在数字娱乐日益发展的时代，3D渲染一直在不断发展，本文将和大家一起了解渲染的不同类型、用例以及您可以使用的可用软件。
什么是3D渲染？
虽然乍一听可能很复杂，但3D渲染本质上是使用专用软件从3D模型创建2D图像的过程。这意味着3D模型，从房子到杯子甚至角色的任何东西，看起来都像是二维的“虚拟拍摄”（同时看起来是全维度的）。
技术性更强一些，3D渲染是通过运行专门的软件来完成的，我们很快就会研究这些软件，它要么使用GPU、CPU，要么同时使用两者来创建渲染。此外，渲染应用程序是资源消耗型程序。为了更快地渲染，通常需要额外的升级。处理器速度、显卡集成和兼容性、驱动程序兼容性、RAM是实现快速、高质量渲染的众多因素之一。
鉴于这可能是相当繁重的工作量，专业艺术家或工作室通常会拥有非常强大的硬件，使他们能够在更短的时间内渲染更复杂的场景。
渲染本身是通过模拟光线如何与场景的不同部分交互来实现的，然后将图像投影到虚拟相机中。这些光模拟的计算方式根据所使用的渲染类型而有所不同，我们将在下面进一步介绍它们。
3D渲染是干什么用的？
在数字时代，3D渲染应用于从设计到娱乐的许多应用和行业。这里有一些例子：
游戏：几乎所有3D游戏的工作原理都是将3D场景渲染到2D屏幕上，无论是通过显示器还是VR耳机观看。
建筑：建筑的概念和高质量预览是通过创建要制作的建筑的3D渲染来完成的，有专门的公司（例如Render4Tomorow和DBox）从事这方面的工作。
电影和动画：包含计算机图形(CG)或其他3D资源的电影需要先渲染，然后才能合成到素材中。无论我们看看小型独立工作室还是皮克斯或梦工厂等大公司，他们都会在制作中使用3D渲染。
产品设计：渲染可用于可视化尚未制造的产品的概念和成品版本。与电影工作室类似，苹果、三星、特斯拉等许多公司都使用3D渲染来展示其产品的概念。
了解了您可能会在何处遇到渲染后，我们将介绍不同类型的3D渲染。
3D渲染的类型
多年来，3D渲染不断发展，新技术不断开发，可以创建更快、更真实的渲染。如今，3D渲染有两种主要类型，它们可以利用不同的渲染技术。
即时的
这最常见于必须实时渲染对象或场景的游戏和场景中。我们所说的“实时”是指在不到一秒的时间内渲染每个2D图像，速度以“每秒帧数”(FPS)来衡量，在某些情况下，其范围可以从30到超过100。
实时渲染最常见的示例之一与视频游戏有关。想象一下，您正在控制一个在房间内移动的角色。随着视图的转变以显示所述房间的新的或更详细的部分，实时渲染使我们能够以几乎即时的方式看到周围的世界（只要您的硬件足够强大）。
预渲染
预渲染也称为“离线渲染”，是一种较慢的渲染类型，其中每个帧可能需要几分钟甚至几小时的时间来渲染，具体取决于其复杂性。这在电影和动画中更常见，质量比速度更重要。
《阿凡达》、《星球大战》和《沙丘》宇宙等众多电影都利用3D渲染来添加背景、道具或其他效果，而这些在现实生活中很难或根本不可能做到。而其他电影，例如《玩具总动员》和《汽车总动员》则完全使用3D渲染制作。
这并不是说视频游戏不能预渲染；而是说视频游戏不能预渲染。《生化危机》和《最终幻想》系列使用了预渲染背景。
由于这种类型渲染的性质，它比实时渲染需要更多的计算能力。但渲染实际上是如何完成的呢？
渲染技术
有几种类型的“渲染技术”决定了场景的渲染方式。
光栅化
光栅化的工作原理是将模型视为多边形网格，这些多边形的顶点嵌入了位置、纹理和颜色等信息。然后将这些顶点投影到垂直于透视图（即相机）的平面上。由于顶点充当边界，其余像素将填充正确的颜色。想象一下，首先为您绘制的每种颜色绘制一个轮廓，即通过光栅化进行渲染。
光栅化是一种快速渲染形式，对于实时渲染（例如计算机游戏）特别有用。它通过更高的分辨率和抗锯齿得到了进一步的改进，抗锯齿是一种用于平滑对象边缘并将其融合到周围像素的过程，尽管与其他技术相比，它可能仍然缺乏真实感。
光线投射
当存在重叠对象时，光栅化会遇到问题：如果表面重叠，最后绘制的一个将反映在渲染中，导致渲染错误的对象。这个问题的解决最终导致了光线投射的发展。该技术将光线从相机投射到场景上，然后检测与对象的交叉点以确定渲染的像素颜色。它首先碰到的表面将显示在渲染中，并且第一个表面之后的任何其他交叉点都不会被渲染。它比光栅化渲染更准确，但计算量也更大。
