Renderöintitekniikat

Renderöintitekniikat ovat tietokonegrafiikassa käytettyjä menetelmiä kolmiulotteisen scen kuvaamiseen kahdenulotteiselle kuvalle. Ne jaetaan usein reaaliaikaiseen renderöintiin ja offline-renderöintiin, ja niiden tavoitteena on tuottaa kuvat tai animaatiot mahdollisimman realistisesti tai tietynlaisen visuaalisen ilmeen mukaan. Keskeisiä tekniikoita ovat rasterointi, ray tracing sekä radiosity/path tracing, sekä niiden hybridit.

Rasterointi projisoi kolmiot kuvan tasolle ja tallentaa värit sekä syvyyden pikselikohtaisesti. Varjostus tapahtuu yleensä fragmenttien tasolla käyttäen shading-malleja ja BRDF-funktioita. Yleisiä lähestymistapoja ovat Phong- tai Blinn-Phong-tyyliset mallit sekä fyysisesti perustuvat renderöintimallit (PBR). Rasterointi hyödyntää tekstuurimappausta, normal mappingia ja ympäristömappeja sekä varjostusta, useimmiten reaaliaikaisessa kontekstissa.

Ray tracing seuraa valonsäteinä kamerasta kohti scenettä ja kuontaa esineisiin, jolloin syntyvät luonnolliset varjot, heijastukset ja läpinäkyvyydet. Tämä menetelmä on laskennallisesti vaativampi, ja sitä käytetään sekä offline- että hybridialgoritmeissa, joista osa pyrkii real-time-suorituskyvyn ylläpitämiseen rajoitetuin efektein.

Path tracing on Monte Carlo -menetelmään perustuva laajennus ray tracingille, jossa kerrotaan useita valon kulkuja jokaisessa pikselissä. Tämä tuottaa usein realistisemman global illumination -valaistuksen, mutta vaatii paljon näytteitä ja käsittelyaikaa, jolloin kohina voi olla näkyvää ennen konvergenssia.

Radiosity on varhaisemmista global illumination -menetelmistä, jokamallintaa valaistuksen siirtymistä tilojen välillä. Sillä on historiallista merkitystä, mutta se on nykyään harvemmin käytetty reaaliaikaisissa sovelluksissa.

Nykyään yleisesti käytetään hybridiä, jossa rasterointi hoitaa geometrian ja perusvarjostuksen, kun taas rajoitetut valonlähteet ja heijastukset laskennallisesti jälkiosin ray tracing -tekniikalla. Rendering sisältää usein myös post-prosessointia, kuten anti-aliasing, bloom-efektejä ja SSAO:ta.