Не фотореалистичный рендеринг - Non-photorealistic rendering

Обычный шейдер (слева) и шейдер NPR, использующий чел-шейдинг (верно)

Не фотореалистичный рендеринг (энергетический ядерный реактор) - это площадь компьютерная графика который фокусируется на предоставлении широкого спектра выразительных стили для цифрового искусства, в отличие от традиционного компьютерная графика, который фокусируется на фотореализм. NPR вдохновлен другими художественными стилями, такими как картина, Рисование, техническая иллюстрация, и мультики. NPR появился в фильмы и видеоигры в виде cel-shaded анимация (также известный как "мультяшный "штриховка"), а также в научная визуализация, архитектурная иллюстрация и экспериментальная анимация.

История и критика термина

Период, термин нефотореалистичный рендеринг считается, что он был придуман СИГГРАФ Комитет по документам 1990 года, который провел сессию под названием «Не фотореалистичная визуализация».[1][2]

Термин получил некоторую критику:

  • Период, термин "фотореализм "имеет разное значение для исследователей графики (см."фотореалистичный рендеринг ") и художников. Для художников - которые являются целевыми потребителями методов NPR - это относится к школе живописи, которая фокусируется на воспроизведении эффекта объектив, со всеми искажениями и гиперотражениями[необходимо определение ] что 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».
  • Описание чего-либо тем, что это такое нет 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.[нужна цитата ]
  • Многие методы, которые используются для создания «нефотореалистичных» изображений, не подходят. рендеринг техники. Это методы моделирования или методы постобработки. Хотя последние стали известны 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[когда? ] включает обсуждение возможных альтернативных имен. 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.

Первая техническая встреча, посвященная NPR, была ACM - спонсируемый симпозиум по нефотореалистичному рендерингу и анимации (NPAR) в 2000 году. NPAR традиционно совмещен с фестивалем анимационных фильмов в Анси,[3] работает по четным годам. С 2007 года NPAR также начал работать в нечетные годы в одном помещении с ACM. СИГГРАФ.[4]

3D

Пример использования NPR для технические иллюстрации

Трехмерный NPR - это стиль, который чаще всего встречается в видеоиграх и фильмах. Результатом этого метода почти всегда является 3D модель который был изменен по сравнению с исходной моделью ввода, чтобы отобразить новый художественный стиль. Во многих случаях геометрия Модель идентична исходной геометрии, и изменяется только материал, нанесенный на поверхность. С повышенной доступностью программируемых GPU s, шейдеры позволили применить эффекты NPR к растеризованный изображение, которое будет отображаться на экране.[5] Большинство методов NPR, применяемых к трехмерной геометрии, предназначены для того, чтобы сцена выглядела двухмерной.

Методы NPR для 3D-изображений включают Cel затенение и Затенение гучем.

Для большей разборчивости наиболее полезный технические иллюстрации за техническая коммуникация не обязательно фотореалистичны. Не фотореалистичные визуализации, такие как в разобранном виде диаграммы, которые значительно помогают показать размещение деталей в сложной системе.

2D

Не фотореалистичный рендеринг 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 2D NPR служат нехудожественным целям, например. визуализация данных.

Художественная визуализация изображений и видео (часто называемая стилизацией изображения[6]) традиционно ориентированы на эвристические алгоритмы, которые стремятся имитировать размещение мазков кисти на цифровом холсте.[7]

Возможно, самым ранним примером 2D NPR является Пол Хэберли 's'Раскрась по номерам ' в СИГГРАФ 1990. Этот (и аналогичные интерактивные методы) предоставляют пользователю холст, который он может «рисовать» с помощью курсора - когда пользователь рисует, стилизованная версия изображения отображается на холсте. 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[8] или статистические моменты[9] 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 приводят мечты (1998).

Более сложные методы абстракции изображений были разработаны в начале 2000-х годов с использованием операторов компьютерного зрения, например яркость изображения,[10] или сегментация[11] операторы для управления размещением хода. Примерно в это же время машинное обучение стало заметно влиять на алгоритмы стилизации изображений. аналогия с изображением[12] которые могут научиться имитировать стиль существующего произведения искусства.

Появление глубокое обучение возродил деятельность в области стилизации изображений, особенно с Передача нейронного стиля (NST), которые могут имитировать широкий спектр художественных стилей из отдельных визуальных примеров. Эти алгоритмы лежат в основе мобильных приложений, способных выполнять то же самое, например Призма

В дополнение к вышеупомянутым методам стилизации, родственный класс методов в 2D NPR обращается к моделированию художественных медиа. Эти методы включают моделирование распространение чернил через различные виды бумага, а также пигменты через воду для моделирования акварель.

Художественный рендеринг

Не путать с Исполнение художника.

Художественный рендеринг это применение стили визуального искусства к рендерингу. За фотореалистичный стили рендеринга, акцент делается на точном воспроизведении светотени и свойств поверхности изображаемых объектов, сочинение, или другие более общие качества. Когда акцент делается на уникальных стилях интерпретации визуализации, визуальная информация интерпретируется художником и отображается соответственно с использованием выбранных художественная среда и уровень абстракция в абстрактное искусство. В компьютерная графика, интерпретирующие стили визуализации известны как стили нефотореалистичной визуализации, но могут использоваться для упрощения технические иллюстрации. Стили рендеринга, сочетающие фотореализм с нефотореализмом, известны как гиперреалистичный стили рендеринга.

