Renderointi

Renderointi (sanotaan myös renderöinti) tai hahmonnus tarkoittaa tiettyjen kappaleiden tai kuvien esittämistä näytöllä. Termi tulee alun perin latinan verbistä reddo (myöhemmin rendo), joka tarkoitti 'antaa takaisin'. 

Renderöinnillä voidaan viitata tekstin esittämiseen näytöllä tai esimerkiksi animaation tekemiseen tietokoneella kuten tunnetuissa Pixarin animaatioissa.
Renderointia käytetään tietokone- ja videopeleissä, simuloinnissa, elokuvien ja television erikoistehosteissa ja muotoilun apuna. Renderointia käytetään myös videoeditoinnissa, kun halutaan tuottaa efektejä videokuvaan. Renderöinti voi pyrkiä fotorealismiin tai ei-fotorealistiseen tulokseen.

Tietokoneavusteissa suunnittelussa (CAD) renderöinti on tietty näkymä kolmiulotteiseen malliin, joka on muutettu realistiseksi kuvaksi. CAD-renderöinti käyttää yksinkertaista valaistusta ja varjostusta sekä edistyneempiä efektejä. Myös verkkoselainten tekemää HTML:n käsittelyä voidaan kutsua renderöinniksi.

Renderöinti voi käyttää esimerkiksi kolmiulotteisella mallinnuksella tai proseduraalisella generoinnilla muodostettua tietoa, joka renderöidään esitettäväksi. 

Renderointiohjelmat voidaan jakaa myös reaaliaikaisiin (mm. tietokone- ja videopelit) ja ei-reaaliaikaisiin (elokuvateollisuus).

Kolmiulotteisessa grafiikassa 

Polygonimalli on datasta muodostuva ohjelmallinen kuvaus usein kolmiulotteisesta objektista. Se voi sisältää tiedot geometriasta ja sen yhteydessä käytetään tietoja mm. katselukulmasta, tekstuurista sekä valaistuksesta. Tuloksena oleva renderoitu kuva on bittikarttagrafiikkaa. Reaaliaikaisessa grafiikassa kuvataajuus on useita kymmeniä kuvia sekunnissa, elokuvateollisuudessa ja muussa ei-reaaliaikaisessa renderöinnissä yhden kuvan renderöintiin voidaan käyttää huomattavasti enemmän aikaa.

Elokuvateollisuudessa (kuten elokuvassa Foodfight) yksittäisen kuvan renderöinti voi vaatia 48:sta 72:een tuntiin aikaa valmistuakseen. Elokuvissa käytetään 24 kuvaa sekunnissa yhden kuvan ollessa  kertaa  pikseliä 32- tai 64-bittisellä värisyvyydellä.

Renderöintimenetelmiin kuuluvat muun muassa rasterointi (), säteensuuntaus () ja säteenseuranta ().
Myös pyyhkäisyviivarenderöintiä () on käytetty. Path tracing on eräs kehittynyt menetelmä.

Cel-shading pyrkii tuottaamaan piirrosanimaation näköistä jälkeä 3D-grafiikan avulla. Fysiikkaperusteinen renderöinti (PBR) on kehitysaskel, joka eroaa perinteisistä renderöintitekniikoista.

Kolmiulotteinen renderöinti on kehittynyt useiden vuosikymmenien aikana ohjelmistojen ja laitteiden kehittyessä kattamaan sekä reaaliaikaisen että offline-renderöinnin.

Grafiikkaliukuhihnassa () kolmiulotteisen grafiikan renderöinnissä useimmat toiminnot suoritetaan ennen rasterointia. Liukuhinan vaiheisiin kuuluvat geometrisen mallin muuttaminen kolmiulotteisen maailman koordinaattijärjestelmään, valaistusyhtälöt vertekseissä, muuttaminen näköavaruuteen, perspektiivin muunnos, leikkaus, muunnos näyttöavaruuteen, rasterointi ja näkyvyyden ratkaisu. Syötteitä ovat kolmiulotteisen mallin ja sen ympäristön lisäksi virtuaalisen kameran näyttöalueen parametrit. Vain suoraan näytöllä esitettävät primitiivit tarvitsee välittää rasteroinnille ja leikkausvaihe () karsii piiloon jäävät pois.

