Mientras creamos un objeto 3D, la geometría y las texturas se muestran toscas, no proyectan sombras y su atractivo visual es cuestionable. No es hasta que sacamos un render que las figuras sin lustre y los materiales planos cobran vida y todo el trabajo de modelado luce tal y como se había planeado. Pero, ¿qué significa renderizar? ¿Y cómo ocurre tal magia?
En este artículo vamos a definir brevemente qué es renderizar, los tipos de renderizado, su lugar en una producción y los softwares más usados para esta labor.
¿Qué es renderizar?
El renderizado es la generación de una imagen 2D a partir de los polígonos de modelos 3D, sus materiales aplicados y la iluminación de la escena. El motor de render tiene en cuenta las características de los materiales, cómo la luz incide y rebota en ellos, así como una serie de parámetros definidos por el usuario, con tal de generar instantáneas fotorrealistas (o con otra estética, pero siempre basadas en propiedades físicas de la luz).
Las mejoras en hardware de los últimos años han popularizado el uso de la técnica de ray tracing, incluso en juegos (aunque de forma limitada). Propuesto en 1979 por J. Turner Whitted como mejora del ray casting, este método simula el viaje de los rayos de luz desde las fuentes emisoras hasta la lente de la cámara, teniendo en cuenta sus rebotes y refracciones, las sombras proyectadas y la eliminación de superficies no visibles. Se definen así cuatro tipos de rayos: primarios, de sombra, reflejados y transmitidos.
Sobre la base de Whitted surgieron iteraciones que fueron resolviendo con más exactitud la ecuación de render, siempre bajo la misma premisa: el seguimiento del camino de la luz desde las fuentes emisoras de fotones hasta llegar a la posición del observador. Sin embargo, trazar todos los rayos de una escena sería un derroche, puesto que sólo una pequeñísima parte alcanza la lente. En pos de la eficiencia computacional, se invierte la trayectoria de los rayos y se evalúan únicamente los que parten de la posición del observador.
Tipos de renderizado
Según cuando se ejecuta el render, distinguimos:
- Render en tiempo real: es el utilizado en videojuegos o gráficos interactivos. Para permitir que un personaje se mueva por acción del usuario, la escena debe actualizarse antes de dibujar el siguiente frame, lo que deja un tiempo muy limitado para generar todos los gráficos. El arte del cine ha demostrado que, para percibir un movimiento como natural, deben mostrarse un mínimo de 24 imágenes por segundo. A una frecuencia típica de videojuegos de 60fps, ¡cada frame se renderiza en 0,017 segundos! La prioridad es pues lograr la mayor fidelidad gráfica que se pueda computar en ese intervalo.
- Prerrenderizado: es el caso de cualquier imagen estática o de las cinemáticas. En esta modalidad se calculan cientos de rebotes de la luz, reflejos y físicas complejas (como mecánicas de fluidos) y efectos de translucidez de la piel u otros materiales (llamados subsurface scattering).
Al no ejecutarse en tiempo real, el objetivo principal es la obtención de imágenes con un nivel de detalle muy alto, dejando en segundo plano el tiempo de renderizado. Cada fotograma puede demorarse días; las películas de animación actuales requieren cientos o miles de años de render. Los cálculos son tan complejos que se han desarrollado soluciones para distribuir la carga computacional en granjas de renderizado que en paralelo, acortando drásticamente los tiempos.
Según el hardware que procesa:
- CPU: la modalidad tradicional, que todavía arroja los resultados más fieles. Prácticamente la totalidad de programas 3D vienen con un render por CPU bajo el brazo.
- GPU: es un método muy reciente que los softwares aún están implementando, pero ya ha demostrado ser más rápido y requerir hardware menos costoso, además de permitir la interacción en tiempo real con la escena. Estas ventajas pueden multiplicar la eficiencia de los artistas 3D, que en el mismo tiempo pueden iterar muchas más veces que con un motor por procesador.
Se suele aconsejar a los principiantes comenzar con renderizado por CPU y pasar a un motor por GPU tras tener unas nociones.
Fase de render en la industria de la animación
En la industria del cine, el render se realiza al final de la fase de producción, justo después del lighting y antes de la composición. El rendering technical director (TD) es, como indica su nombre, un perfil muy técnico que certifica la optimización de todos los elementos, la nomenclatura y el orden del proyecto y finalmente renderiza la película.
Por un lado, distintas partes de la escena se agrupan en capas para optimizar los tiempos de render y facilitar el proceso de composición. Por ejemplo, en el caso de un plano en que la cámara sea estática, tan solo se renderizaría un fotograma de la capa que incluye el fondo; o bien, en caso de detectar un fallo en un personaje, sólo haría falta volver a renderizar su capa.
Luego, el renderizado de cada capa se divide AOVs (Arbitrary Output Variable) o render passes, donde cada uno representa un canal de información (difuso, especular, oclusión ambiental, emisivo, transmisión, …). La superposición de ciertos AOVs da como resultado el “beauty pass”.
La ordenación en capas y la elección de los AOVs útiles para una determinada escena ahorra tiempo de cálculo y da flexibilidad y control en postproducción al compositor, quien trabajará con los archivos de pases para componer el plano final.
Motores de render
La mayoría de motores del mercado funcionan usando la CPU como músculo de cálculo, pero, dados los avances en procesamiento por GPU, cada vez más han ido incorporando este método. Algunos de los motores más usados son:
- Arnold
- V-ray
- Redshift
- Keyshot
- Marmoset Toolbag
- Octane Render
- Maxwell
- Corona Renderer
- Lumion
- Cycles – Blender
- Unreal Engine
Aunque el renderizado se basa en una gran cantidad de cálculos sofisticados, los softwares actuales ofrecen algunos parámetros bastante sencillos de comprender y usar. Cada uno tiene funcionalidades únicas, pero en general sus similitudes superan a sus diferencias. Abajo podemos ver los parámetros de Arnold, disponible para 3ds Max y Maya, entre muchos otros softwares 3D.
Algunos de estos parámetros comunes son la resolución del render, asignación de núcleos de CPU (o bien uso de GPU), profundidad de rayos de luz, motion blur o funciones para reducir el ruido. La calidad se verá afectada en gran medida por el número de muestras o samples que le indiquemos hacer. Los samples se dividen en diversas categorías (diffuse, specular, transmission, volume…) y se toman varias muestras de cada una. Cuantas más muestras, mayor fidelidad y menor ruido se verá al renderizar.
Otras opciones de Arnold incumben parámetros de las texturas, teselación de las mallas, ocultación de ciertos elementos de la escena… También es posible renderizar por capas y AOVs, tal como hemos explicado antes, e incluso se pueden crear AOVs personalizados a merced de los compositores.
Aplicación del render 3D
Los renders 3D son la forma ideal de enseñar un proyecto 3D y su uso es esencial en un sinfín de industrias: cine, arquitectura, interiorismo, videojuegos, diseño, publicidad, VR, ingeniería, simulaciones… entre muchas otras.
Esperamos que tras este artículo te hayas llevado las nociones básicas sobre qué es renderizar.
