных примеров. Эти алгоритмы лежат в основе мобильных приложений, способных выполнять те же функции, например Prisma

В дополнение к вышеупомянутым методам стилизации, родственный класс методов в 2D NPR предназначен для моделирования художественных медиа. Эти методы включают моделирование диффузии чернил через различные виды бумаги , а также пигментов через воду для моделирования акварели .

Художественный рендеринг

Художественный рендеринг - это применение стилей визуального искусства к рендерингу. Для фотореалистичных стилей рендеринга упор делается на точном воспроизведении светотени и свойств поверхности изображаемых объектов, композиции или других более общих качеств. Когда акцент делается на уникальных стилях интерпретации визуализации, визуальная информация интерпретируется художником и отображается соответственно с использованием выбранной художественной среды и уровня абстракции в абстрактном искусстве . В компьютерной графике стили интерпретирующего рендеринга известны как стили нефотореалистичного рендеринга, но могут использоваться для упрощения технических иллюстраций . Стили визуализации, сочетающие фотореализм и нефотореализм, известны как стили гиперреалистичной визуализации.

Известные фильмы и игры

В этом разделе перечислены некоторые оригинальные применения методов NPR в фильмах, играх и программном обеспечении. Просмотрите анимацию с затенением для получения списка использования затенения мультяшек в играх и фильмах.

Короткие фильмы
Технологическая угроза 1988 г. Раннее использование мультяшного затенения вместе с героями мультфильмов в стиле Текс Эйвери
Газовая планета 1992 г. Карандашный 3D-рендеринг Эрика Дарнелла
Рыбная ловля 2000 г. 3D-рендеринг в акварельном стиле Дэвид Гейни
RoadHead Закуски
и напитки
1998
1999
Короткие фильмы , созданные с Rotoshop по Бобу Сабистона
Райан 2004 г. Нелинейная проекция и другие искажения 3D-геометрии
Девушка, которая плакала цветы 2008 г. Рендеринг в стиле акварели от Auryn
Художественные фильмы
Куда приводят мечты 1998 г. Живописный рендеринг в последовательности "нарисованный мир"
Тарзан 1999 г. Первое использование системы Disney "Deep Canvas"
Пробуждение жизни 2001 г. Первое использование rotoshop в художественном фильме
Сканер в темноте 2006 г. «15-месячный анимационный процесс»
Видеоигры и другое программное обеспечение
Jet Set Radio 2000 г. Раннее использование toon-shading в видеоиграх
SketchUp 2000 г. Программное обеспечение для моделирования в стиле эскизов с отрисовкой мультяшек
Легенда о Zelda: The Wind Waker 2002 г. Одна из самых известных игр с шейдером
Хроники Валькирии 2008 г. В игре используется ряд техник NPR, в том числе метод затенения в виде эскиза.
XIII 2003 г. Игра, сделанная как можно более "юмористической"
Оками 2006 г. Игра, визуальное оформление которой имитирует стиль суми-э (японское рисование тушью).
Виновный Gear Xrd 2014 г. Игра-файтинг, в которой используются 3D-персонажи с заштрихованным цветом и ограниченная анимация для имитации вида 2D-спрайтов.
Vue Xstream 2015 г. Программное обеспечение для создания трехмерной среды с рендерером NPR с различными предустановками эмуляции традиционного художественного стиля
Возвращение Обра Динна 2018 г. 3D-игра, выполненная в уникальном монохромном стиле пуантилистов.

Ссылки

дальнейшее чтение

Некоторые ключевые документы в развитии NPR:

внешние ссылки