Известные фильмы и игры

В этом разделе перечислены некоторые оригинальные применения методов NPR в фильмах, играх и программном обеспечении. Видеть cel-shaded анимация для списка использования toon-shading в играх и фильмах.

Короткие фильмы
Технологическая угроза1988Раннее использование штриховки мультяшек вместе с Tex Avery -стиль героев мультфильмов
Газовая планета1992Карандашный 3D-рендеринг Эрика Дарнелла
Ловит рыбу20003D-рендеринг в акварельном стиле Дэвид Гейни
RoadHead
Закуски и напитки		1998
1999		Короткометражные фильмы, созданные с Ротошоп Боб Сабистон
Райан2004Нелинейная проекция и другие искажения 3D-геометрии
Девушка, которая плакала цветы2008Рендеринг в стиле акварели от Auryn
Художественные фильмы
Куда приводят мечты1998Живописный рендеринг в последовательности "нарисованный мир"
Тарзан1999Первое использование системы Disney "Deep Canvas"
Пробуждение жизни2001Первое использование rotoshop в художественном фильме
Сканер в темноте2006«15-месячный анимационный процесс»
Видеоигры и другое программное обеспечение
Jet Set Radio2000Раннее использование toon-shading в видеоиграх
SketchUp2000Эскизное моделирование программного обеспечения с отрисовкой мультяшек
Легенда о Zelda: The Wind Waker2002Одна из самых известных игр с цел-шейдером
Хроники Валькирии2008В игре используется ряд техник NPR, в том числе метод затенения в виде эскиза.
XIII2003Игра, сделанная как можно более "юмористической"
Оками2006Игра, визуальное оформление которой имитирует стиль суми-э (японское рисование тушью).
Виновная передача Xrd2014Игра-файтинг, в которой используются 3D-персонажи с заштрихованным цветом и ограниченная анимация для имитации вида 2D-спрайтов
Vue Xstream2015Создание 3D среды программного обеспечения с рендерером NPR с различными пресетами эмуляции традиционного художественного стиля
Возвращение Обра Динна20183D-игра, выполненная в уникальном монохромном стиле пуантилистов.

Рекомендации

  1. ^ Председатель-Баскетт, Форест (1990-09-01). «Материалы 17-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивной технике». Сигграф. ACM. ISBN  978-0897913447.
  2. ^ Саймон, Скофилд (март 1994). Нефотореалистичный рендеринг: критический анализ и предлагаемая система. eprints.mdx.ac.uk (кандидат наук). Университет Мидлсекса. Получено 2018-07-03.
  3. ^ СИТИА, ©. "Официальный сайт фестиваля и международного кино в Анси". www.annecy.org. Получено 20 апреля 2018.CS1 maint: числовые имена: список авторов (связь)
  4. ^ [1]
  5. ^ Дрю Кард; Джейсон Л. Митчелл. «Нефотореалистичный рендеринг с использованием пиксельных и вершинных шейдеров» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-06-15. Получено 2010-03-08., извлечен из Вольфганг Ф. Энгель (1996). Direct3D SHADERX: советы и методы работы с вершинными и пиксельными шейдерами. 87 Библиотека разработчика игр Wordware. Издательство Wordware. ISBN  978-1556220418.
  6. ^ Художественная стилизация на основе изображений и видео. Вычислительная визуализация и зрение. Springer. 2013. ISBN  9781447145189.
  7. ^ Киприанидис, Ян Эрик; Колломоссе, Джон; Ван, Тинхуай; Изенберг, Тобиас (2013). «Современное искусство»: систематика методов художественной стилизации изображений и видео ». IEEE Transactions по визуализации и компьютерной графике. 19 (5): 866–885. Дои:10.1109 / TVCG.2012.160. PMID  22802120. S2CID  2656810.
  8. ^ Литвинович, Питер (1997). «Обработка изображений и видео для эффекта импрессионизма». Материалы 24-й ежегодной конференции по компьютерной графике и интерактивным техникам - SIGGRAPH '97. С. 407–414. Дои:10.1145/258734.258893. ISBN  0897918967. S2CID  13139308.
  9. ^ Сираиси, Мичио; Ямагути, Ясуси (2000). «Алгоритм автоматического рисования на основе аппроксимации локального исходного изображения». Материалы первого международного симпозиума по нефотореалистичной анимации и рендерингу - NPAR '00. С. 53–58. Дои:10.1145/340916.340923. ISBN  1581132778. S2CID  16915734.
  10. ^ «Живописная визуализация с использованием яркости изображения». 2002: 122–128. CiteSeerX  10.1.1.7.5383. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  11. ^ https://www.cs.utah.edu/~shirley/papers/painting.pdf
  12. ^ https://mrl.nyu.edu/publications/image-analogies/analogies-72dpi.pdf

дальнейшее чтение

Некоторые ключевые документы в развитии NPR:

внешняя ссылка