光线追踪
与光线投射有些类似，光线追踪通过追踪进入场景的光线来模拟光线的行为，同时考虑反射、折射、阴影等。例如，如果表面是反射表面，则产生的反射光线将以一定角度发射，并将照亮其击中的任何其他表面，这将进一步发射另一组光线。因此，该技术也称为递归光线追踪。对于透明表面，一旦二次光线照射到表面，就会发出折射光线。它可以产生具有精确照明的高度逼真的渲染，但需要大量的计算能力，并且比之前的两种技术慢。
纹理/凹凸贴图
该技术在平坦的表面上创建3D效果，为纹理模型提供“高度”的错觉。它通常与光线追踪渲染一起出现，旨在为对象或背景添加更多真实感。
3D渲染引擎
了解了不同类型的3D渲染及其用例后，我们就该看看使这成为可能的不同类型的引擎了。
3D渲染引擎本质上是3D软件和游戏的一部分，它们利用PC的硬件，使用前面提到的渲染技术将场景、角色、环境等转换为2D图像。然后可以像大多数游戏一样实时显示，或者导出并合成在一起以用于电影和艺术工作负载。
其中最著名的是：
Arnold：由Autodesk开发，用于Maya、Cinema 4D和Houdini。
虚幻引擎：由Epic games开发，用于其自己的虚幻引擎软件3dsMax和Cinema 4D。
Octane：由Refractive Software LTD开发，有自己的软件，但可以与Rhino、SketchUp和Cinema 4D结合使用。
Redshift：由Redshift开发，现在是Maxon的子公司，可用于Blender、Katana和Cinema 4D。
Eevee：Eevee是Blender渲染引擎中的新增功能之一，变得相当流行，因为它基本上为Blender带来了实时渲染。
Cycles：使用Blender的Cycles渲染完成列表，仅在Blender内部可用，但仍然是一个很棒的免费选项。
请记住，这些是3D渲染引擎，而不是软件，我们接下来也会研究软件。如上所述，这些可以与它们自己的专有程序放在一起，或者可以由各种其他不同的软件使用。
3D渲染软件
最后，我们将了解一些最好的3D渲染软件，其中还包括一些前面提到的渲染引擎。
Blender
Blender是免费的开源3D软件，可用于各种应用程序，包括渲染。对于初学者来说，这是一个很好的选择，最重要的是，它是完全免费的。Blender也是我们最喜欢的用于许多其他任务的选项之一-您可以找到有关建模、动画的指南以及更多有关它的教程。不仅如此，Blender还配备了三种不同的渲染引擎：Cycles、Eevee和适用于AMD GPU的Workbench。虽然原始选项Cycles可以说提供了最好的质量，但Eevee已经变得相当流行，它提供了一些令人惊叹且超快的渲染，特别是对于风格化场景。
Maya
Maya由Autodesk开发，是工业级制作3D软件的行业标准。与Blender不同的是，它不是免费的——订阅费用约为280欧元/月或~2,250欧元/年。Maya已用于某些流行电影，例如《怪物公司》、《黑客帝国》和《阿凡达》等。虽然许多用户会非常高兴使用Blender，因为它几乎能够完成Maya所做的所有事情，并且质量非常可观，但那些经验丰富、希望充分利用其工作的用户可能会发现Maya更合适的解决方案。
Cinema4D
Cinema4D由Maxon开发，与Maya类似，它面向专业人士，年度订阅范围为1,010欧元至1,350欧元，每月计划为128欧元至170欧元。也就是说，它仍然是一个非常强大的3D渲染选项，购买它还可以让您访问其专有的Redshift渲染引擎。与之前的选项不同，它没有用于任何大型电影或项目，而是主要出现在自由艺术家的作品中。
3dsMax
同样由Autodesk开发的3dsMax与Maya非常相似，但更专注于建筑、工程和产品设计，而Maya更适合动画师。就像Maya一样，它的订阅计划相同，约为280欧元/月或~2,250欧元/年。即使它的目标或主要受众不一定是娱乐业，3dsMax也被用于许多电影的创作，如《X战警》、《超级8》、《蜘蛛侠3》、《劳拉：古墓丽影》，而且这样的例子还在继续……
编译整理：ALL3DP
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