Erilaisia liukuhihnoja on kehitetty useita ja muun muassa elokuvateollisuudessa käytetään yleisimmin mikropolygoneihin perustuvaa ratkaisua. Akateemisessa tutkimuksessa käytetään usein säteenseurantaan perustuvaa liukuhihnaa.
Ohjelmoitavat liukuhihnat grafiikkasuorittimissa ovat korvanneet kiinteätoimiset liukuhihnat ja viimeinen kiinteätoiminen oli luultavasti Nintendo Wiissä.
Erilaiset shader-ohjelmat ovat pääasiallinen tapa ohjata grafiikkasuoritinta: osa toiminnoista on konfiguroitavia (ei ohjelmoitavia) suorituskykysyistä, mutta trendi on kohti ohjelmoitavuutta.

Ohjelmistot 
Renderöinti on tyypillisesti osa joko grafiikkaa esittävää ohjelmaa tai sen käyttämää kirjastoa tai käyttöjärjestelmän ominaisuus.

Renderöintiin kuten kuvien tai animaatioiden tekemiseen on lukuisia tarkoitukseen kehitettyjä ohjelmia.
Jotkut ohjelmat on integroitu osaksi laajempia mallinnus- ja animaatio-ohjelmia ja jotkut ovat itsenäisiä ohjelmia. Osa ohjelmista on kaupallisia ja osa avoimen lähdekoodin ohjelmistoja.

Animaatioita varten Lucasfilmillä kehitettiin Reyes-ohjelmisto, jonka seuraaja on Pixarin RenderMan.
Reyesissä laskenta suoritetaan tarkoitukseen luonnollisesti sopivassa koordinaattijärjestelmässä kuten paikallisessa koordinaattijärjestelmässä polygoneja luotaessa ja teksturoitaessa sekä näyttökoordinaateissa näkyvyyden laskennassa.

Katso myös 
 Kolmiulotteinen mallinnus
 Cel-shading
 CGI (grafiikka)
 Radiositeetti
 Fysiikkaperusteinen renderöinti
 Pyyhkäisyviivarenderointi
 Teksturointi
 Piilotetun pinnan poisto
 Shader-ohjelma

Lähteet

Kirjallisuutta
 Foley; Van Dam; Feiner; Hughes (1990). Computer Graphics: Principles And Practice. Addison Wesley. ISBN 0-201-12110-7.
 Glassner (1995). Principles Of Digital Image Synthesis. Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-276-3.
 Pharr; Humphreys (2004). Physically Based Rendering. Morgan Kaufmann. ISBN 0-12-553180-X.
 Dutre; Bala; Bekaert (2002). Advanced Global Illumination. AK Peters. ISBN 1-56881-177-2.
 Jensen (2001). Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping. AK Peters. ISBN 1-56881-147-0.
 Shirley; Morley (2003). Realistic Ray Tracing (2nd ed.). AK Peters. ISBN 1-56881-198-5.
 Glassner (1989). An Introduction To Ray Tracing. Academic Press. ISBN 0-12-286160-4.
 Cohen; Wallace (1993). Radiosity and Realistic Image Synthesis. AP Professional. ISBN 0-12-178270-0.
 Akenine-Moller; Haines (2002). Real-time Rendering (2nd ed.). AK Peters. ISBN 1-56881-182-9.
 Gooch; Gooch (2001). Non-Photorealistic Rendering. AKPeters. ISBN 1-56881-133-0.
 Strothotte; Schlechtweg (2002). Non-Photorealistic Computer Graphics. Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-787-0.
 Blinn (1996). Jim Blinns Corner – A Trip Down The Graphics Pipeline. Morgan Kaufmann. ISBN 1-55860-387-5.

Aiheesta muualla 
 SIGGRAPH, Association for Computing Machineryn erityisryhmä
 Ray Tracing News Guide 
 Real-Time Rendering resources Real-Time Rendering -kirjaan liittyvää lisämateriaalia.
 The RADIANCE Lighting Simulation and Rendering System

Tietokonegrafiikka
Elokuvateknologia
Seulonnan keskeiset artikkelit